Μέτρηση 4ων σημείων (μέθοδος Kelvin).

Πολλές φορές είναι απαραίτητη η μέτρηση πολύ μικρών τιμών αντίστασης (της τάξης των μερικών mOhm). Για παράδειγμα θέλουμε να μετρήσουμε την τιμή μίας αντίστασης διακλάδωσης (shunt resistor) ή να κατασκευάσουμε μία από καλώδιο χαλκού (έστω 10 mOhm, 0.01 Ohm). Τα περισσότερα “απλά” πολύμετρα δεν μπορούν να μετρήσουν τόσο μικρές τιμές αντίστασης. Τα εξειδικευμένα όργανα είναι αρκετά ακριβά.Για να μετρήσουμε μία τόση μικρή αντίσταση χρησιμοποιούμε την μέθοδο μέτρησης τεσσάρων σημείων ή μέθοδο Kelvin (την μέθοδο αυτή χρησιμοποιούν και τα εξειδικευμένα όργανα).

Άρθρο της Wikipedia για μέτρηση 4ων σημείων.
Άρθρο της Wikipedia για αντίσταση διακλάδωσης.

Ειδικό όργανο μέτρηση πολύ μικρών τιμών αντίστασης. Της τάξης των micro-Ohm.

Η μέθοδος μέτρησης τεσσάρων σημείων είναι σχετικά απλή. Με ένα τροφοδοτικό (συνήθως σε λειτουργία σταθερού ρεύματος) διοχετεύουμε ρεύμα (συνήθως 1 Amp) στην αντίσταση. Με ένα πολύμετρο μετράμε την τιμή του ρεύματος και με ένα δεύτερο την τάση ακριβώς στα άκρα της αντίστασης. Ξέρουμε λοιπόν το ρεύμα που διαρρέει μία αντίσταση και την τάση στα άκρα της. Με τον νόμο του Ohm είναι πολύ απλό να υπολογίσουμε την τιμή της αντίσταση.

Έστω πως θέλουμε να μετρήσουμε την τιμή της αντίστασης ενός μονόκλωνου καλωδίου διατομής 0.75 mm² και μήκους 10 cm. Ακόμη και ένα καλό πολύμετρο (Fluke 87) αδυνατεί να την μετρήσει. Σε απλή μέτρηση δίνει 1.9 Ohm ενώ σε σχετική μέτρηση (REL) δίνει 0.000 Ohm.

Υλοποιούμε λοιπόν το παρακάτω κύκλωμα.

Στο πολύμετρο (αριστερά) που μετρά την τιμή της έντασης βλέπουμε πως αυτή είναι 1,004 Amperes. Στο πολύμετρο (δεξιά) που μετρά την τάση βλέπουμε πως αυτή είναι 6,9 mVolts. Από τον νόμο του Ohm έχουμε πως η τιμή της αντίστασης του καλωδίου είναι 0,00687 Ohm. Μπορούσαμε κάλλιστα να θεωρήσουμε την τιμή της ένταση ως 1 Ampere και να πούμε απευθείας πως η τιμή της αντίστασης είναι 6,9 mOhm. Το σφάλμα είναι ελάχιστο.

Αξίζει να σημειωθεί πως η αντίσταση ενός πολυμέτρου σε λειτουργία μέτρησης τάσης είναι της τάξης μερικών mega Ohm. Οπότε το ρεύμα που “μας ξεφεύγει” από την αντίσταση πως το πολύμετρο είναι απειροελάχιστο και δεν μπορεί να επηρεάσει την μέτρηση.