Kelvin aansluiting

fatbeard

Honourable Member

Om te beginnen: ik snap het principe achter een Kelvin (4-draads) aansluiting volledig, geen mysterie op dat vlak.

Maar wat ik niet snap is waarom vrijwel altijd de spanning-aansluiting binnen de stroom-aansluiting wordt gemaakt (plaatje van Wikimedia):https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/84/Four-point.png
Op deze manier worden dus secties 1-2 en 3-4 niet meegemeten, bij mij heet dat een meetfout.

Mijn insteek zou juist zijn om de spanning-aansluiting buiten de stroom-aansluiting te maken (links van 1 en rechts van 4) zodat alles wordt meegemeten.

Diverse instructie-videos en handleidingen vertellen echter vrijwel allemaal om het op de manier van het plaatje te doen, zonder dieper in te gaan op het waarom...

Als de stroom op de juiste plek wordt geïnjecteerd is er geen meetfout. Als de spanning op de juiste plek wordt gemeten trouwens ook niet, maar dat wordt nergens verteld...

Een goed begin is geen excuus voor half werk; goed gereedschap trouwens ook niet. Niets is ooit onmogelijk voor hen die het niet hoeven te doen.
EricP

mét CE

Raar plaatje... Een shunt en dan een stroommeter met iets van een batterij. Hmz...

Normaal meet je inderdaad spanning op de stukken waar geen stroom loopt. Anders is het verhaal redelijk zinloos... Dus wellicht eerst beginnen (bij wiki) met een fatsoenlijk plaatje...

Ha fatbeard,

Goeie vraag..... bij een 4 draad meting is het van belang dat de voltmeter contact maakt binnen het stroombron contact om spanningsval op de contacten van de stroombron naar de te testen draad te voorkomen dat is de enige reden.

Groet,
Henk.

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

mét CE

Ah, dat grijze ding is de draad waarvan je de weerstand wilt bepalen. Helder. Ja, dan zit het verkeerd om...

De meter zet een "meetstroompje" over de te meten weerstand/leiding waarna er een spanning wordt gemeten. De meter past de wet van Ohm toe en dan heb je de uitslag zonder de weerstand van de meetsnoeren.

Ik meet ook regelmatig met een Metrel MI 3242 in medische ruimtes. In de bijlage van deze post een afbeelding, een voorbeeld van een Kelvin probe waar ik de metingen mee doe. Jouw stelling suggereert dat het uit maakt of ik de meetpen linksom of rechtsom vasthoud...

Ik heb nog eens door de documentatie gekeken van de meter, maar deze zegt daar ook niets duidelijks over.

Het lijkt mij verwaarloosbaar, maar jouw vraag wekt wel interesse om het uit te zoeken.

Watt? U x I
fatbeard

Honourable Member

Alles is verwaarloosbaar, het hangt alleen af van de schaal waarop...

In de getoonde meetpen zie ik toch al gauw een 1.5mm ruimte tussen de testpunten, dat levert 3mm meetfout op. Of dat uitmaakt hangt af van wat je aan het meten bent en de resolutie van het gebruikte meetapparaat.

Zoals reeds gezegd in de openingspost: ik snap precies het hoe en waarom van Kelvin metingen.
Wat ik dus niet snap is waarom vrijwel iedereen de spanning binnen de stroomlus meet in plaats van er buiten...

Voor wie zich wil verbazen over hoe precies een Kelvin meting kan worden: https://youtu.be/wwgO6Lg4RZM

Een goed begin is geen excuus voor half werk; goed gereedschap trouwens ook niet. Niets is ooit onmogelijk voor hen die het niet hoeven te doen.

Ha KevinM,

Als je met die probe meet gebruik je er dan twee of is dit een probe voor een andere meting :?

Ik heb de 4-draadsmethode vaak gebruikt om kleine tot zeer kleine weerstanden te meten.
Het belangrijkste voordeel is dat je geen van de 4 meetdraden hoeft te verbinden met schroef verbindingen.
Je kunt alleen een drukcontact van een krokodil gebruiken.
De twee buitenste draden zijn verbonden met de stroombron en de twee binnenste draden zijn verbonden met de voltmeter.
Op deze manier wordt de spanningsval op de buitenste contacten naar de stroombron uitgesloten.
Omdat de voltmeter een hoge weerstand heeft, zal de contactweerstand van de aansluitdraden geen noemenswaardige spanning val veroorzaken.

Groet,
Henk.

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

Volgens mij maakt het niets uit; ik kan mij in extremere meetopstellingen wel voorstellen dat de zware stroomklemmen minder precies de bemeten lengte definiëren als een klein (prik-) contact voor de spanning.

Praktische overwegingen ziet men bijvoorbeeld ook wel terug bij gerelateerde onderwerpen als deze: https://www.ti.com/lit/an/sboa197/sboa197.pdf

fatbeard

Honourable Member

Op het moment dat je de spanningsprobe binnen de stroomlus zet meet je de stukjes tussen de stroom- en spanningsaansluitingen niet mee. Dat kan de bedoeling zijn, maar toch.

Contactweerstand speelt geen rol, waar je de spanning ook afneemt: je meet alleen het stuk tussen de binnenste aansluitingen, of dat nou de spannings- of stroomaansluiting is.

Ik wil alleen graag weten waarom iedereen de spanningsaansluitingen aan de binnenkant zet...
EDIT Aart geeft me een goede hint.

Een goed begin is geen excuus voor half werk; goed gereedschap trouwens ook niet. Niets is ooit onmogelijk voor hen die het niet hoeven te doen.

Als de klemmen op de draden van een laagohmige weerstand zitten, dan maakt het niet veel uit. Want over de draden valt weinig spanning.

Het gaat dan vooral om de kontakt-weerstand van de stroom klemmen te omzeilen.

Maar inderdaad kun je beter de spanning aan de buitenkant meten.

Ha fatbeard,

Tja dat heb ik nu al twee keer geschreven en tekenen kan ik nu even niet :(

Groet,
Henk.

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

Honourable Member

Gelukkig kan ik het wel (tekenen dus).
Dit is zoals iedereen zegt dat het moet:

Spanning over de aansluitdraden en contactweerstand(en) wordt niet meegemeten, dat is nu juist het idee achter de Kelvin meting.
Het grappige is, dat verwisselen van U en I hiervoor geen fluit uitmaakt.

Wat me dus bij mijn oorspronkelijke vraag terugbrengt: waarom wil iedereen nou dat je het op de getekende manier doet?

Het enige argument wat een béétje hout snijdt komt van Aart: als voor de stroom klemmen gebruikt worden met een groot contactoppervlak kan dat de exactheid van de meting nadelig beïnvloeden omdat het exacte contactpunt niet bepaald kan worden.
Ik zei een béétje, want er is hoegenaamd geen reden om een groot contactoppervlak te gebruiken: de overgangsweerstand wordt toch niet meegemeten...

Een goed begin is geen excuus voor half werk; goed gereedschap trouwens ook niet. Niets is ooit onmogelijk voor hen die het niet hoeven te doen.

Je zit met de contactweerstand van de aansluitklemmen van de stroomtoevoer.
Die is afhankelijk hoe vast de klem vastgedraaid wordt. Als je buiten de klemmen meet, dan weet je niet wat de weerstand tussen de twee voltmeterklemmen zit. Meet je binnen de klemmen dan weet je precies de weerstand tussen de spanningsmeetpunten. Die is namelijk altijd hetzelfde.

Bezoek mijn neefjes' site: www.tinuselectronics.nl
Sine

Moderator

Dat ligt er ook helemaal aan wat je doet natuurlijk, 'echte' kelvin klemmen hebben de beide contacten tegenover elkaar liggen, dan heb je die hele discussie niet.
En bij shunts is meestal aangegeven (of door het formaat vanzelf duidelijk) welke klemmen voor I en U zijn.

fatbeard

Honourable Member

Op 8 november 2020 22:07:44 schreef ohm pi:
...
Meet je binnen de klemmen dan weet je precies de weerstand tussen de spanningsmeetpunten.
...

Buiten de klemmen ook, daar loopt namelijk geen stroom van betekenis...

De overgangsweerstand van de stroomklemmen staat (net als de kabelweerstand) buiten de spanningskring en heeft geen invloed op het meetresultaat.
De stroom levert een spanning op over de te meten weerstand (en het deel van de aansluitdraden wat zich in de stroomkring bevind), onafhankelijk van de overgangsweerstand tussen die kring en de te meten weerstand.
Die spanning kun je zowel binnen als buiten de stroom aansluitpunten meten omdat er in de spanningsmeetkring geen stroom van betekenis loopt...
Effectief meet je de spanning tussen de twee binnenste klemmen, of die nou voor stroom of spanning zijn gebruikt.

@Sine: die eerste set klemmen zijn inderdaad 'echte' Kelvin-klemmen. Bij de twee shunts blijf ik beweren dat het voor de meting niet uitmaakt als je de klemmen voor U en I verwisselt.

Een goed begin is geen excuus voor half werk; goed gereedschap trouwens ook niet. Niets is ooit onmogelijk voor hen die het niet hoeven te doen.

Op 8 november 2020 23:43:17 schreef fatbeard:
[...]
Buiten de klemmen ook, daar loopt namelijk geen stroom van betekenis...

Neem het tweede plaatje van de post van Sine hiervoor. Onder de stroomvoerende aansluitbouten zitten plaatringen. Neem aan dat een cirkelsegment verroest is. De totale weerstand hangt af hoe de plaatring gemonteerd is. Zoiets geldt ook als de aansluitbouten niet gelijkmatig schoon zijn. Meet je er binnen in, dan heb je daar geen last van.

Op 8 november 2020 23:43:17 schreef fatbeard:
Bij de twee shunts blijf ik beweren dat het voor de meting niet uitmaakt als je de klemmen voor U en I verwisselt.

Meten is weten!
Één meting is geen meting.

Bezoek mijn neefjes' site: www.tinuselectronics.nl

Ha fatbeard,

Maar dat is de zelfde tekening ( voorstelling ) als de eerste dat bedoelde ik niet.... om het probleem van uit de metrologie te beschouwen is het misschien beter om eerst de brug van Thomson of ook wel Kelvin genaamd te bekijken dit is een speciale uitvoering van de brug van Wheatstone want die werkt niet jofel bij lage weerstanden :o

Het punt in het algemeen is.... omdat wij deel uitmaken van het te meten circuit kunnen we niet objectief meten we zullen ter alle tijden het meetresultaat beinvloeden door de manier van bemonsteren.
Dit is heel belangrijk om je te realiseren hoe groot onze resolutie ook is !
Ik ga kijken voor een voorbeeld om dit duidelijk aan te tonen, want het maakt bij kleine weerstanden wel degelijk uit of je binnen dan wel buiten de stroom kring van het sample meet.

@Sine,

Dat zijn de betere kleps voor ronde samples maar ook hierbij volg je het zelfde principe en bouw je een brug van Thomson/Kelvin.
Je zet de klem op de ronde draad de bovenste bek is de C stroom toevoer de onderste is P potentiaal...... dan de klem na het meet object dan is de bovenste de P potentiaal en de onderste de C stroom dus let er op dit is tegenovergesteld.
Ik kom nog wel eens in Rotterdam op de hogeschool en ik ben nog niet een student tegengekomen die dit niet fout deed zelfs bij een gerenommeerd instituut :o

Groet,
Henk.

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

Op 8 november 2020 17:12:08 schreef electron920:
Ha KevinM,

Als je met die probe meet gebruik je er dan twee of is dit een probe voor een andere meting :?

Aan de andere "kant" heb ik twee meetklemmen op een aardrail zitten. Met de probe ga ik alle contactdozen af die in het te meten vereffeningssysteem zitten.

Watt? U x I

Ik snap het probleem niet. Je stuurt een bekende stroom (daarom de A meter in serie met de bron) door een onbekende weerstand. Dan meet je alleen de spanning over die weerstand. En de wet van Ohm doet de rest.

Die spanning meet je binnen de kring, die "ongemeten" stukken horen niet bij de weerstand dus die meet je niet mee. Hoe hoog die zijn maakt ook niets uit, al zijn ze 1M per stuk want de stroom is immers bekend.

Ook dit is niet zonder fout want de voltmeter heeft een inwendige weerstand welke parallel komt te staan met de te meten weerstand. Maar ook die weerstand is bekend en hoor je te verrekenen !!!. Wil je nog extremer dan ga je ratiometingen mbv een KV deler en calibratie weerstanden doen. Iets wat nu zo o9ngeveer een vergeten techniek is.

Wat minder bekend is, is dat men dat daarna zelf dus moet verrekenen. In manuals van bv , GR meetbruggen, stond altijd uitgebreid uitgelegd hoe je de laatste kleine foutjes ergens uit moest halen. Dat waren vaak stevige berekeningen waarbij je van alles moest verrekenen. Het resultaat was vaak zo klein dat het meestal te verwaarlozen was maar bij calibratie gerelateertde zaken moest je dit gewoon doen.

Wij zijn te veel verwend met meetapparatuur die de fout zo klein maakt dat het (bijna) te verwaarlozen is. Vroeger met analoge meters was dat niet het geval. Dat leert je op een andere manier naar metingen kijken.

Toen ik een heel nest aan calibratie spul kreeg, heeft het enige tijd geduurd totdat ik door had hoe ik met het spul moest omgaan. Een KV divider is bv een extreem precies geval maar alleen als je het juist toepast. Dwz je vergelijkt twee spanningbronnen met elkaar (mbv een nul-meter) , en niet, zoals ik dacht, om er een DMM aan te hangen en met de KV deler de spanning uit een calibrator te verlagen naar de voor calibratie benodigde spanning. De KV deler is daarvoor met zijn 100k uitgang weerstand ongeschikt.

www.pa4tim.nl, www.schneiderelectronicsrepair.nl, Reparatie van meet- en calibratie apparatuur, ook oud en exotisch
EricP

mét CE

De plaatjes van sine... Dat is natuurlijk een andere situatie dan het plaatje in de startpost.

Bij zo'n shunt (plaatje 2 en 3) is het logisch. Hier heb je een bekende weerstand, en door daar de spanning over te meten wordt de stroom bepaald. Door zo dicht mogelijk bij het 'meet element' spanning te meten, sluit je zoveel mogelijk van wat er buiten zit - en dus feitelijk ongewenst weerstand toevoegt - uit. Maar da's een andere situatie dan het plaatje uit de start post!

Het wordt natuurlijk een ander verhaal als je van het materiaal uit de startpost de weerstand per lengte eenheid wilt weten. Dan meet je de afstand van de meetpunten van de spanningsmeter en de spanning daartussen. Als je DAN aan de buitenkant zou meten, dan heb je ook een stukje wat stroomloos is, en waarmee je dus de nauwkeurigheid om zeep helpt!

Veel van de shunts uit plaatje 2 van de post van sine hebben trouwens ook een klein 'keepje' in 1 van de koperen strippen zitten. Daarmee wordt de boel gekalibreerd tijdens productie.

@fred: leuk om natuurlijk de weerstand van je spanningsmeter mee te nemen in het verhaal. In theorie heb je helemaal gelijk. In de situatie van 'oude' meter ook nog wel een heel eind. Maar eh... als ik zo'n shunt kalibreer (danwel meet)... die dingen doen vaak 50mV/500A ofzo... Zou het parallel zetten van een "multimeter" met een ingangsimpedantie van 10MΩ en een nauwkeurigheid van 1‰ (wat op zich ook al best netjes is...) dat echt de moeite waard maken? Als het verschil 'slechts' een factor 1000 (of 10000) is... kan ik wel met je mee. Maar in deze situatie?

Ha fred101,

Dat is helemaal goed maar over die ratio meting heb ik het maar niet je zal eerst tussen de oren de Thomson brug moeten begrijpen.

@KevinM,

Dank voor de uitleg ik heb ook van dat soort probes die gebruik ik om de weerstand van een sheet te meten.
Maar gebruik jij deze ook voor weerstand of voor kleine spanningen :?
Als je deze voor weerstandsmeting gebruikt staat er dan op je probe welke richting de elektrische stroom richting is !

@EricP,

Ook de modellen van @Sine verschillen niet van het voorbeeld van @fatbeard en voldoen aan het meetprincipe volgens de brug van Thomson/Kelvin in jou ( handheld ) universeel meter zit een speciale weerstand als shunt met 4 aansluitingen.
Daarom is ( ik heb dit al eerder aangegeven in een ander draadje ) het plaatsen van je meetweerstand ( shunt ) in een voeding heel belangrijk qua print layout :D
Bij de Kelvin clips is de manier van aansluiten heel belangrijk zie mijn post boven !

Groet,
Henk.

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

mét CE

Ook de modellen van @Sine verschillen niet van het voorbeeld van @fatbeard

Die verschillen enorm! In het plaats van TS is het te meten object de grijze streep van links naar rechts. In de plaatjes van sine is het te meten (of het metende :) ) object voorzien van aansluitpunten (die in principe zoveel mogelijk buiten de spanningsmeting gehouden worden en van een dusdanige aard zijn dat er ook nauwelijks spanningsval zal optreden) waar de boel op aangesloten word! DAT veroorzaakt mi. de verwarring. Als het iet als in bijgaand plaatje zou zijn, dan is het logisch!

Nogmaals, ik snap prima hoe een 'kelvin meting' werkt - met en zonder brug. Maar het matched niet niet met het plaatje waar TS mee begint!

Ha EricP,

Zijn er verschillen nee :o oké de tekening van @fatbeard is in het platte vlak en kan je in de lengte richting vertalen als een meting uitgevoerd met de probe van @KevinM...... de kleps die @Sine laat zien is dimensionaal hier bij gaat het niet om de lengte richting maar om de diameter maak dit uit voor de ladingsdichtheid nee het skin effect achterwegen gelaten.
Daarom is het van belang dat( in de richting waarin de elektrische lading verplaatst wordt ) de kleps aan beide kanten verwisseld worden dus aan de ene kant C ( Current ) boven dan aan de andere kant C ( Current ) onder om de diameter mee te nemen in de meting.

In het algemeen als je een resultaat wil weergeven volgens een bepaalde meetmethode moet de meting aan deze meetmethode voldoen anders praten we over twee verschillende metingen !
Met andere woorden als de twee voorstelling verschillen zal het resultaat ook verschillen en dat kan niet.

Groet,
Henk.

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

Het plaatje uit de startpost klopt maar het zou duidelijker zijn geweest om het te tekenen zoals in het plaatje van EricP. De locatie van de voltmeter aansluiting definieert het begin en eind van de te meten weerstand bij calibratie na fabrikage,. niet het materiaal daarbuiten.

@fred: leuk om natuurlijk de weerstand van je spanningsmeter mee te nemen in het verhaal. In theorie heb je helemaal gelijk. In de situatie van 'oude' meter ook nog wel een heel eind. Maar eh... als ik zo'n shunt kalibreer (danwel meet)... die dingen doen vaak 50mV/500A ofzo... Zou het parallel zetten van een "multimeter" met een ingangsimpedantie van 10MΩ en een nauwkeurigheid van 1‰ (wat op zich ook al best netjes is...) dat echt de moeite waard maken? Als het verschil 'slechts' een factor 1000 (of 10000) is... kan ik wel met je mee. Maar in deze situatie?

Eiric, het gaat om het principe van de Kelvin-meting, niet om wat er praktisch in jou geval van belang is bij sommige weerstand waarden. Meestal un je met een gewone weerstaned meting al meer dan genoeg uit de voeten, bij andere metingen gelden andere zaken. Voor mij gaat die 10M ook niet op om de simpele reden dat ik dit soort metingen alleen met veel-digit benchmeters doe (meer dan 1 Gohm inwendige weerstand).

Er zijn veel meer soorten weerstand metingen die alleen in sommige situaties nodig zijn. Zo is bv de hoogte van de meetspanning soms van belang (dry resistance metingen met max 50mV), of er wordt gepulst gemeten ivm opwarming van de te meten weerstand, soms wordt met AC gemeten etc. Kelvin meetklemmen zijn ook een compromis :-)

En dan heb ik het nog niet over dingen als tempco, guarding, afscherming etc. Allemaal dingen die soms van belang zijn maar vaak niet. Ik heb nu een calibratie thermometer liggen met een 24bit ADC. De protectie diodes , van meetspanning naar voeding rails, zitten in metalen huisjes waarbij op de de geisoleerde metalen buitenkant van de behuizing een actief guard signaal staat en de weerstand van de PT100 gepulst wordt gemeten. Bij zoveel digits wil je niet dat de weerstand van de PT100 de boel gaat opwarmen. En ja, enorma overlkill als je wilt weten of de biefstuk heet genoeg is..

www.pa4tim.nl, www.schneiderelectronicsrepair.nl, Reparatie van meet- en calibratie apparatuur, ook oud en exotisch

Ik denk dat het er in essentie op neerkomt dat we beter zijn in het spanning meten zonder stroomverlies dan stroom meten zonder spanningsverlies.

Een ideaale spanningsmeter neemt geen stroom op. Een ideale stroommeter neemt geen spanning. Maar in de praktijk is dat dus voor een spanningsmeter veel nauwkeuriger te benaderen.

Daarnaast mag je van mij nadenken over wat je wilt bereiken en dan tot de conclusie komen dat je het anders-dan-standaard wil doen.

in Sine's post zie je een shunt. Die is bedoeld om een stroom doorheen te sturen en dan met een voltmeter de stroom af te lezen. Omdat de gedefinieerde weerstand in het dunne stuk en niet in de aansluitblokken zit, verdient het de aanbeveling om de spanningsmeting binnen de stroommeting te doen. Zo heb je zo min mogelijk invloed van de "ongewenste" weerstand van het aansluitblok.

Als je van een stuk kabel wil weten wat de weerstand is omdat je er veel stroom doorheen gaat sturen, dan valt er wat voor te zeggen om op de uiteindjes de spanning te meten terwijl je de meet stroom door een gedefinieerde lengte draad stuurt. Maar eigenlijk kan het ook andersom, je stuurt de stroom door de hele draad en meet de spanning over een gedefinieerde lengte.

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/