抵抗測定は正確さが命です。 このガイドは、可能な限り高品質の測定を実現するために私たちが知っていることをまとめたものです。
インデックス
- 抵抗測定入門
- 応用編
- 抵抗
- 抵抗測定の原理
- 4端子法 接続方法
- 考えられる測定誤差
- 正しい測定器の選択
- 応用例
- 役に立つ公式とチャート
- もっと調べる
1. はじめに
非常に大きな量や非常に小さな量の測定は常に困難であり、抵抗測定も例外ではありません。
クロピコは低抵抗測定の世界的なリーダーであり、ほとんどの測定アプリケーションをカバーする低抵抗オームメータとアクセサリの包括的な範囲を生産しています。 このハンドブックでは、低抵抗測定技術の概要を説明し、一般的なエラーの原因とそれを回避する方法を解説しています。 また、測定器や測定技術を選択する際に、最適な選択ができるように、電線やケーブルの特性、温度係数、各種計算式などの便利な表も掲載しました。 このガイドが皆様のツールキットに加わることを願っています。
2. アプリケーション
部品メーカー
抵抗器、インダクタ、チョークなど、製品が規定の抵抗値許容値を満たしているか、生産ラインや品質管理試験の最後に検証しなければなりません。
スイッチ、リレー&コネクタのメーカー
接触抵抗が事前に指定した限度以下になっているか検証することが必要です。 これは、生産ラインの最終テストで達成することができ、品質管理を確実にします。
ケーブルメーカー
生産する銅線の抵抗を測定する必要があります。抵抗が高すぎると、ケーブルの通電能力が低下し、低すぎると、メーカーはケーブル径に寛大で、必要以上に銅を使っており、非常に高くつくことがあります。
電力ケーブル、スイッチギア&電圧タップチェンジャーの設置・保守
これらのケーブルのジョイントやスイッチコンタクトは、できるだけ低い抵抗値が必要で、ジョイントやコンタクトが過剰に熱くなるのを防ぐことができます。
電動機 & 発電機メーカー
全負荷時に到達する最高温度を決定する必要があります。 この温度を決定するために、銅巻線の温度係数が使用されます。 まず、モータや発電機が冷えた状態、すなわち周囲温度で抵抗を測定し、その後、一定時間全負荷で稼働させ、再び抵抗を測定します。 抵抗値の変化から、モーターやジェネレーターの内部温度を判断することができます。
自動車業界
ロボット溶接ケーブルの抵抗値を測定し、溶接の品質が劣化していないことを確認する必要があります。 バッテリーリードの圧着コネクタ、エアバッグの起爆装置の抵抗、ワイヤーハーネスの抵抗、部品の圧着コネクタの品質。
ヒューズメーカー
品質管理のため、航空機や軍用車両の抵抗結合測定では、ギャレー機器など航空機に搭載されるすべての機器がエアフレームと電気的に接続されていることを確認する必要がある。 戦車などの軍用車両も同様の要求があります。 大電流の生産者と使用者はすべて、電気メッキ用の電極への接合抵抗、バスバー、コネクタの分布を測定する必要があります。
Railway utilities
Including trams and underground railways (Metro) – for the measurement of power distribution cable joints, including the resistance of rail track joints, because the rails are often used for signalling information.
3. Resistance
オームの法則 V = I x R (Volts = current x resistance).オームの抵抗は、電流と抵抗の比を表す。 オーム(Ω)は、端子間に1ボルトの電位をかけると1アンペアの電流が流れる導体の電気抵抗に等しい単位である。 オームの法則は、発見者であるドイツの物理学者ゲオルク・オームにちなんで名付けられた、電気に関する最も重要で基本的な法則のひとつである。 電流、電圧、抵抗という3つの基本的な電気量の関係を定義している。 抵抗体だけの回路に電圧をかけると、下図のようなオームの法則に従って電流が流れる。
4. 抵抗測定の原理
電流計 電圧計法
この方法は、基本に立ち返る。 電池を電圧源とし、電圧計で電圧を、電流計で回路の電流を測定すれば、それなりの精度で抵抗値を計算することができます。
Kelvin Double Bridge
ケルビンブリッジはホイートストーンブリッジの変形で、低抵抗を測定することができる。 測定範囲は通常、1mΩから1kΩで、最小分解能は1μΩです。
- 手動でバランスをとる必要がある
- バランス状態を検出するために高感度のヌル検出器または検流計が必要
- 測定電流は十分な感度を得るために適度に大きくなければならない
Kelvinダブルブリッジは一般にデジタルオーム計に取って代わられました。
DMM – 2線式接続
シンプルなデジタル・マルチメータは、より高い値の抵抗に使用することができます。
部品の抵抗（Rx）を測定する場合、試験電流は部品を通して強制され、試験計はその端子で電圧を測定します。 その結果、メータは抵抗値を計算し表示し、これは2線式測定として知られている。 メーターはその端子で電圧を測定し、コンポーネントを横切っていないことに注意する必要があります。 この結果、接続リード線間の電圧降下も抵抗値の計算に含まれる。 良質のテストリードは、1メートルあたり約0.02Ωの抵抗を持っています。 リードの抵抗に加えて、リードの接続部の抵抗も測定に含まれ、これはリードそのものと同じかそれ以上に高い値になります。
大きな抵抗値の測定ではこの追加のリード抵抗誤差は無視できますが、下のグラフからわかるように、測定値が小さくなると誤差はかなり大きくなり、10Ω以下では完全に不適当です。
TABLE 1
測定誤差の例
| RX | テストリード抵抗 R1 + R2 | 接続部 抵抗 R3 + R4 | DMM端子で測定したRx = Rx + R1 + R2 + R3 + R4 | エラー % | ||||
| 1000 Ω | 0.04 ω | 0.04 ω | 1000.08 ω | 0.008 | ||||
| 100 ω | 0.04 ω | 0.008 | 1。04 ω | 0.04 ω | 100.08 ω | 0.08 | ||
| 10 ω | 0.04 ω | 0.04 ω | 0.04 ω | 10.08 ω | 0.8 | |||
| 1 ω | 0.04 ω | 0.04.08。04 Ω | 0.04 Ω | 1.08 Ω | 8 | |||
| 100 mΩ | 0.04 Ω | 1.08 Ω | 0.04 Ω | 0.04 Ω | 0.0404 Ω | 0.04 Ω | 180 mΩ | 80 |
| 10 mΩ | 0.04 Ω | 0.04 | 180 mΩ0.0404 Ω | 0.04 Ω | 90 Ω | 800 | ||
| 1 mΩ | 0.04 Ω | 0.04 Ω | 81 Ω | 8000 | ||||
| 100 μΩ | 0.04 Ω | 0.04 Ω | 80.1 Ω | 0.08Ω | 8000 |
真のDC測定をするには、抵抗オーム計では通常4線計測を使用します。 DC電流は、Rxとオームメータの内部標準を介して渡されます。 このとき、Rxと内部標準にかかる電圧が測定され、2つの測定値の比が抵抗値を計算するために使用されます。 この方法では、電流はオームメータが両方の読み取りを行うのに必要な数ミリ秒の間だけ安定していればよいが、2つの測定回路が必要となる。
あるいは、定電流源を使用して、Rxに電流を流す方法もある。 その後、Rxの電圧降下を測定し、抵抗値を計算します。 この方法では測定回路は1つしか必要ありませんが、電流発生器はすべての測定条件において安定していなければなりません。
4線接続
4線（ケルビン）測定法は100Ω以下の抵抗値に対して好ましく、すべてのシーワード・ミリオームメータとマイクロメータがこの方法を採用しています。 これらの測定は、4本の別々のワイヤーを使って行われます。 2本のワイヤが電流を運び、ソースまたは電流リードとして知られ、Rxに電流を渡します。 残りの2本はセンスまたはポテンシャルリードと呼ばれ、Rxの電圧降下を検出するために使用されます。 センスリードに流れる電流はごくわずかですが、無視できます。 したがって、オーム計のセンス端子間の電圧降下は、Rx間の電圧降下とほぼ同じになります。
測定の観点から、これは2つの電流（CとC1）および2つの電位（PとP1）、4つの別々のワイヤで接続の最高のタイプです。 電流線は常に電位の外側に配置する必要がありますが、正確な配置は重要ではありません。 電位線は、測定したいポイントに正確に接続する必要があります。 測定値は、電位点の間になります。 これは最良の測定結果をもたらしますが、実用的でない場合が多々あります。 私たちは完璧ではない世界に生きており、時には小さな妥協をしなければなりません。クロピコは多くの実用的な測定ソリューションを提供します。 4端子接続の方法
ケルビンクリップ
ケルビンクリップはワニ口クリップに似ていますが、各アゴが互いに絶縁されているのが特徴です。 電流のリード線は一方のジョーに、電位のリード線はもう一方のジョーに接続される。
Duplex Handspikes
Handspikes は、特にシート材、バスバー、およびアクセスが問題となり得る場所において、もうひとつの非常に実用的な接続ソリューションとなります。 ハンドスパイクは、ハンドルに囲まれた2つのバネ付きスパイクで構成されています。
スタック・リード接続
Rxへの接続を行うための唯一の実用的な解決策は、スタック・リードを使用することである場合があります。 電流リードは、電位リードの後ろに押し込まれます。 この方法では、測定点が電位リードと電流リードが接続される場所になるため、誤差が小さくなります。
ケーブルクランプ
製造中にケーブルを測定する場合、また品質管理のために、測定条件を一定に保つことが必要です。 ケーブルサンプルの長さは通常1メートルで、1メートルの長さを正確に測定するために、ケーブルクランプを使用する必要があります。 クロピコでは、ほとんどのケーブルサイズに対応できるよう、様々なケーブルクランプを用意しています。 測定するケーブルをクランプにセットし、ケーブルの両端を電流端子にクランプします。
治具と固定具
抵抗器、ヒューズ、スイッチ接点、リベットなどの部品を測定する場合、部品を保持する試験治具の重要性はいくら強調してもしきれません。 これにより、測定条件、すなわち測定リードの位置が各部品に対して同じであることが保証され、一貫した、信頼性のある、意味のある測定が可能になります。 治具は用途に合わせて特別に設計する必要がある場合が多い。 測定誤差の可能性
低抵抗測定に関連する測定誤差の原因はいくつか考えられる。
Dirty connections
すべての測定と同様に、接続するデバイスがきれいで、酸化物や汚れがないことを確認することが重要です。 抵抗の高い接続は、読み取り誤差の原因となり、測定ができなくなることがあります。 また、材料に施されたコーティングや酸化物の中には、良好な絶縁体であるものがあることに留意する必要があります。 陽極酸化は非常に高い抵抗を持ち、典型的な例です。 接続部のコーティングは必ず清掃してください。
リード線の抵抗値が高すぎる
理論的には、4端子法による測定はリード線の長さに影響されませんが、リード線の抵抗値が高すぎないように注意する必要があります。 電位リードは重要ではなく、通常、測定精度に影響を与えることなく1kΩまで可能ですが、電流リードは重要です。 電流リードの抵抗値が高すぎると、電流リード間の電圧降下により、DUT（被測定デバイス）間の電圧が不足し、適切な測定値が得られません。 クロピコ型オームメータは、DUTにかかるこのコンプライアンス電圧をチェックし、それが低すぎる場合は、測定が行われないようにします。 また、警告表示も出ますので、誤った測定が行われることはありません。
測定ノイズ
あらゆる種類の低電圧測定と同様に、ノイズが問題になることがあります。 テストリードが変化する磁場の影響を受けたり、その磁場内でリードが動いたりすると、ノイズが発生します。 この影響を最小限に抑えるには、リード線をできるだけ短くし、静止させ、理想的にはシールドを施す必要があります。 クロピコは、この理想を実現するには多くの現実的な制約があることを認識しており、オームメータ内の回路は、これらの影響を最小限に抑え、除去するように設計されています。 熱起電力 DUTの熱起電力は、おそらく低抵抗測定における誤差の最大の原因です。 まず、熱起電力とは何を意味し、どのように発生するのかを理解する必要があります。 熱起電力は、2つの異種金属を接合し、熱電対接合と呼ばれるものを形成したときに発生する小さな電圧のことです。
この熱電対効果により、熱起電力を補正し除去する手順を踏まないと、測定に誤差が生じます。 クロピコのマイクロメータおよびミリオメータは、測定用の自動平均モードを提供することにより、この効果を排除しています（スイッチド DC または平均法と呼ばれることもあります）。 測定は、電流を順方向に流し、次に逆方向の電流を流して行います。 表示される値は、これら2つの測定値の平均値です。 測定系に熱起電力がある場合は、1回目の測定で加算され、2回目の測定で減算されます。その結果表示される平均値は、測定から熱起電力を除去またはキャンセルしたものです。 この方法は、抵抗負荷には最適ですが、モーターや変圧器の巻線などの誘導負荷には適しません。
2本のバスバーのジョイント抵抗の測定
誤った試験電流
測定電流がDUTに与える影響について常に考慮する必要があります。 質量が小さいデバイスや、細い銅線のような温度係数の高い材料で構成されたデバイスは、加熱を避けるために利用可能な最小限の電流で測定する必要があります。 このような場合、発熱を最小限にするために、1パルスの電流を流すことが適切な場合があります。 DUTが熱起電力の影響を受ける場合は、前述のスイッチドカレント方式が適しています。 Cropico DO5000シリーズのオームメータは、1%ステップで10%から100%の電流を選択でき、さらに単一パルスモードもあるので、ほとんどのアプリケーションに適合するように設定することができます。 必要な測定精度によっては、測定環境を制御し、周囲温度を一定に保つことが必要な場合があります。 これは、管理された実験室で20℃または23℃のいずれかで測定される抵抗標準器を測定する場合に当てはまります。 周囲温度の制御が不可能な測定では、ATC（自動温度補償）機能を使用することができます。 オームメータに接続された温度プローブが周囲温度を感知し、抵抗値を基準温度である20℃に補正する。
銅の温度係数（室温付近）は、1℃あたり+0.393%です。 つまり、温度が1℃上がると抵抗値は0.393％増加します。 アルミニウムは1℃あたり+0.4100%です。
7. 正しい測定器の選択
TABLE 2
代表的な測定器仕様チャート
| レンジ | 分解能 | 測定電流 | 精度 @ 20 o C ±5 o C, 1年 | 温度係数/℃ | |
| 60 Ω | 10 mΩ | ±(0.15% Rdg + 0.05% FS） | 40 ppm Rdg + 30 ppm FS | ||
| 6 Ω | 1 mΩ | 10 mA | ±(0.15% Rdg + 0.15% FS).05% FS) | 40 ppm Rdg + 30 ppm FS | |
| 600 mΩ | 100 μΩ | 100 mA | ±(0.15% Rdg + 0.05% FS) | 40 ppm Rdg + 30 ppm FS | |
| 60 mΩ | 10 μΩ | 1A | ±(0.15% Rdg + 0.05% FS) | 40 ppm Rdg + 30 ppm FS | |
| 6 mΩ | 1 µΩ | 10A | ±(0.2％ Rdg + 0.01％FS） | 40 ppm Rdg + 30 ppm FS | |
| 600 μΩ | 0.1 μΩ | 10A | ±(0.2% Rdg + 0.01% FS) | 600 μΩ | 40 ppm Rdg + 250 ppm FS |
レンジ：
その設定で可能な最大読み取り値
分解能：
そのレンジで表示する最小の数値（桁）
測定電流.FS>
計測範囲：測定範囲：
設定した範囲で可能な最小の数値（桁）を表示します。
そのレンジで使用する公称電流
精度：
周囲温度範囲15～25℃における測定の不確かさ
温度係数(Temperature Coefficient)。
周囲温度15°C以下および25°C以上での追加可能誤差
アプリケーションに最適な測定器を選択する際には、以下を考慮する必要があります:-
精度は、測定値と真の値との一致の近さであり、測定の不確かさと表現するのが適切でしょう。 これは通常、2つの部分、すなわち、読み値のパーセントとフルスケールのパーセントで表現されます。 精度の説明には、適用される温度範囲と、精度が表示された限界内に保たれる時間の長さを含める必要があります。 警告：非常に高い精度を示すメーカーもありますが、これは30日または90日という短期間しか有効ではありません。
分解能とは、測定器が表示する最小の増分のことです。 高い測定精度を達成するためには、相応に高い分解能が必要ですが、高い分解能それ自体は、測定に高い精度があることを示すものではないことに注意する必要があります。 0.01% (± 0.0001) の精度で 1Ω を測定するには、測定値を最低 100μΩ (1.0001Ω) の分解能で表示する必要があります。
測定値は、非常に高い分解能でも低精度で表示することも可能です。 意味のある桁は1.0100だけで、最後の2桁は測定値の変動を示しているに過ぎません。 これらの変動は、DUT の不安定性を強調し、誤解を招く可能性があります。
測定スケール長
デジタル測定器は、最大カウント数である1999（3Ω桁と呼ばれることもある）を持つディスプレイで測定値を表示します。 つまり、表示できる最大値は1999で、最小の分解能は1999の1桁である。 1Ωの測定では、表示は1.000となり、分解能は0.001mΩとなります。 2Ω を測定したい場合は、より高いレンジの 19.99Ω フルスケールを選択する必要があり、値は 2.00Ω と表示され、0.01Ω の解像度となります。 したがって、従来の1999よりも長いスケール長を持つことが望ましいことがおわかりいただけると思います。 クロピコのオームメータは6000カウントまでの目盛があり、この場合、表示値は2.000、分解能は0.001Ωとなります。
レンジ選択
レンジ選択は手動または自動のいずれかを選択できます。 Rxの値が未知の場合、自動レンジ選択は非常に便利ですが、装置が正しいレンジを見つける必要があるため、測定に時間がかかります。 多くの類似したサンプルを測定する場合は、手動でレンジを選択する方がよいでしょう。 さらに、様々な測定器のレンジは異なる電流で測定するため、試験するデバイスに適していない場合があります。 モータやトランスなどの誘導性の試料を測定する場合、インダクタンスが飽和すると測定値が上昇し、最終的な値に到達します。
| スケール長 | 1.999 | 19.99 | 2.000 | 20.0 | 1.999 1.999 | 2.099 1.09000 | 3.000 | 30.00 | 40.000 | ||||
| Display Reading | |||||||||||||
| 測定値 | 1.00 | 3.00 | 4.00 | 3.00 | 4.000 | 1.000 | 1.000 | 1.000 | 1.000 | ||||
| 2.000 | Range up | 2.00 | 2.000 | 2.000 | |||||||||
| 3.0 | 2.00 | 2.0 | 2.000 | 2.0 | 2.0 | Range up | 3.00 | 3.000 | 3.000 | ||||
| 4.00 | 3.00000 | Range up | 4.00 | Range up | 4.00 | 4.00 | 4.000 | ||||||
温度係数
測定器の温度係数は、測定精度に大きく影響するため、重要である。 測定器は通常、周囲温度20°または23°で校正されます。
電流の大きさとモード
アプリケーションに適した測定電流を持つ測定器を選択することが重要です。 たとえば、細い電線を測定する場合、大きな測定電流を流すと電線が加熱されて抵抗値が変化してしまう。 銅線の温度係数は常温で1℃あたり4％なので、1Ωの抵抗値の場合、10℃上昇すると10×0.004＝0.04Ωに上昇することになる。
測定電流モードも重要です。
測定電流モードも重要です。細いワイヤーを測定する場合、連続電流を使用するよりも短い測定電流パルスを使用したほうが、加熱の影響を最小限に抑えることができます。 また、熱起電力誤差をなくすためにスイッチドDC測定モードも適切ですが、モータ巻線やトランスの測定では、電流パルスやスイッチドDCは不適切です。 インダクタンスを飽和させ、正しい測定値を得るには、連続電流が必要です。 自動温度補償 銅などの温度係数の高い材料を測定する場合、抵抗値は温度によって増加します。 周囲温度20℃の測定値は、30℃の測定値より0.4％低くなります。 このため、品質管理のために値を比較しようとすると、誤解を招くことがある。 このため、一部のオーム計には自動温度補償機能（ATC）が付いています。
測定速度
測定速度は通常あまり重要ではなく、ほとんどのオームメータは1秒間に約1回の読み取りで測定しますが、部品選定や生産ライン試験などの自動化プロセスでは、1秒間に50回の高速測定が望ましい場合があります。
リモート接続
リモート接続には、IEEE-488、RS232またはPLCインタフェースが適している場合があります。 IEEE-488インターフェースは、8ビット(1バイト)の情報を8本の配線で一度に伝送するためのパラレルポートです。 RS232よりも伝送速度は速いですが、接続ケーブルの距離が20mに制限されます。
RS232インタフェースは、シリアル・ビット・フォーマットでデータを伝送するシリアル・ポートです。
PLCインタフェースは、プログラマブル・ロジック・コントローラまたは同様のデバイスによるマイクロアンメータの基本的なリモート制御を可能にします。 携帯用ユニットが必要ですか。 建築現場の状況に耐えられるような頑丈な構造が必要でしょうか。
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