Kelvin ulanishi PCB joylashuvi bo'yicha qo'llanma

Kelvin ulanishi, shuningdek, to'rt simli yoki to'rt terminalli ulanish deb ham ataladi, element orqali tok o'tkazadigan yo'lni uning ustidagi kuchlanishni sezadigan yo'ldan ajratib turadi, shunda simlar va lehim birikmalarining qarshiligi o'lchovni buzmaydi. Bu kichik qarshiliklarni o'lchash va past qiymatli shunt orqali tokni sezishning standart usuli hisoblanadi. Ushbu qo'llanmada Kelvin ulanishi nima ekanligi, nima uchun oddiy ikki simli o'lchov muvaffaqiyatsiz bo'lishi va sensor-rezistor izini qanday joylashtirish, sensor chiziqlarini yo'naltirish va ishlab chiqarishda aniqlik saqlanib qolishi uchun platani qanday ishlab chiqarish tushuntiriladi.

Kelvin (4 simli) ulanish nima?

G'oya shundaki, o'lchanayotgan elementga bitta umumiy juftlik o'rniga ikkita mustaqil ulanish juftligini berish kerak.

Kuch va sezgi yo'llari

• The kuch yo'l o'lchov (yoki yuk) tokini elementga va undan tashqariga olib chiqadi. Bu yo'ldagi har qanday qarshilik kuchlanish pasayishiga olib keladi, ammo bu pasayish sensor nuqtasidan tashqarida sodir bo'ladi.
• The ma'no yo'l elementga ulanadi va u orqali kuchlanishni o'lchaydi. U yuqori impedansli kirishga yo'naltiriladi, shunda unda deyarli hech qanday tok oqmaydi, ya'ni sensor simlarining qarshiligi deyarli hech qanday xatoga olib kelmaydi.

Sensorli ulanish kuchlanishni to'g'ridan-to'g'ri elementga urganligi va hech qanday mazmunli tok o'tkazmagani uchun, o'lchov elementning o'zini aks ettiradi, unga olib boradigan simlar va ulanishlarni emas. Bu texnikaning butun afzalligi.

tarixi bir bit

Usul Lord Kelvin sharafiga nomlangan bo'lib, uning 19-asrda Kelvin ko'prigi juda past qarshiliklarni aniq o'lchash uchun ishlab chiqilgan. Kuch va sezgini ajratib turuvchi xuddi shu tamoyil bugungi kunda zamonaviy tokni sezish va aniqlik o'lchash sxemalarining asosini tashkil etadi.

Nima uchun 2 simli o'lchov muvaffaqiyatsiz tugadi

Nima uchun to'rtta sim kerakligini tushunish uchun ikkitasida nima noto'g'ri ketayotganiga qarang. Ikki simli o'lchovda bir xil ulanish juftligi tokni o'tkazadi va kuchlanishni sezadi, shuning uchun o'lchangan kuchlanish nafaqat element bo'ylab, balki simlar va lehim birikmalari bo'ylab tushadigan pasayishlarni ham o'z ichiga oladi.

Ishlagan misol

Aytaylik, siz tokni o'lchash uchun 0.5 mΩ shuntdan 50 A o'tkazasiz. Foydali signal quyidagicha:

50 A × 0.0005 Ω = 25 mV

Endi parazitlarni ko'rib chiqing. Lehim birikmasi osongina 0.1–0.2 mΩ qo'shishi mumkin, va ulash izlari ko'proq qo'shadi. Ikki simli sxemada bu qarshiliklar shunt bilan ketma-ket joylashgan va u bilan birga o'lchanadi. 0.5 mΩ shuntga nisbatan birikish va iz qarshiligining bir necha o'ndan bir qismi ham 20% yoki undan ko'proq xatolikka olib keladi va bo'g'inlar va mis qizib ketganda harorat o'zgarishi bilan u pasayadi. Jadval kontrastni aniq ko'rsatib beradi.

To'rt simli ulanish bu xatoni bartaraf etadi, chunki sensor yo'li shuntning o'zida kuchlanishni ushlab turadi va hech qanday tok o'tkazmaydi. Shuning uchun aniq tokni aniqlash asosan har doim Kelvin ulanishidan foydalanadi.

Kelvin ulanishlari qayerda ishlatiladi

Kichik qarshilik yoki tokni aniq o'lchash kerak bo'lgan har qanday joyda Kelvin aloqasi paydo bo'ladi.

• Oqim sezgir shuntlar, klassik holat, past qiymatli rezistor orqali yuk oqimini o'lchash.
• Batareyani boshqarish tizimlari, bu yerda aniq tok va zaryad holatini kuzatish toza sensorga bog'liq.
• Motor drayverlari va invertorlar, boshqarish va himoya qilish uchun faza yoki shina oqimini sezish.
• Quvvat manbalari, joriy cheklash, tartibga solish va monitoring qilish uchun.
• Past qarshilik o'lchovi odatda, masalan, ulagichlar, o'rashlar yoki kontaktlarni tavsiflash.

Ushbu dasturlar ko'pincha yuqori tok va sezilarli issiqlikni o'z ichiga oladi, shuning uchun ham joylashuv, ham ishlab chiqarish juda muhim va nima uchun tokni sezish elektr elektronikasi ishlab chiqarishda takrorlanuvchi mavzu hisoblanadi.

Shunt rezistorini tanlash

Kelvin ulanishini yotqizishdan oldin, shuntning o'zi tanlanishi kerak. Bu qarorda to'rtta parametr ustunlik qiladi.

Qiymat muvozanatlashtiruvchi harakatdir. Avvalroq ishlangan misol, 50 A dan 0.5 mΩ gacha bo'lgan tok kuchlanishi 25 mV ga yetadi, bu esa ko'p quvvat sarflamasdan tok kuchlanish kuchaytirgichi uchun qulaydir. Toza signal beradigan eng past qiymatni tanlang, eng yuqori tokda quvvat darajasini chegara bilan tasdiqlang va aniqlik uchun past TCR qismni afzal ko'ring. Yuqori tokli dizaynlarda shunt tarqatadigan issiqlik sezilarli bo'lishi mumkin, shuning uchun u quvvat elektronikasi ishlab chiqarish qarorlarini boshqaradigan bir xil issiqlik rejalashtirish bilan bog'liq.

Sezgi qarshiligi izini aniqlash

Kelvin aloqasi maketda o'rnatiladi yoki yo'qoladi. Bir nechta maxsus amaliyotlar muhimdir.

Maxsus 4 ta yostiqli izdan foydalaning

Oddiy 2-padli rezistor izi o'rniga, 4-padli naqshdan foydalaning: tokni ko'taradigan ikkita katta kuch yostiqchasi va kuchlanishni ushlab turuvchi ikkita kichik sensor yostiqchasi. Ko'pgina aniq shuntlar aynan shu Kelvin izi bilan belgilanadi va ishlab chiqaruvchi tomonidan tavsiya etilgan naqshga amal qilish boshlang'ich nuqtadir.

Elementning chetidagi sensorli aloqaga teging

Sensor prokladkalarini rezistor korpusiga, kuch ulanishlari ichiga ulang , shunda sezilgan kuchlanish faqat element bo'ylab bo'ladi va kuch prokladkasi va bo'g'im qarshiligini chiqarib tashlaydi. Sensor tegib turgan joyda eng muhim tafsilot mavjud: uni kuch yo'lidan tashqariga tegizing va texnika olib tashlagan xatoni qayta kiritasiz.

Kuch prokladkalarini nosimmetrik holda saqlang

Ikkita kuch prokladkasini o'lchami va mis ulanishi jihatidan simmetrik qiling. Asimmetriya nafaqat elektr muammosi, balki ishlab chiqarish muammosi hamdir: teng bo'lmagan mis qayta oqim paytida issiqlikni notekis tortadi, shuning uchun qismning bir uchi ikkinchisidan oldin qiziydi va namlanadi. Bu nomutanosiblik komponentni ko'tarishi yoki siljishi mumkin, bu klassik qabr toshlarini o'rnatishdagi nosozlikdir. Simmetrik, muvozanatli kuch prokladkalari ikkala uchini ham teng ravishda qizdiradi va qismni to'g'ri joylashtiradi, bu esa PCB yig'ish paytida yig'ish tajribasi o'zini oqlaydi.

Sezgi chiziqlarini yo'naltirish

Oyoq izi to'g'ri bo'lsa, aniqlikni saqlab qolish uchun sezgir izlarni ehtiyotkorlik bilan yo'naltirish kerak.

Qisqa, mos va oqimdan uzoqda

• Ikkita sezgi chizig'ini bir-biriga yaqin joylashgan, uzunligi mos keladigan juftlik sifatida yo'naltiring, ularni differentsial signal sifatida ko'rib chiqish, shunda shovqin ikkalasiga ham teng ravishda qo'shiladi va bekor qilinadi.
• Ularni qisqa tuting va ularni yuqori tok kuchi yo'lidan va kommutatsiya tugunlaridan uzoqlashtiring.
• Ularni yuqori impedansli kirishga yuboring, tok sezgir kuchaytirgich yoki ADC, shuning uchun ahamiyatsiz tok oqimi va sezgir sim qarshiligi pasayishga olib kelmaydi.

O'lchovning old qismi

Sezgi juftligi odatda maxsus tok sezgisi kuchaytirgichiga (INA219 yoki INA240 kabi qurilmalar keng tarqalgan misollar) yoki to'g'ridan-to'g'ri aniq ADC kirishiga ulanadi. Har bir sezgi chizig'iga kichik, mos keladigan ketma-ket rezistorlarni (bir necha dan o'n ohmgacha bo'lgan tartibda) qo'shish juftlikni muvozanatlashtirmasdan kirish filtrlash va himoyasini ta'minlaydi. Bu yuqori toklarga yaqin aniq analog marshrutizatsiya bo'lgani uchun, yuqori tezlikda va boshqariladigan impedansli ishlarda qo'llaniladigan xuddi shu intizom , ehtiyotkorlik bilan qaytish yo'llari va izlarni boshqarish bu yerda ham qo'llaniladi.

Ikkinchi darajali effektlar

Asosiy narsalar to'g'ri bo'lgandan so'ng, bir nechta nozikroq effektlar aniqlik chegarasini belgilaydi.

Termal EMF (termoelektrik kuchlanishlar)

Junctions between dissimilar metals, solder, copper, the resistor element, generate small voltages when there is a temperature gradient across them. At the microvolt level these thermoelectric EMFs matter for the most precise measurements. Keeping the sense junctions symmetric and at similar temperatures, and avoiding hot spots near the sense taps, minimizes the effect. Lead resistance and low-level voltage errors also matter in RTD water-temperature measurement; its excitation, probe wiring and converter requirements must be designed for the temperature sensor rather than copied from a current-shunt circuit.

Kalibrlash va drift

Eng yuqori aniqlik uchun tayyor yig'ishni kalibrlang va shuntning harorat koeffitsientini hisobga oling. Yaxshi joylashuv qo'pol xatolarni bartaraf etadi; kalibrlash qoldiqlarni boshqaradi va issiqlikni boshqarish shuntning o'z qarshiligini barqaror saqlaydi, ba'zan yuqori quvvatli dizaynlarda metall yadroli yig'ishga mos keladigan substratni talab qiladi.

Ishlab chiqarishga oid mulohazalar

CADda mukammal ko'rinadigan Kelvin dizayni hali ham uning qanday qurilganiga bog'liq. Bir nechta ishlab chiqarish omillari natijaga bevosita ta'sir qiladi.

• Lehim-bo'g'im qarshiligi va mustahkamligi. Sezgi yo'li kuch bo'g'inlarini chetlab o'tsa-da, izchil, past qarshilikli kuch bo'g'inlari oqim yo'lini barqaror saqlaydi; boshqariladigan yig'ish bu izchillikni ta'minlaydi.
• Amalda oyoq izi simmetriyasi. Simmetrik kuch yostiqchalari shablon dizayni va qayta oqim profilining funktsiyasi bo'lgan qabr toshlari va joylashuv siljishlarining oldini olish uchun nosimmetrik tarzda qurilishi va lehimlanishi kerak.
• Iz va misni nazorat qilish. Aniq, takrorlanadigan mis geometriyasi kuch yo'lini va mos keladigan hissiy juftlikni mo'ljallanganidek ushlab turadi, bu esa asosiy narsaga bog'liq. PCB ishlab chiqarish Sifatli.
• Sinov va tasdiqlash. O'lchovni ma'lum ma'lumotnoma bilan solishtirish ham dizaynni, ham qurilishni tasdiqlaydi va miqyosdagi izchil natijalar jarayonni boshqarishdan kelib chiqadi yuqori hajmli tenglikni yig'ish.

DFM tekshiruvi aynan shu maqsadda amalga oshiriladi, chunki u shunt izini, maydonchaning muvozanatini va sensor marshrutizatsiyasini ishga tushirishdan oldin qurish mumkinligini tasdiqlaydi.

To'rt simli o'lchov faqat armatura alohida kuch va sensor ulanishlarini saqlab qolgan taqdirdagina mazmunli bo'ladi. Plata darajasidagi funktsional sinov faqat joylashuv tekshiruviga tayanish o'rniga yuk, zond nuqtalari, o'lchov chegaralari va kalibrlash talablarini aniqlashi kerak.

Savol-javoblar

Kelvin aloqasi nima?

Tok o'tkazuvchi (kuch) yo'lini kuchlanishni sezuvchi (sezuvchi) yo'ldan ajratib turuvchi to'rt simli (to'rt terminalli) ulanish. Sezuvchi yo'l elementdagi kuchlanishga tegib, hech qanday tok o'tkazmagani uchun simlar va lehim birikmasining qarshiligi o'lchovni buzmaydi, bu esa past qarshilik va tokni aniq sezish imkonini beradi.

Nima uchun oddiy ikki simli ulanishdan foydalana olmayman?

Ikki simli sxemada bir xil ulanishlar tok o'tkazadi va kuchlanishni sezadi, shuning uchun o'qish izlar va lehim birikmalaridagi pasayishlarni o'z ichiga oladi. Milliom darajasidagi shuntga nisbatan, milliom birikma qarshiligining bir necha o'ndan bir qismi 20% yoki undan ko'proq xatoga olib kelishi mumkin va u harorat bilan o'zgaradi.

Shuntdagi sezgi chiziqlarini qayerga bosishim kerak?

Rezistorning korpusida, kuch ulanishlari ichida, shuning uchun sezilgan kuchlanish faqat element bo'ylab bo'ladi. Kuch yo'lidan tashqariga urish siz chiqarib tashlashga harakat qilayotgan qo'shma va iz qarshiligini qaytadan kiritadi va Kelvin ulanishining maqsadini barbod qiladi.

Nima uchun shuntning kuch maydonchalari nosimmetrik bo'lishi kerak?

Ikkita kuch yostiqchasidagi teng bo'lmagan mis qayta oqim paytida issiqlikni notekis tortadi, shuning uchun bir uchi ikkinchisidan oldin namlanadi va qism ko'tarilishi yoki siljishi mumkin, bu esa toshga aylanadi. Simmetrik, muvozanatli kuch yostiqchalari ikkala uchini ham teng ravishda isitadi, bu esa joylashuvni to'g'ri va ulanishni ishonchli saqlaydi.

Ikkita sezgi izini qanday yo'naltirishim kerak?

Qisqa, bir-biriga yaqin joylashgan, uzunlikka mos keladigan differentsial juftlik sifatida, yuqori tok kuchi yo'lidan va kommutatsiya tugunlaridan uzoqda joylashgan bo'lib, tok sezgir kuchaytirgich yoki ADC kabi yuqori impedansli kirishda tugaydi. Kichik mos keladigan ketma-ket rezistorlar juftlikni muvozanatlashtirmasdan filtrlash va himoya qo'shadi.

Kelvin sensori aniqligiga qanday ishlab chiqarish omillari ta'sir qiladi?

Izchil, past qarshilikli kuch birikmalari; qabr toshlarini oldini olish uchun kuch yostiqchalarini nosimmetrik lehimlash; kuch yo'li va sensor juftligi uchun aniq, takrorlanadigan mis geometriyasi; va mos yozuvlar bilan solishtirish. Ishlab chiqarishdan oldin DFM tekshiruvi iz va marshrutizatsiyani qurish mumkinligini tasdiqlaydi.

Shunt qarshilik qiymatini qanday tanlash mumkin?

Kuchaytirgichingiz yoki ADCingiz toza o'qiy oladigan signalni beradigan eng past qiymatni tanlang, bu esa isrof qilinadigan quvvat va kuchlanish yukini minimallashtiradi. Quvvat nominal qiymati I²R ni eng yuqori tokda marja bilan boshqarishini tasdiqlang va shunt qizib ketganda o'qish aniq bo'lib qolishi uchun past harorat koeffitsienti (TCR) qismini afzal ko'ring.