MEDIÇÃO DE RESISTÊNCIAS USANDO 4 FIOS - "PONTA KELVIN"

MEDIÇÃO A 4 FIOS - "PONTA KELVIN"

"Eu costumo dizer que quando você pode medir aquilo de que você está
falando, e expressá-lo em números, você sabe algo sobre aquilo; mas quando
você não pode medi-lo, quando não pode expressá-lo em números, seu
conhecimento é escasso e insatisfatório..."

Frase do Irlandes Físico, Matemático e Engenheiro:
William Thomson, conhecido como "Lord Kelvin

Nesse post tentaremos explicar como efetuar a medição de resistências de baixo valor Ôhmico (ex: 0.1Ohm, 0.01Ohm, etc...)

Primeiramente vamos pensar em como um multímetro convencional faz a medição de resistências a 2 fios.

Multímetro Digital Convencional, ajustado para escala de resistência

Vamos imaginar que temos um multímetro convencional digital na escala Ôhmica apropriada e um resistor conhecido de 1K5 Ohm. Basta que conectemos suas pontas de prova (sem relacionamentos com polaridade, uma vez que resistor não tem polaridade) e observemos a resistência medida em seu display LCD (iremos obter o valor 1.57 KOhm).

Mas como ele faz isso??? Mágica?

Logicamente que não é nenhuma mágica, é tecnologia; internamente o multímetro tem vários componentes eletrônicos que irão facilitar a vida de micro-processadores, que irão efetuar uma leitura de grandezas elétrica (tensão e corrente) em cima do resistor a ser medido e através de cálculo simples, utilizando a lei de Ohm (V=R*I) o valor será mostrado com uma excelente precisão.

Mas pera lá!? Como assim!? Simples!?

Sim, simples!!!
Internamente o multímetro tem uma fonte de tensão (bateria V) e uma fonte de corrente constante (I cte), dessa forma ele irá injetar no componente a ser medido uma corrente conhecida e constante e irá medir a tensão nos terminais desse componente (DE AGORA EM DIANTE, CHAMAREMOS O COMPONENTE RESISTOR A SER TESTADO DE: D.U.T. - DEVICE UNDER TEST).

Como opera o multímetro convencional - diagrama representativo interno

Dessa forma a corrente aplicada ao DUT irá gerar uma diferença de potencial entre seus terminais, o micro-controlador do multímetro será capaz de ler esse valor analógico e converter para digital (fazer os cálculos internamente) e mostrar o valor Ôhmico correspondente no display.

Ahhh!!! simples assim?

Mas como nem tudo são flores nesse mundo!!!! Nem tudo é tão simples assim.......
Esse tipo de medição não é eficaz para resistores (componentes) com baixa resistência Ôhmica....

Como assim!??? O que você tá falando!?!!

As pontas de prova do nosso multímetro são de fio de cobre e tem uma resistência específica (dependendo da resistividade do material, do diâmetro do fio, e do comprimento... basicamente!).

Resistência "parasita" das pontas de provas

Para uma ponta de 1m de comprimento de fio de cobre 0,81mm de diâmetro, teríamos aproximadamente 0,032 Ohm (32 Ohm/Km,...), como temos a ponta preta e vermelha, totaliza 0,064 Ohm de resistência adicional à medida, ou seja devemos adicionar 1500 Ohm do resistor mais 0,064 Ohm das pontas de prova,...... ahhh mas isso dá 1500,064 Ohm.... insignificante!!!!

Sim insignificante quando pensamos em resistores com alto valor de resistência, onde algums mOhms não irão fazer diferença....... mas e para um resistor de 0,1 Ohm????, teríamos 0.164 Ohm.... opah!!! aí já começa a complicar.....
E para um resistor de 0.01Ohm???... teríamos 0.074 Ohm.... opahhhh!!!! aí complicou de vez!!!!!

Se o fio da ponta de prova for ainda mais fino, então teremos ainda mais resistência parasita a ser adicionada na medida.... ou seja: PROBLEMA!!!

Então podemos concluir que a metodologia de medição a 2 fios não é eficaz para resistores de baixo valor!!!!

Mas e agora!? como fazer então!??.... :(


USAREMOS A METODOLOGIA DE MEDIÇÃO A 4 FIOS!!!...... :))

Qual a diferença? Como funciona? Qual a vantagem?

Bom!.... como o nome já diz, devemos usar um dispositivo que mede o nosso DUT e utiliza 4 fios e onde a resistência dos fios não mais interfira nos resultados!!!!

Mas como obter isso?

Existem muitos instrumentos de bancada (multímetros de bancada) que utilizam essa técnica (que algumas vezes é chamada de "Ponta Kelvin", mas na verdade isso está "errado", o correto seria "Ponte de kelvin"... mas não entraremos nesses detalhes e isso fica pra um outro post),... esses multímetros são caríssimos R$ 4000,00 ou mais, dependendo da precisão desejada.... porém conseguem medir resistores com precisão de 0,00001 Ohm.... nooossa! excelente!!!! e é mesmo!!!!

Mas,.....podemos fazer um instrumento com excelente precisão usando essa metodologia de 4 fios com apenas 1 multímetro convencional (quanto mais preciso melhor!) e uma fonte de Tensão/Corrente (também, quanto mais precisa melhor!).

Esse é nosso objetivo. Então vamos lá!!!

Como funciona?

Medição a 4 fios

Note que agora temos 4 pontas de prova... 2 para a fonte de tensão e 2 para a fonte de corrente constante.
Essas 4 pontas são aplicadas ao nosso DUT.
Uma corrente constante (independentemente do valor da carga) irá fluir pelo nosso componente (nesse caso não importa as resistências dos fios, pois a corrente sempre será constante)
O valor de tensão gerado nos terminais do componente será então medido (aqui, também o valor das resistências dos fios não importam, pois o "voltímetro" interno é de alta impedância).

Vantagem?

Dessa forma um valor de resistência muito baixo poderá ser medido sem influencias externas dos fios, etc....

Legal, mas como fazer isso na prática???

Devemos ter uma fonte de tensão (fixa ou ajustável, por exemplo: 5V) e uma fonte de corrente constante (conhecida, por exemplo: 100mA);
Devemos ter um dispositivo que mede tensão (Multímetro);
Devemos usar a lei de Ohm para calcular a resistência; R=V/I;

Ajustamos nossa fonte de tensão para 5V e de corrente para 100mA;
Ao aplicar a corrente no DUT uma diferença de potencial aparecerá em seus terminais (medido por um multímetro convencional na escala de mV, pois agora estamos trabalhando com resistências de miliOhm)
Como a corrente é conhecida (100mA ou 0,1A) e sabemos a tensão (por exemplo 10mV ou 0,01V) nos terminais do nosso DUT, podemos usar R=V/I..... R= 0,01/0,1....) e obtemos o resultado:

R= 0,1 Ohm

Pronto! Medimos um resistor de 0,1 Ohm usando o método de medição a 4 fios.

Como a corrente é conhecida (por exemplo 0,1A ou 100mA) na verdade é só dividir o valor da tensão obtida em mV por 100 (mV/mA = Ohm).

Exemplos:
se o valor medido foi 100mV, então temos 1 Ohm
se o valor medido foi 10mV, então temos 0,1 Ohm
se o valor medido foi 1mV, então temos 0.01 Ohm
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O NOSSO APARATO EXPERIMENTAL!

Espero ter esclarecido essa metodologia de trabalho de medição a 4 fios. Agora é só montar e efetuar medidas.

Abaixo o aparato a ser montado.

ASSISTA AO VÍDEO: Como Medir Resistências de Baixo Valor Ôhmico nele você poderá entender a montagem, o sistema, a metodologia, etc....

Existe ainda uma ADVERTÊNCIA sobre produtos que são vendidos no mercado por preços exorbitantes (imagine que estão vendendo essa ponta + multímetro "modificado" por R$400,00........, e que nada mais é do que o sistema que acabamos de demonstrar.... e que não custa nada, todo técnico tem uma fonte, um multímetro e dois pares de fios......  MUITO CUIDADO PARA NÃO SER ENGANADO POR APROVEITADORES E ESTELIONATÁRIOS DA NET.........

EM BREVE......... O TÃO FALADO "SMARTBOX (SMB)"!!! PARA TESTAR PLACAS DE CELULAR.......

SERÁ QUE É OUTRA FRAUDE, OUTRO ENGODO DA NET!? SERÁ!?......
COMO FAZER UM GASTANDO CENTAVOS?!?!?

NÃO PERCA OS PRÓXIMOS POSTS!!!

VÍDEOS SOBRE MEDIÇÃO A 4 FIOS... EXCELENTES EXPLICAÇÕES:
https://www.youtube.com/watch?v=JDTy-i7Xy5g&t=2s
https://www.youtube.com/watch?v=XRUGRjN20EY&t=738s
https://www.youtube.com/watch?v=Ykz5ShZ1nK4