Четырёхпроводное измерение сопротивления (подключение по Кельвину)
Обычный мультиметр может показать у шунта на 10 мОм в разы больше номинала — и это не брак шунта, а сопротивление щупов и контактов. Для малых сопротивлений, шунтов и термометров сопротивления используют четыре провода вместо двух: так провода перестают влиять на результат.
Обновлено Редакция GAW
Четырёхпроводное измерение (four-wire measurement, подключение по Кельвину, Kelvin connection) — способ измерять сопротивление или напряжение на малом сопротивлении, при котором ток подводят одной парой проводов, а падение напряжения снимают другой. По измерительной паре ток почти не идёт, поэтому сопротивление её проводов и контактов не создаёт падения и не попадает в результат.
Почему два провода ошибаются
При двухпроводном измерении прибор пропускает испытательный ток и меряет напряжение на тех же зажимах — то есть на резисторе вместе со щупами и контактами. Если провода и контакты вместе дают 0,1 Ом, то при измерении шунта 10 мОм ошибка составит 1000 %, а у резистора 100 Ом — 0,1 % (наш расчёт). Поэтому для обычных номиналов двух проводов хватает, а для миллиомов — нет. По падению напряжения при заданном токе меряют и миллиомы контактов реле — см. термин «Сопротивление контактов реле».
Как устроено
- Токовая пара (I) подключается к концам измеряемого участка и задаёт ток. Её сопротивление влияет только на то, сколько напряжения нужно источнику.
- Измерительная пара (Sense, у шунтов — E) подключается ближе к самому резистору, внутри точек подвода тока, и идёт на высокоомный вход вольтметра.
У настольных мультиметров вроде Keysight Truevolt для этого есть режим 4-wire ohms и отдельные гнёзда Sense; испытательный ток на пределах 100 Ом и 1 кОм — 1 мА, на 10 кОм — 100 мкА.
Где применяют
- Токовые шунты. Четырёхвыводные шунты, например Vishay WSK2512, имеют отдельные выводы напряжения E1, E2 и тока I1, I2. На двухвыводном шунте по тому же принципу проводники к усилителю лучше вести отдельно от силовых дорожек, прямо от площадок шунта, чтобы в измерение не попало падение на пайке и дорожках (наша рекомендация). Выбор шунта и расчёт погрешности — в термине «Токовый шунт» и калькуляторе шунта.
- Термометры сопротивления. У Pt100 каждый ом линии при двух проводах добавляет около 2,6 °C; трёхпроводная схема вычитает провода, если они одинаковы, а четырёхпроводная исключает их полностью.
- Длинные кабели, разъёмы и коммутаторы между прибором и объектом — Keysight называет это типичным случаем для четырёхпроводного режима.
Не путать с четырёхпроводной схемой RS-485 — там четыре провода образуют две линии связи, а не цепи тока и напряжения.
Частые вопросы
Чем четырёхпроводное измерение лучше двухпроводного?
При двух проводах прибор пропускает ток и меряет напряжение через одни и те же провода, поэтому в результат входят сопротивления щупов и контактов. При четырёх проводах ток идёт по одной паре, а напряжение снимает другая, через которую ток почти не течёт, — падения на её проводах нет. Keysight называет это самым точным способом измерять малые сопротивления.
Можно ли обойтись без четырёх проводов?
Частично. В мультиметрах есть функция Null или REL: щупы замыкают, прибор запоминает их сопротивление и вычитает из следующих показаний. Это убирает сопротивление проводов, но не нестабильное сопротивление контактов в точке измерения, поэтому для миллиомов и шунтов всё равно нужна четырёхпроводная схема.
Зачем шунту четыре вывода?
Чтобы напряжение снималось прямо с резистивного элемента, а не через пайку и дорожки, по которым течёт измеряемый ток. У Vishay WSK2512 это выводы E1 и E2 для напряжения и I1 и I2 для тока; такая конструкция позволяет держать допуск 0,5 % при сопротивлении 1 мОм. У двухвыводного шунта тот же принцип повторяют разводкой: дорожки к усилителю ведут отдельно от силовых, прямо от площадок (наша рекомендация).
Источники
- Keysight. Truevolt Series Digital Multimeters, Operating and Service Guide (9018-03876), Edition 13, September 2025 — с. 160: при двухпроводном измерении падение напряжения измеряется внутри прибора и сопротивление проводов входит в результат; при четырёхпроводном нужны отдельные измерительные провода (sense), по ним ток не идёт, поэтому их сопротивление не даёт ошибки; самый точный способ измерять малые сопротивления, уменьшает влияние проводов и контактов, применяется при длинных кабелях, разъёмах и коммутаторах; смещение от проводов при двухпроводном измерении убирают функцией Null; с. 161: испытательный ток по пределам — 1 мА на 100 Ом и 1 кОм, 100 мкА на 10 кОм; с. 168: четырёхпроводное измерение температуры точнее, ошибки от сопротивления проводов исключаются полностью
- Vishay Dale. WSK2512 Power Metal Strip Resistors, Low Value (Down to 0.0005 Ω), Surface-Mount, 4-Terminal (Document Number 30108, Revision 11-Dec-2023) — с. 1: четырёхвыводная конструкция позволяет допуск 1 % до 0,0005 Ом и 0,5 % до 0,001 Ом, ТКС меньше 20 ppm/°C; с. 2: E1 и E2 — выводы измерения напряжения, I1 и I2 — токовые
Нашли ошибку?