ケルビン（4線式）抵抗測定

抵抗計からかなり離れた場所にあるコンポーネントの抵抗を測定したいとします。このようなシナリオは、抵抗計がすべてを測定するため、問題があります。 回路ループの抵抗。これには、ワイヤ（R _ワイヤ）の抵抗が含まれます。 ）抵抗計を測定対象のコンポーネントに接続します（R _subject ）：

通常、ワイヤ抵抗は非常に小さいですが（主にワイヤのゲージ（サイズ）に応じて、数百フィートあたりわずか数オーム）、接続ワイヤが非常に長い場合、および/または測定されるコンポーネントが非常に長い場合とにかく抵抗が低いと、ワイヤ抵抗によって生じる測定誤差が大きくなります。

このような状況で被験者の抵抗を測定する独創的な方法には、電流計と電圧計の両方を使用することが含まれます。オームの法則から、抵抗は電圧を電流で割った値に等しいことがわかります（R =E / I）。したがって、対象のコンポーネントを流れる電流とその両端で降下する電圧を測定すれば、対象のコンポーネントの抵抗を決定できるはずです。

電流は直列ループであるため、回路内のすべてのポイントで同じです。ただし、（ワイヤの抵抗ではなく）対象の抵抗の両端で降下する電圧のみを測定しているため、計算された抵抗は対象のコンポーネントの抵抗（R _subject ）を示しています。 ）単独で。

しかし、私たちの目標は、この被験者の抵抗を遠くから測定することでした。 、したがって、電圧計は電流計の近くに配置し、抵抗を含む別のワイヤーのペアによって対象の抵抗を横切って接続する必要があります：

最初は、この方法で抵抗を測定する利点が失われたように見えます。これは、電圧計が長いペアの（抵抗）ワイヤを介して電圧を測定する必要があり、漂遊抵抗が再び測定回路に導入されるためです。ただし、詳しく調べると、電圧計のワイヤにはごくわずかな電流が流れているため、何も失われていないことがわかります。したがって、電圧計を対象の抵抗の両端に接続する長いワイヤは、わずかな量の電圧を低下させ、電圧計の表示は、対象の抵抗の両端に直接接続されている場合とほぼ同じになります。

メインの通電ワイヤで降下した電圧は電圧計で測定されないため、抵抗の計算にはまったく考慮されません。高品質（フルスケール電流が低い）の動きや電位差測定（ヌルバランス）システムを使用して、電圧計の電流を最小限に抑えると、測定精度がさらに向上する可能性があります。

ケルビン法

ワイヤ抵抗によって引き起こされるエラーを回避するこの測定方法は、ケルビンと呼ばれます。 、または 4線式 方法。 ケルビンクリップと呼ばれる特別な接続クリップ 対象の抵抗を越えてこの種の接続を容易にするために作られています：

通常の「ワニ口」スタイルのクリップでは、顎の両方の半分が互いに電気的に共通であり、通常はヒンジポイントで結合されます。ケルビンクリップでは、顎の半分はヒンジポイントで互いに絶縁されており、測定対象のワイヤーまたは端子を留める先端でのみ接触します。したがって、「C」（「電流」）ジョーの半分を流れる電流は、「P」（「電位」または電圧）を通過しません。 ）顎が半分になり、その長さに沿ってエラーを誘発する電圧降下が発生することはありません：

電流伝導と電圧測定に異なる接点を使用するという同じ原理が、大量の電流を測定するための高精度シャント抵抗器で使用されます。前に説明したように、シャント抵抗は、それらを流れる電流のアンペアごとに正確な量の電圧を降下させることによって電流測定デバイスとして機能し、電圧降下は電圧計によって測定されます。この意味で、高精度シャント抵抗は電流値を比例電圧値に「変換」します。したがって、電流は、シャントの両端で降下する電圧を測定することで正確に測定できます。

シャント抵抗と電圧計を使用した電流測定は、特に大きな電流を伴うアプリケーションに特に適しています。このようなアプリケーションでは、シャント抵抗の抵抗はミリオームまたはマイクロオームのオーダーになる可能性が高いため、最大電流では適度な量の電圧しか降下しません。

この低い抵抗は、ワイヤ接続抵抗に匹敵します。つまり、このようなシャントで測定される電圧は、電流が流れるワイヤ接続で降下する電圧を検出しないようにして、大きな測定エラーが発生しないようにする必要があります。電圧計がシャント抵抗自体によって降下する電圧のみを測定し、ワイヤや接続抵抗に起因する迷走電圧を測定しないようにするために、シャントには通常 4つが装備されています。 接続端子：

高精度標準抵抗器

計測学（計測学=「測定の科学」 ）精度が最も重要なアプリケーションでは、高精度の「標準」抵抗器にも4つの端子が装備されています。2つは測定電流を流すためのもので、2つは抵抗器の電圧降下を電圧計に伝えるためのものです。このように、電圧計は、電流が流れるワイヤやワイヤと端子間の接続抵抗で迷走電圧が低下することなく、高精度抵抗自体で低下した電圧のみを測定します。

次の写真は、他のいくつかの標準抵抗器と一緒に温度制御された油浴に浸された1Ω値の高精度標準抵抗器を示しています。電流用の2つの大きな外部端子と、電圧用の2つの小さな接続端子に注意してください。

これは、ドイツ製のもう1つの古い（第二次世界大戦前の）標準抵抗器です。このユニットの抵抗は0.001Ωで、4つの端子接続ポイントは黒いノブ（ワイヤとの直接の金属間接続用の各ノブの下の金属パッド）、通電を固定するための2つの大きなノブとして見ることができます。ワイヤー、および電圧計（「電位」）ワイヤーを固定するための2つの小さなノブ：

ワシントン州エベレットにあるFlukeCorporationに感謝の意を表します。一次標準化研究所で、これらの高価でやや珍しい標準抵抗器の写真を撮ることができました。

両方を使用した抵抗測定に注意する必要があります 電流計と電圧計は複合誤差の影響を受けます。両方の機器の精度が最終結果に影響するため、全体的な測定精度は、どちらかの機器を単独で検討した場合よりも悪くなる可能性があります。たとえば、電流計が+/- 1％の精度であり、電圧計も+/- 1％の精度である場合、両方の機器の指示に依存する測定は、+ / -2％も不正確になる可能性があります。

電流計を電流測定シャントとして使用される標準の抵抗に置き換えることで、より高い精度が得られる場合があります。標準抵抗器と電圧降下の測定に使用される電圧計の間には依然として複合誤差がありますが、通常の標準抵抗器の精度は通常の電流計の精度をはるかに超えるため、これは電圧計+電流計の配置よりも少なくなります。ケルビンクリップを使用して対象の抵抗と接続すると、回路は次のようになります。

上記の回路のすべての通電ワイヤは「太字」で示され、両方の抵抗で電圧計を接続するワイヤと簡単に区別できます（R _subject およびR _標準 ）。理想的には、電位差電圧計を使用して、「電位」ワイヤを流れる電流をできるだけ少なくします。

ケルビン測定は、電気回路の接続不良や予期しない抵抗を見つけるための実用的なツールになります。 DC電源を回路に接続し、上の図に示すように（もちろん回路の機能の範囲内で）回路に定電流を供給するように電源を調整します。 DC電圧を測定するように設定されたデジタルマルチメータを使用して、回路内のさまざまなポイントでの電圧降下を測定します。

ワイヤサイズがわかっている場合は、表示される電圧降下を推定し、これを測定した電圧降下と比較できます。これは、トレーラーの照明回路など、要素にさらされている配線の接続不良をすばやく効果的に見つける方法です。また、電力が供給されていないAC導体でもうまく機能します（AC電源がオンにならないようにしてください）。

たとえば、電灯のスイッチの両端の電圧降下を測定し、スイッチまたはスイッチの接点への配線接続が疑わしいかどうかを判断できます。この手法を最も効果的に使用するには、同じタイプの回路を新しく作成した後で測定して、「正しい」値を感じるようにする必要があります。この手法を新しい回路で使用し、結果をログブックに記録すると、将来のトラブルシューティングに役立つ貴重な情報が得られます。

関連するワークシート：

• オーム計-ケルビンワークシート
• 電流計-ケルビンワークシート
• DCモーター-ケルビンワークシート