Guia para Medição de Baixa Resistência

Sumario:

1. Introdução
2. Aplicações
3. Resistência
4. Princípios de Medição de Resistência
5. 4 métodos de ligação-terminal
6. Possíveis erros de medição
7. Escolhendo o instrumento certo
8. Equipamento de medição

Visão geral:

Introdução::

Medir grandes ou pequenas quantidades é sempre difícil, e a medição da resistência não é excepção. Valores superiores e inferiores a 1GΩ apresentam problemas de medição. A Amperis é líder na medição de baixa resistência; produzimos uma vasta gama de ohmímetros e acessórios de baixa resistência que cobrem a maioria das possibilidades de medição.

Este guia de bolso fornece uma visão geral das técnicas de medição de baixa resistência, explica as causas comuns dos erros e como evitá-los. Também incluímos tabelas úteis de características de cabos e cabos, coeficientes de temperatura e várias fórmulas para garantir que faz a melhor escolha ao seleccionar o seu instrumento de medição e técnica de medição. Esperamos que este guia seja uma ferramenta útil para si.

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Aplicações

Hay muchas razones para medir la resistencia del material. éstas son algunas.

Há muitas razões para medir a resistência material. Aqui estão algumas.

Fabricantes de componentes

Resistências, indutores e estrangulamentos; os seus produtos devem ser verificados para cumprir a tolerância de resistência especificada, testes de fim de linha e de controlo de qualidade.

Fabricantes de interruptores, transmissores e conectores

Verificar se a resistência de contacto é inferior aos limites que devem ser pré-definidos. Isto pode ser conseguido no final dos testes da linha de produção, assegurando o controlo de qualidade.

Fabricantes de cabos

Devem medir a resistência dos cabos de cobre que produzem, uma resistência muito elevada significa que a capacidade real de transporte do cabo é reduzida; uma resistência muito baixa significa que o fabricante está a ser demasiado generoso com o diâmetro do cabo utilizando mais cobre do que o necessário, o que pode ser muito dispendioso.

Instalação e manutenção de cabos de energia, quadros eléctricos e transformadores de tomada de tensão

Estes exigem que as juntas de cabos e os contactos de comutação tenham a menor resistência possível para evitar o sobreaquecimento da junta ou contacto, uma má junta de cabos ou contacto de comutação falhará em breve devido a este efeito de aquecimento. Uma rotina de manutenção preventiva com verificações regulares da resistência garantirá uma melhor vida útil.

Fabricantes de motores eléctricos e geradores

Este é um requisito para determinar a temperatura máxima atingida sob carga completa. Para demonstrar esta temperatura, é utilizado o coeficiente de temperatura do enrolamento do cobre. Inicialmente, a resistência é medida com o motor ou gerador frio, ou seja, à temperatura ambiente, depois a unidade é operada a plena carga durante um período especificado e a resistência é medida novamente. A temperatura interna do motor/gerador pode ser verificada através da alteração do valor da resistência. Os nossos ohmímetros são também utilizados para medir as bobinas individuais de um motor enrolado para garantir que não haja curto-circuito e que cada bobina seja equilibrada.

A indústria automóvel

Como requisito, a resistência dos cabos dos robôs de soldadura deve ser medida para assegurar que a qualidade da soldadura não se deteriora, ou seja, conectores de engaste de bateria de chumbo, resistência do gatilho do air bag, resistência dos cabos, e qualidade dos conectores de engaste nos componentes.

Fabricantes de fusíveis

Para controlo de qualidade, devem ser feitas medições de resistência de ligação em aeronaves e veículos militares para assegurar que todo o equipamento instalado na aeronave está ligado electricamente à estrutura, incluindo o equipamento de cozinha. Os tanques e outros veículos militares têm os mesmos requisitos.

Os produtores e utilizadores de grandes correntes eléctricas precisam de medir a distribuição da resistência das juntas, barramentos de alta tensão, e conectores para eléctrodos de revestimento.

Utilitários Ferroviários

Incluindo eléctricos e metro, para medir a distribuição de energia em juntas de cabos. Resistência da junta da via, porque os carris são frequentemente utilizados para a sinalização.

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Resistência

Lei de Ohm V = C x R (Volts = Corrente x Resistência). Um Ohm (Ω) é a unidade de resistência eléctrica igual à de um condutor em que uma corrente de um ampere é produzida por um potencial de um volt através dos seus terminais. A Lei de Ohm, cujo nome deriva do seu descobridor, o físico alemão Georg Ohm, é uma das leis mais importantes da electricidade. Define a relação entre as três grandezas eléctricas fundamentais: corrente, tensão, e resistência. Quando uma tensão é aplicada a um circuito contendo apenas elementos de resistência, a corrente flui de acordo com a Lei de Ohm, ensinada abaixo.

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Principios de la Medicion de Resistencias

Princípios de Medição de Resistência Métodos

Amperímetro - Método do Voltímetro Este método remonta ao básico. Se utilizarmos uma bateria como fonte de tensão, um voltímetro para medir a tensão, e um amperímetro para medir a corrente no circuito, podemos calcular a resistência com uma precisão razoável. Embora este método possa fornecer bons resultados de medição, não é uma solução prática para as necessidades diárias de medição.

Método do amperímetro voltímetro

Há uma variedade de instrumentos de medição da resistência que calculam e exibem automaticamente a resistência sem a necessidade de intervenção do utilizador.

Estes instrumentos de medição empregam uma técnica de medição a dois ou quatro fios.

Ponte Kelvin dupla A Ponte Kelvin é uma variação da Ponte de Wheatstone que torna possível medir baixas resistências. A gama de medição é tipicamente de 1mΩ a 1kΩ com a resolução mais baixa de 1µΩ. As limitações da Ponte Kelvin são:

1. requer equilíbrio manual.

2. é necessário um detector nulo sensível ou galvanómetro para detectar a condição de equilíbrio.

3. A medição real deve ser razoavelmente elevada para se conseguir uma sensibilidade suficiente.

A Ponte Kelvin Dupla foi geralmente substituída por ohmímetros digitais.

DMM - Ligação de dois fios Um simples multímetro digital pode ser utilizado para valores de resistência mais elevados. Utilizam o método de medição por 2 fios, apenas adequado para valores superiores a 100Ω e quando não é necessária muita precisão.

Ao medir a resistência de um componente (Rx), um teste é forçado através do componente, e o medidor de teste mede a tensão através dos seus terminais. O contador calcula e expressa então a resistência resultante como uma medição a dois fios. Deve-se notar que o contador estima a voltagem dos seus terminais e não de uma extremidade para a outra do componente. Por conseguinte, a tensão cai através dos cabos de ligação que também estão incluídos no cálculo da resistência. Os cabos de teste de boa qualidade terão uma resistência de aproximadamente 0,02Ω por metro. Para além da resistência dos cabos, a resistência da ligação dos cabos será também incluída na medição e esta pode ser de valor superior ou mesmo superior à dos próprios cabos.

Erros de medição

Ao medir valores de resistência elevados, este erro adicional de resistência do cabo pode ser ignorado mas, como se pode ver no gráfico acima, o erro torna-se altamente significativo à medida que o valor medido desce, e totalmente inadequado quando o valor medido é inferior a 10Ω.

Para medir uma tensão DC real, os ohmímetros de resistência utilizam tipicamente a medição de 4 fios. A corrente contínua passa pelo Rx e pelo padrão interno do ohmímetro. A tensão através do Rx e do padrão interno é então medida, e o raio dos dois leitores é utilizado para calcular a resistência. Com este método a corrente só precisa de permanecer fixa durante os poucos milissegundos necessários para que o ohmímetro faça as duas leituras, mas também requer dois circuitos de medição. A tensão medida é muito pequena e é também necessária uma sensibilidade de medição de µV.

Medição a 4 fios

Alternativamente, um recurso de corrente constante é utilizado para passar corrente através do Rx. O volts desce o Rx, que é depois medido, e a resistência calculada. Este método requer apenas um circuito de medição, mas o gerador de corrente deve ser estável em todas as condições de medição.

medição de baixa resistência

Ligação a quatro fios O método de medição a quatro fios (Kelvin) é preferido para valores de resistência inferiores a 100Ω. Todos os milímetros de Amperis e microohmímetros utilizam este método. Estas medições são feitas usando 4 fios separados. 2 fios transportam a corrente, conhecidos como fios da fonte ou fios de corrente, e passam a corrente através do Rx. Os outros 2 fios conhecidos como o sentido ou potenciais condutores, são utilizados para sentir a queda de tensão através de Rx. Enquanto houver uma pequena corrente no sentido de chumbo, esta é insignificante e pode ser ignorada. O volt cai através dos terminais de sentido do ohmímetro, por isso é praticamente o mesmo que quando o volt cai através do Rx. Este método de medição proporciona precisão e resultados precisos quando se medem resistências inferiores a 100Ω.

Ligação por 4 fios

Do ponto de vista da medição, este é o melhor tipo de ligação com 4 cabos separados; 2 correntes (C e C1) e 2 potências (P e P1). Os cabos de corrente devem estar sempre localizados fora da corrente, embora não importa exactamente onde. Os cabos eléctricos devem ser ligados exactamente entre os pontos que se pretende medir. O valor obtido a partir da medição será entre os pontos de potência. Embora este método dê os melhores resultados de medição, não é muito prático. Vivemos num mundo menos que perfeito e, por vezes, é necessário um compromisso sobre a situação, pois este Amperis pode oferecer várias soluções práticas de medição.

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4 métodos de ligação-terminal

Métodos

Clips Kelvin Os clipes Kelvin são semelhantes ao maxilar de um jacaré, mas com cada clip isolado do outro. O cabo de alimentação está ligado a um clipe e o cabo de alimentação ao outro. Os clipes Kelvin são uma solução muito prática para fazer uma ligação de quatro terminais em cabos, barramentos de alta voltagem, placas, etc.

Alavancas de comando duplo As alavancas de manobra fornecem outra solução prática de ligação, particularmente para laminados, barras de alta tensão, e onde o acesso é difícil. As alavancas consistem em duas pinças encerradas numa pega. Uma braçadeira é a ligação de corrente e a outra é a ligação de potência ou de sensibilidade.

Conexión de cables apilados A veces la única solución práctica para hacer una conexión al Rx consiste en utilizar cables apilados. El cable de corriente se ubica al final del cable de potencia. Este método ocasionará pequeños errores porque el punto de medición estará donde el cable de potencia conecte con el cable de corriente. Para lograr muestras difíciles de medir, ésta será la mejor solución.

Braçadeiras de cabo

Jigs e acessórios

Ao medir outros componentes tais como resistências, fusíveis, contactos de interruptor, parafusos, etc., a importância de utilizar um jig de teste para segurar o componente não pode ser sobrestimada. Isto assegurará que as condições de medição, ou seja, a posição dos cabos de teste, sejam as mesmas para cada componente e resultará em medições consistentes, fiáveis e significativas. Os modelos devem normalmente ser concebidos especificamente para se adequarem à sua aplicação.

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Possíveis erros de medição

Existem várias causas possíveis de erros associados a medições de baixa resistência. As mais comuns são descritas abaixo:

Ligações sujas. Como em todas as medições, é importante assegurar que o dispositivo a ser ligado está limpo e livre de ferrugem e sujidade. As ligações de alta resistência causarão erros de leitura e podem impedir as medições. Deve também notar-se que alguns revestimentos e óxidos em materiais são bons isolantes. A anodização tem uma resistência muito elevada e é um exemplo clássico. Certificar-se de limpar o revestimento nos pontos de ligação. Os ohmímetros Amperis incorporam um aviso de erro de fio que indicará se as ligações são demasiado altas em resistência.

Resistência dos cabos demasiado alta Embora em teoria o método de medição dos quatro terminais não seja afectado pelo comprimento do cabo, deve-se ter o cuidado de assegurar que os cabos não apresentem uma resistência demasiado elevada. Os cabos de energia não são críticos e podem normalmente ir até 1kΩ sem afectar a precisão das medições, mas os cabos de energia são críticos. Se os cabos de corrente tiverem resistências muito elevadas, a tensão cairá sobre eles e não haverá tensão suficiente através do DUT (Device Under Test) para fazer uma leitura precisa. Os ohmímetros Amperis controlam a voltagem correcta através do DUT e impedem que sejam feitas medições se a voltagem for demasiado baixa. Também fornece uma visualização de aviso; impedindo a leitura, assegurando que não há medições falsas. Se for necessário utilizar cabos de ensaio longos, o diâmetro dos cabos deve ser aumentado para reduzir a sua resistência.

Medição de ruído Como em qualquer tipo de medição de baixa tensão, o ruído pode ser um problema. O ruído é criado dentro dos cabos de teste quando estes se encontram sob a influência de um campo magnético em mudança, ou os cabos se movem dentro desse campo. Para minimizar este efeito, os cabos devem ser mantidos tão curtos quanto possível, curtos e de preferência revestidos. A Amperis sabe que existem muitas limitações para alcançar este ideal, por isso concebeu os circuitos dentro dos seus ohmmetros para minimizar e eliminar estes efeitos.

Emf térmico O emf térmico no DUT é provavelmente a maior causa de erro nas medições de baixa resistência. Primeiro temos de compreender o que entendemos por ef térmica, e como é gerada. Os emf térmicos são pequenas tensões que são geradas quando dois metais diferentes são unidos, formando o que é conhecido como uma junção de termopares. Um termopar irá gerar um emf dependendo dos materiais utilizados na junção e da diferença de temperatura entre o calor e a referência, ou o frio e a junção.

Este efeito de termopar introduzirá erros na medição se não forem tomadas medidas para compensar e eliminar estas emf térmicas. Os microohmímetros e milímetros de Amperis eliminam este efeito, oferecendo um modo de média automática para a medição, por vezes referido como o método DC ou de média comutada. Uma medição é feita com a corrente a fluir na direcção da frente, depois uma segunda medição é feita com a corrente a fluir na direcção inversa. O valor apresentado é a média destas duas medições. Qualquer emf térmica no sistema de medição será adicionada à primeira medição e subtraída da segunda medição; a média resultante elimina ou cancela a emf térmica da medição. Este método dá os melhores resultados para cabos resistivos, mas não é adequado para amostras indutivas tais como bobinas de motores ou transformadores. Nestes casos, é provável que o ohmímetro mude a direcção actual antes da indutância estar totalmente saturada, pelo que não será atingido um valor de medição correcto.

O segundo método por vezes utilizado é ligar os terminais de corrente do ohmímetro em conjunto, e com os cabos de alimentação ligados ao DUT, podem ocorrer alguns emf térmicos. Este valor de medição obtido é armazenado e deduzido da medição seguinte com cabos de corrente e cabos de alimentação ligados ao DUT da forma normal. Tudo isto é feito automaticamente quando se utilizam os ohmímetros de Amperis no modo auto zero. O emf térmico pode ser relativamente alto (100mV), por isso é importante seleccionar cuidadosamente os materiais utilizados para fazer as ligações. O latão niquelado, por exemplo, pode produzir altos emf ao fazer ligações de cobre. Os clipes Kelvin são normalmente feitos de latão niquelado e podem produzir emf muito elevado ao formar junções de cobre através da ligação de fios.

Ligação inadequada a amostras Ao fazer ligações de quatro fios, é importante colocar cada fio no local adequado. Os cabos de corrente e de potência devem ser sempre utilizados aos pares, e a ligação de corrente fora da potência, como se mostra abaixo.

Testes de corrente errónea O efeito da medição actual sobre o DUT deve ser sempre considerado. Os dispositivos de pequena massa ou construídos com materiais de coeficiente de temperatura elevado, tais como cordões de fios de cobre, devem ser medidos com a corrente mínima disponível para evitar o aquecimento. Nestes casos, um simples impulso de corrente será apropriado para causar o aquecimento mínimo. No caso em que o DUT está sujeito às influências do emf térmico, então o método de corrente comutada descrito acima não é adequado. Os ohmímetros Amperis da série PDRM-10A têm correntes seleccionáveis de 10% a 100% em passos de 1%, incluem também o modo de pulso único e, consequentemente, podem ser configurados para se adequarem a diferentes aplicações.

Influências da temperatura É importante saber que a resistência da maioria dos materiais será afectada pela sua temperatura. Pode ser necessário, dependendo da precisão necessária da medição, controlar o ambiente em que a medição é feita e manter a temperatura desse ambiente estável. Este seria o caso quando a medição da resistência se refere a normas, que são medidas em laboratórios controlados a 20oC ou 23oC. Para medições onde o controlo da temperatura ambiente não é possível, é utilizado o ATC (compensação automática de temperatura). Uma sonda de temperatura ligada ao ohmímetro detecta a temperatura ambiente e a leitura da resistência é corrigida para uma temperatura de referência de 20oC. Dois dos materiais mais comuns medidos são o cobre e o alumínio, e os seus coeficientes de temperatura são mostrados no gráfico à direita.

O Coeficiente de Temperatura do Cobre (próximo da temperatura ambiente) é de +0,393 % por oC. Isto significa que, se a temperatura aumentar 1oC, a resistência aumentará 0,393%. Para o Alumínio é +0,4100 % por oC.

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Escogiendo el Instrumento adecuado

TABLA 2

Alcance:

A leitura mais elevada possível para essa configuração.

Resolução:

O número mais pequeno (dígito) obtido para essa gama.

Medição da corrente:

A corrente nominal utilizada pela gama.

Exactidão:

Incerteza de medição no intervalo de temperatura ambiente entre 15 e 25oC.

Coeficiente de temperatura:

O possível erro adicional abaixo da temperatura ambiente de 15oC e acima de 25oC.

Ao seleccionar o melhor instrumento para a sua candidatura, deve ser considerado o seguinte:

A precisão pode ser melhor descrita como a incerteza de medição, o que é o mais próximo de um acordo entre o resultado de um valor obtido e o valor real. É geralmente expressa em duas partes, ou seja, uma percentagem de leitura e uma percentagem de escala completa. A declaração de precisão deve incluir o intervalo de temperatura aplicável, mais o período de tempo em que a precisão será mantida dentro dos limites declarados. Aviso: Alguns fabricantes oferecem uma reivindicação de precisão muito elevada, que só é válida por um período de 30 ou 90 dias. Todos os ohmímetros de Amperis especificam uma precisão de 1 ano completo.

A resolução é o incremento mínimo que o instrumento de medição pode expressar. É de notar que para se conseguir uma medição de alta precisão, é necessária uma alta resolução, mas a alta resolução em si não indica que a medição terá alta precisão.

Exemplo: Para medir 1Ω com uma precisão de 0,01% (± 0,0001) requer que a medição seja expressa com uma resolução mínima de 100µΩ (1,0001ohms).

medição da resistência com um ohmímetro

Um valor de medição também pode ser calculado com uma resolução muito alta, mas com baixa precisão, ou seja 1Ω calculado para uma precisão de 1%, mas uma resolução de 100 μΩ, será expresso como 1.0001Ω. Os únicos dígitos significativos serão 1,0100, os dois últimos dígitos mostram apenas flutuações nos valores medidos. Estas flutuações podem ser enganadoras e acentuar a instabilidade do DUT. Deve ser seleccionada uma resolução adequada para assegurar uma leitura confortável do visor.

Comprimento da escala de medição Os instrumentos de medição digitais mostram valores em mostradores que têm um contador com um limite máximo, frequentemente 1999 (por vezes referido como um dígito 3Ω). Isto significa que o valor máximo que pode ser expresso será 1999, e a resolução mínima é de 1 dígito em 1999. Para as medições em 1Ω, o visor terá uma resolução de 1.000, uma resolução de 0.001mΩ. Se quisermos medir 2Ω, será necessário seleccionar um intervalo superior de 19.99Ω escala completa e o valor será exibido como 2.00Ω, e uma resolução de 0.01Ω. Assim, pode ver que é conveniente ter uma escala de comprimento mais longa do que a tradicional de 1999. Os ohmímetros Amperis oferecem comprimentos de escala superiores a 6000, o que permitirá atingir o valor de 2.000, com uma resolução de 0,001Ω.

Selecção de gama A selecção da gama pode ser manual ou automática. Embora a selecção automática da gama possa ser muito útil quando o valor Rx é desconhecido, a medição demora mais tempo porque o instrumento tem de encontrar a gama correcta. Para medições em amostras semelhantes, é preferível seleccionar a gama manualmente. Além disso, as várias gamas de instrumentos medirão com diferentes correntes, o que não é adequado para o dispositivo testado. Ao medir amostras indutivas, tais como motores ou transformadores, o valor obtido aumenta à medida que a indutância se satura até que o valor final seja alcançado. A selecção automática do intervalo não deve ser aplicada nestes casos, porque ao alterar os intervalos, a corrente medida é interrompida e a sua magnitude pode variar; será difícil adquirir um valor de leitura fixo.