4-wire short

flash2b

Golden Member

In "Je mooiste meetapparatuur" topic liet blackdog zijn nieuwe 4-wire short zien. Deze short is gemaakt door een EEVBlog gebruiker. Link: https://github.com/EleDes/4-wire-short

Ik heb deze short ook gekocht en hij kwam netjes in 3 dagen uit Duitsland binnen. Ik was echter niet onder de indruk van de bouw en sterkte van het ding, en heb mijn eigen versie gemaakt.

Mijne is veel steviger en de trek-lus veel sterker. Ik heb die lus constructie afgekeken van de Fluke versie van deze short.

https://www.uploadarchief.net:443/files/download/dsc06329sm.jpg

Hier zie je het EEVBLog exemplaar naast mijn bouwsel:
https://www.uploadarchief.net:443/files/download/dsc06334sm.jpg
https://www.uploadarchief.net:443/files/download/dsc06337sm.jpg

Het EEVBlog exemplaar gebruikt low EMF bussen van MultiContact welke gesoldeerd zijn aan de onderzijde van de print. Er zitten vanaf de bovenzijde korte 3mm schroeven in. Echter door het gebruikte type bussen hebben de stekkers geen afgeronde kop meer en zijn ze een paar mm korter. Ook de trek-lus constructie, dunne print en inkepingen aan alle zijden maken het ding erg fragiel. De short is ook niet te gebruiken voor mijn Fluke 8845A (dat wordt netjes vermeld) veroorzaakt door de banaan stekkers, terwijl er een andere type (ook 3mm schroefdraad) van MultiContact is, welke meer op de door mijn gebruikte stekkers lijken. Geen idee waarom de maker die niet heeft toegepast.

Mijn exemplaar is niet zo fancy, maar gebruikt stekkers met 4mm schroefdraad en een M4 moer. Deze passen op al mijn multimeters, inclusief de Fluke 8845A.

Het EEVBlog exemplaar heeft dunne traces die van Sense Hi (Links boven) - Sinse Lo (Links onder) - Input Lo (Rechts onder) - Input Hi (Rechts boven) lopen.

Mijn exemplaar heeft helemaal geen traces.

Op mijn Siglent SDM3055 meet mijn exemplaar lager als de EEVBlog versie. Ook laat mijn Fluke 8845A lagere waarden met mijn exemplaar zien als de metingen van Blackdog.

Op internet zijn 2 soortgelijke shorts van Keithley en Fluke te vinden. De trace tussen Sense en Input zitten bij de Keithley precies in het midden, bij die van Fluke lopen ze iets aan de Lo kant van de short veroorzaakt door het midden gat (net als de EEVBlog versie).

https://www.uploadarchief.net:443/files/download/keithley-fluke.jpg

Wie weet wat beter mag het zeggen. Zonder traces werkt het net zo goed, maar ik hoor graag waarom wel of niet.
Het lijkt een beetje zonde van het idee, je meet nu alsnog de weerstand van het koper, welke bij het gebruik van traces in theorie wegvalt.
flash2b

Golden Member

Maar je meet toch de weerstand van het "dunne lijntje" welke toch ook van koper is ?

Ik kan met mijn kras pen gemakkelijk traces maken zoals die van Fluke, maar ik betwijfel of de performance hierdoor beter zal worden.
LetterHenk

Golden Member

Op 27 september 2018 21:47:08 schreef flash2b:
Maar je meet toch de weerstand van het "dunne lijntje" welke toch ook van koper is ?
Ik kan met mijn kras pen gemakkelijk traces maken zoals die van Fluke, maar ik betwijfel of de performance hierdoor beter zal worden.

Ik kan mij zo voorstellen dat het kleine stukje trace een bekende lengte, breedte en dikte heeft. En zo een voorspelbare/berekenbare weerstand.
Jouw bouwsel ziet er zeker een stuk robuuster uit. Maar je weet niet 'waar' de elektronen stromen.

Deze dingen zijn toch bedoelt om een eventuele offset in de meter zichtbaar te maken? Dan is het wel handig als je weet wat de weerstand van je short zou moeten zijn, toch?
Maar misschien begrijp ik het doel van deze shorts niet.

[Bericht gewijzigd door LetterHenk op 28 september 2018 12:11:25 (17%)]

Action expresses priorities LH
Op 27 september 2018 21:47:08 schreef flash2b:
Maar je meet toch de weerstand van het "dunne lijntje" welke toch ook van koper is ?

Ik kan met mijn kras pen gemakkelijk traces maken zoals die van Fluke, maar ik betwijfel of de performance hierdoor beter zal worden.

Volgens mij is het idee dat door het dikke baantje de stroom gestuurd wordt, en dat je dan met de overgebleven bussen de spanning over je shunt meet. De grap is dat je daar weinig stroom laat lopen zodat de stroom in bekabeling en dergelijke niet meespeelt. Omdat bij het fluke-ding de twee meet bussen allebij op het midden van de shunt zijn aangesloten, en door het dunnere baantje geen stroom hoort te lopen, moet je nul meten.

Met het "alles is koper" idee zitten je meetbussen toch op zeg ongeveer 1/4e van het geleidende pad waar de grote stroom loopt. Dan ga je toch "niet nul" meten.

Kras het koper door op een klein stukkie in het midden na, parallel aan de "dikke baan" van fluke keithley en ongeveer in het midden.
four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/
miedema

Golden Member

Nog even terug naar de shorting plug van flash2b....

Misschien een beetje laat (druk, druk, druk...), maar toch goed om wat duidelijkheid te geven.

Belangrijk is om te weten dat die Fluke en Keithley shorting-plugs bedoeld zijn voor 4-wire Ohm meten.
Eerst nog even terug hoe dat precies werkt:

http://www.miedema.dyndns.org/co/2017/r-weerstand/4-draads-meting-600pix.png

Via de source klemmen wordt middels een stroombron een stroom gestuurd door de te meten weerstand. En via de sense klemmen wordt de spanning over die weerstand gemeten. Vervolgens berekend de meter met U/I de weerstandswaarde.

Voordelen:
- Serie weerstand in de Source leidingen (Rwire) heeft geen invloed, de stroombron in de meter houdt de stroom toch constant.
- Serie weerstand in de sense leidingen (Rwire) wordt ook niet mee gemeten, immers de spanningsmeting is zeer hoogohmig. Er loopt dus (bijna) geen stroom, en er er valt dus geen spanning over die serie weerstand.

Vervolgens is het goed om in het achterhoofd te houden hoe de klemmen op de meter ingedeeld zijn:

http://www.miedema.dyndns.org/co/2018/shorting-plug/IMG_0200_Fluke-aansluitbussen-600pix.jpg

Voor 4-wire ohm meten zijn de 2 linker klemmen de source klemmen, met andere woorden: de stroombron. De rechter 2 klemmen zijn de Sense klemmen, zij meten de spanning over de weerstand.

En dan kijken we nu hoe dat zich vertaalt naar de Fluke shorting-plug:

http://www.miedema.dyndns.org/co/2018/shorting-plug/Fluke-shorting-plug-600pix.jpg

Deze plug werkt wat geavanceerder dan gedacht :-)
Met het linker printspoor zijn de 2 Source klemmen doorverbonden. Hier loopt dus de stroom van de stroombron.
Met het rechter printspoor zijn de 2 Sense klemmen van de Voltmeter doorverbonden. Hier loopt dus GEEN stroom, er staat dus GEEN spanning over dit printspoor. De voltmeter meet dus NUL Volt, en de meter zegt: 0/I is NUL Ohm.
Dat dunne spoortje is dus theoretisch niet eens nodig voor de goede werking :-). Waarschijnlijk is het bedoeld om de potentialen van stroombron en voltmeter te koppelen.



En dan nu naar de shorting-bar van flash2b.

Ik heb weer de Source en Sense aansluitingen er bij gezet:

http://www.miedema.dyndns.org/co/2018/shorting-plug/short-flash2b-600pix.jpg

Als je gewoon zo goed mogelijk 4-draads Ohm wilt meten, dan moet je zorgen dat er geen stroom om de te meten weerstand heen kan lopen. Ik zou dus de rode isolatie aanbrengen. Je dwingt dan de stroom meer om via de sense klemmen te lopen, en je meet dus eigenlijk het stuk print tussen de sense bussen.

Maar als je het Fluke concept wilt nabootsen, dan zou ik de groene isolatiebanen aanbrengen. Keuzes voor de ontwerper ;-)

groet, Gertjan.
@ Gert-Jan,

heel verhelderend. Geldt dit ook voor HP/Agilent etc.)?

In het item komen alleen Fluke en Keithley aan bod. Alvast bedankt.

Gr. N.
nil volentibus arduum niets is moeilijk voor hen die willen
miedema

Golden Member

Ha NKHteB,

In principe werkt het natuurlijk voor alle 4-wire Ohm meters. Ze werken volgens hetzelfde principe.

Ik weet dat HP voor de 3458A een slimme simpele oplossing had, een stukje in U-vorm gebogen fosfor-brons draad, dat de 4 klemmen in de juiste volgorde doorverbindt. (source+ -> sense+ -> sense- -> source-) Natuurlijk werkt dat alleen voor meters met de oude apparaatklemmen, waar je een draad onder vast kan klemmen. Er zwerft een fotootje van op het net, maar dat kon ik niet zo snel terug vinden...

groet, Gertjan.
flash2b

Golden Member

Gertjan,

Dank voor je heldere uiteenzetting. Ik ga de mod zo snel mogelijk toepassen, is gelukkig zonder veel moeite te doen.
Gertjan,

ik vermoedde al, dat het principe ook bij HP etc. toegepast zou worden. Maar nogmaals dank voor de heldere uiteenzetting!

Gr. N.
nil volentibus arduum niets is moeilijk voor hen die willen
Ik had nog de volgende gedachte; bij deze meting van een short met sporen is de breedte en lengte van het dunne spoor tussen stroombron en spanningsmeter, gearceerd op de schets, feitelijk verwisseld.
Dus een dunner, langer spoor is korter en breeder en is dus een betere short. Of mag men zo niet redeneren bij vlakken ?


Zouden er niet theoretisch nog optimalere oplossingen zijn, zoals de sense aansluitingen precies tegenover elkaar aansluiten op de verbinding die de stroombron kortsluit ?

[Bericht gewijzigd door Aart op 1 oktober 2018 12:50:26 (20%)]

flash2b

Golden Member

Op 1 oktober 2018 12:47:48 schreef Aart:
Zouden er niet theoretisch nog optimalere oplossingen zijn, zoals de sense aansluitingen precies tegenover elkaar aansluiten op de verbinding die de stroombron kortsluit ?
Volgens mij wel ja, de Keithley short doet dit, echter heeft de Fluke versie (en mijn versie ook) een gat in precies in het midden waar door het spoor iets lager zit.

In jouw tekening:
V+ - V- = Sense
I+ - I- = Source

Bij aanduidingen die Gertjan heeft gemaakt hadden eigenlijk in spiegelbeeld moeten worden gedaan omdat het de achterzijde van de short laat zien. (geen groot probleem)
Ha flash2b,

Interessant onderwerp en..... ik zou geen modificatie aanbrengen er is niets mis met je ontwerp.
Als we alle drie de ontwerpen bezien is er in alle situaties een correctie factor van toepassing en deze is in alle drie anders.
Nu moet ik er wel bij aantekenen dat het hele gedoe met een V4 meting alleen zin heeft als je meetdraden lang zijn en/of de te meten weerstand kleiner is als 100Ω .
Dus ik zou met jouw calibratie dummy goed kunnen werken.

Groet,
Henk.
Everything should be as simple as possible, but not simpler.
Op 1 oktober 2018 12:47:48 schreef Aart:
Ik had nog de volgende gedachte; bij deze meting van een short met sporen is de breedte en lengte van het dunne spoor tussen stroombron en spanningsmeter, gearceerd op de schets, feitelijk verwisseld.
Dus een dunner, langer spoor is korter en breeder en is dus een betere short. Of mag men zo niet redeneren bij vlakken ?
[bijlage]

Zouden er niet theoretisch nog optimalere oplossingen zijn, zoals de sense aansluitingen precies tegenover elkaar aansluiten op de verbinding die de stroombron kortsluit ?


Ik denk dat de redenatie niet klopt. Anders zou ik mijn volledige elektrische installatie bedraden met draad dat ongeveer 2mm lang is, en de vereiste breedte heeft voor de gewenste afstand... (En in de breedterichting geïsoleerd is).

Weten die elektronen veel welke richting jij als 'lengte' of als 'breedte' bestempeld hebt?

Ah, maar waar je je meetpennen van je Ohmmeter neer zet (of: welke richting de stroom daadwerkelijk loopt) doet er natuurlijk wél toe:

code:
                 M
 [////////////////////////////////////]
                 M

versus:
           
M[////////////////////////////////////]M

M stelt de meetpen voor. Het gearceerde stuk een geleidend vlak.


Anders, ook leuk: Neem 's de limiet van de lengte, naar nul? Want bij 0 lengte geleid het natuurlijk helemaal niet meer, bij gebrek aan materiaal. Dan zou héél dicht in de buurt van 0, het ineens super goed moeten geleiden. (Oh, sh!t. Nanowires.)
Blog // Backwards Lightspeed Bus: i*i=-1, so iic=-c.
Ha Lucky Luke,

Dat zie je goed en om die reden mag je een sheet (stukje koper)in de situatie van @TS gebruiken.
Het zou mij trouwens niet verbazen als we het hebben over een universeel karakter dat het ontwerp van @TS beter werkt dan de anderen.
Er zijn uiteraard argumenten aan te voeren wat de kwetsbaarheid van het ontwerp aan het licht brengt denk aan thermische massa seebeck coefficient en dergelijke.
Maar een dummy van keithley is niet zomaar op een HP te gebruiken de ingangscircuits verschillen dit geldt ook voor Fluke.
Ik zou er aan moeten rekenen met de maten die @TS hanteert.

Groet,
Henk.
Everything should be as simple as possible, but not simpler.
miedema

Golden Member

Ha Aart en volgenden,

Volgens mij zitten jullie nog steeds op een verkeerd denkspoor....

Dat gaat heel makkelijk, omdat je in het sporen patroon meteen een standaard 4-draads Ohm meet patroon ziet. Maar de Fluke en Keitley printjes gebruik je 90° gedraaid t.o.v. wat je zou verwachten...

De tekening van Aart is een goed voorbeeld: hij tekent de sense en source klemmen inderdaad zoals Fluke bedoeld heeft, en beredeneerd dan verder alsof ze 90° gedraaid zijn, en het een standaard 4-draads meting betreft.... :-)

Ook ik trapte daar eerst in. (Een indicatie is de oriëntatie van de tekst op de Fluke/Keithley printjes :-))
Door de Fluke toepassing ontstaat een andere situatie, waardoor de meter theoretisch perfect nul Ohm meet, en niet de minieme weerstand van een stukje printspoor. Lees mijn uitleg hierboven nog maar een keer....

groet, Gertjan.

Het zou leuk zijn voor Flash2b om beide oriëntaties te vergelijken: zoals Fluke bedoelt heeft, en 90° gedraaid, zodat een "normale" 4-draads meting van het middenspoortje ontstaat.
LetterHenk

Golden Member

Ik had je eerste uitleg wel begrepen. Source kortsluiten EN sense kortsluiten, zodat er, zeker weten, geen stroom loopt en er dus geen spanning staat over de sense-ingangen.
Het is dus bedoelt om de meter te kunnen nullen? Dan zou het toch ook al werken door alleen de sense-ingangen kort te sluiten?
Action expresses priorities LH
flash2b

Golden Member

Ik heb de modificatie in mijn eigen short nog niet gemaakt, reden is dat ik moet kiezen hoe (en weinig tijd). Echter de EEVBlog short heeft een soortgelijk patroon als de Fluke. Zie: https://github.com/EleDes/4-wire-short. let wel op de de sense (links) en source (rechts) anders zijn als de aansluitingen op de de Fluke (rechts/links). Op zich is dat geen probleem door de symmetrische sporen.

Ik zal deze vanavond testen in twee orientaties op de Siglent SDM3055 (welke Links/Rechts is) en de resultaten posten.

[Bericht gewijzigd door flash2b op 2 oktober 2018 09:29:09 (24%)]

Gertjan, jij claimed dat een u-vormig draadje zou werken. Ik denk dat je dan alsnog de weerstand van dat draadje aan het meten bent.
Verrek! Ik had hem verkeerd aangesloten, hij kan natuurlijk op 4 verschillende manieren gepositioneerd worden en de 2 die ik geprobeerd had werkten niet. De andere twee wel dus.

Op 2 oktober 2018 08:26:26 schreef LetterHenk:
Dan zou het toch ook al werken door alleen de sense-ingangen kort te sluiten?
Daar zit een kleine caveat aan:

Je moet hoog-ohmig meten om zo veel mogelijk de "rwire" buiten beschouwing te kunnen laten. Vooral als je nu een dedicated weerstand-meet-apparaat hebt, dan zou je gewoon een operationele versterker (opamp) kunnen gebruiken. Soms hebben die een DC-ontkoppelpad nodig.

Als je weet dat de inputs normaliter via 2*Rwire op een vaste spanning in je circuit wordt aangesloten, dan hoef je daar niet verder over na te denken. Totdat een slimpieper als jij geen doorverbinding maakt naar de "stroom-stuur-kant".

Als er geen DC pad is, kan de opamp vastlopen en een veel grotere offset gaan vertonen dan wanneeer ie normaal binnen de grenzen van z'n common mode bereik gebruikt wordt. Dat is JUIST onhandig als je hem probeert te nullen. :-)
four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/
Ha flash2b,

Kan je mij de hart afstanden geven tussen de pluggen en heb je gebruik gemaakt van standaard print materiaal.
De opmerking van @rew is correct maar tot zeg <100Ω daar na is 4 draad discutabel de offset speelt een significante rol en die wil je niet mee/weg kalibreren.
Boven de 100kΩ is de afscherming/guard veel belangrijker.

Groet,
Henk.

[Bericht gewijzigd door electron920 op 2 oktober 2018 09:54:09 (46%)]

Everything should be as simple as possible, but not simpler.
LetterHenk

Golden Member

Is dat niet gewoon de 'standaard' 19mm?

edit:
Als er geen DC pad is, kan de opamp vastlopen en een veel grotere offset gaan vertonen dan wanneeer ie normaal binnen de grenzen van z'n common mode bereik gebruikt wordt. Dat is JUIST onhandig als je hem probeert te nullen. :-)
Dat klinkt wel logisch, dus het stroompad ook kortsluiten voorkomt onvoorspelbaar gedrag.

[Bericht gewijzigd door LetterHenk op 2 oktober 2018 11:36:38 (81%)]

Action expresses priorities LH
flash2b

Golden Member

Op 2 oktober 2018 09:50:28 schreef electron920:
Ha flash2b,
Kan je mij de hart afstanden geven tussen de pluggen en heb je gebruik gemaakt van standaard print materiaal.


Het printje is 40mm x 40mm standaard print materiaal. De pluggen zitten in een 19mm x 19mm grid. Ronde gaten zijn 4mm.
Op 2 oktober 2018 11:17:21 schreef LetterHenk:
... dus het stroompad ook kortsluiten voorkomt onvoorspelbaar gedrag.
Het stroompad kortsluiten voorkomt dat de stroombron tegen z'n grenzen aanloopt en alarm gaat slaan. Maar daarna wil je dus de stroom-kortsluiting nog verbinden met de twee sense-inputs.
four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/
flash2b

Golden Member

Meetresultaten !

Allereerst de EEVBlog 4-Wire Short op de SDM3055
https://www.uploadarchief.net:443/files/download/dsc06344sm.jpg
https://www.uploadarchief.net:443/files/download/dsc06339sm.jpg

Daarna een samengestelde 4-Wire Short uit 2x 2-Wire Short
https://www.uploadarchief.net:443/files/download/dsc06340sm.jpg
https://www.uploadarchief.net:443/files/download/dsc06341sm.jpg

De Siglent kan dus 4-Wire meten als er geen verbinding tussen sense en source is.

Daarna dezelfde samengestelde 4-Wire Short uit 2x 2-Wire Short maar dan op de Fluke 8845A
https://www.uploadarchief.net:443/files/download/dsc06342sm.jpg
https://www.uploadarchief.net:443/files/download/dsc06343sm.jpg

De Fluke kan dus niet 4-Wire meten als er geen verbinding tussen sense en source is.

Tenslotte de gedraaide config op de Fluke:
https://www.uploadarchief.net:443/files/download/dsc06346sm.jpg

Gedraaide config is 100x slechter op de Fluke. Bij de Siglent is het bijna gelijk.

Nu weet ik hoe ik mijn eigen short ga modden, via de groene lijn zoals Miedema in dit topic laat zien.
miedema

Golden Member

Ha Flash2b,

Kijk, dat zijn het soort metingen waar je wijzer van wordt :-)
The proof of the pudding is in the eating...

Het verschil van je eerste 2 metingen met EEV short op de Siglent is dus het verschil tussen theoretisch nul ohm, en de vierdraadsmeting van dat middelste printspoor.

Ook leuk om te zien dat Siglent kennelijk al intern een verbinding tussen stroombron en spanningsmeting heeft (mogelijk beide schakelingen zelfde massapotentiaal) terwijl bij Fluke ze kennelijk helemaal zwevend zijn. (maar er voor een correcte meting er kennelijk wel een gelijk potentiaal nodig is)

Dat die laatste meting met de Fluke een rare waarde aangeeft zegt niet zoveel. Het is eigenlijk een leuk voorbeeld van op een verkeerde manier een 4-draads meting aansluiten... Zo aangesloten is het eigenlijk gewoon weer een 2 draads meting :-) Immers de aansluitweerstanden van de te meten weerstand (voorste short) worden niet meer gecompenseerd....

Als je jouw short gaat modden, laat je dan een klein stukje koper in het midden staan? Dat is het equivalent van dat smalle middelste printspoorje. Zo had ik het getekend, maar daar kijk je wellicht makkelijk overheen...

groet, Gertjan.