|
Met uw goedkope multimeter kunt u geen zeer lage weerstanden nauwkeurig meten. Met deze module, die ongeveer twintig euro kost, kunt u dat wél volgens de leverancier. Wij testen of deze module doet wat wordt beloofd. |
Wat noodzakelijk achtergrondinformatie
Waarom uw universeelmeter het laat afweten
Simpelweg, omdat hij een te lage resolutie heeft om zeer lage weerstanden nauwkeurig te meten. Neem als voorbeeld de populaire Fnirsi S1. Deze heeft een laagste weerstandsmeetbereik van 999,9 Ω. Als u met deze multimeter een weerstand van 0,47 Ω gaat meten, zal de meter 000,4 Ω of 000,5 Ω aanduiden. Goed genoeg voor dagelijks gebruik, maar niet goed genoeg als u de waarde van de weerstand tot twee decimalen na de komma moet weten.
Vergeet uw meetsnoeren niet!
Een bron van fouten bij dergelijke metingen zijn uw meetsnoeren. Zet uw multimeter maar eens op 'weerstanden meten' en sluit uw twee meetsnoeren kort. De kans dat de uitlezing naar nul gaat achten wij vrij klein. Waarschijnlijk zal de meter een paar tienden ohm aanwijzen, de inwendige weerstand van de banaanstekkers, meetsnoeren en testclips. Geen probleem als u een weerstand van 1 kΩ meet, maar wel bezwaarlijk bij metingen van weerstanden van minder dan 1 Ω.
Met sommige duurdere meters kunt u 'relatief' meten, waarbij u deze restweerstand automatisch van de volgende meetresultaten kunt aftrekken, maar de goedkopere meters hebben een dergelijke functie niet.
De vierdraad- of kelvin-methode
In feite bestaat er maar één goede manier om dergelijke lage weerstanden nauwkeurig te meten en dat is gebruik te maken van de kelvin-methode. Alle dure multimeters gebruiken tegenwoordig deze methode. Deze meetmethode is geschetst in de onderstaande figuur. In de multimeter is een constante stroombron aanwezig die een zeer constante stroom Icte door de onbekende weerstand Rx stuurt. Hoe groot deze weerstand ̶ binnen bepaalde grenzen ̶ ook is, de stroom die er doorheen vloeit is altijd hetzelfde. Deze stroom wordt aan- en afgevoerd via de meetpennen A en B. Met twee andere meetpennen C en D wordt de spanning gemeten die over de onbekende weerstand ontstaat. Uit de wet van ohm kan de elektronica dan op een heel eenvoudige manier de waarde van de weerstand afleiden. Het volstaat de spanningsval over de weerstand Rx te delen door de constante stroom Icte.
Het voordeel van deze methode is duidelijk. De inwendige weerstand van de meetsnoeren speelt nu geen enkele rol. De weerstand van de twee snoeren A en B die de stroom aan- en afvoeren hebben geen invloed vanwege de constantheid van die stroom. De twee meetsnoeren C en D die de gemeten spanning aan de voltmeter aanbieden worden niet doorlopen door een stroom. De ingangsweerstand van een digitale voltmeter is immers vele MΩ's groot.
 |
| Het principe van de vierdraad- of kelvin-methode. (© 2023 Jos Verstraten) |
De kelvin-meetprobe
In de praktijk worden de meetpennen A en C en B en D meestal gecombineerd in zogenaamde kelvin-meetprobes. In de onderstaande foto ziet u hoe die er uitzien. Met de tangen met vergulde bekken maakt u een goed contact met de te meten lage weerstand. Uit iedere tang komen twee meetsnoertjes. Met het ene wordt de constante stroom aan- of afgevoerd, met de tweede wordt de te meten spanning aan de multimeter aangeboden.
 |
| Een voorbeeld van kelvin-probes. (© 2023 Jos Verstraten) |
Een goedkope module meet weerstanden tot 2 Ω
Fabrikant, leveranciers en prijs
Multimeters die lage weerstanden meten met de kelvin-methode zijn nog steeds vrij prijzig. Als u maar af en toe een lage weerstand nauwkeurig moet meten is een dergelijke investering niet rendabel. Via diverse kanalen op AliExpress wordt echter een alternatief aangeboden. Een kleine module van onbekend fabrikaat meet weerstanden tot 1.999 mΩ met, althans volgens de gegevens, een nauwkeurigheid van ±[0,5 % + 3 digits]. De module wordt gevoed uit een gelijkspanning van 3,4 V tot 4,4 V en wordt geleverd met een primitieve kelvin-probe. U kunt deze module voor ongeveer € 20,00 bestellen bij de onderstaande leverancier:
Aanklikbare link ➡ https://nl.aliexpress.com/item/1005002309410004.html
Zoeken op Google naar 'Digitale Dc Milliohm Meter Range Low 2-Ohm' levert andere aanbieders op.
 |
De besproken module in actie. (© AliExpress, edit Jos Verstraten) |
De leveringsomvang
Behalve de kleine module en de kelvin-probe krijgt u twee aansluitkabeltjes en twee velletje A4 met een beschrijving in het Chinees. Een van de aansluitkabeltjes is bedoeld voor het aansluiten van de module op de voeding. Met het andere kabeltje kunt u, als u de module in een behuizing inbouwt, de vier in- en uitgangen van de module verbinden met vier 4 mm banaanstekker bussen.
 |
| De leveringsomvang van deze module. (© 2023 Jos Verstraten) |
De meetmodule
De module heeft als afmetingen 79 mm bij 42 mm bij 26 mm en kan in een gat van 76,5 mm bij 39,5 mm worden gemonteerd. Op de achterzijde staan twee printconnectoren. Een tweepolige is bedoeld voor het aansluiten van de voeding, de vierpolige voor het aansluiten van de kelvin-probe. Zowel bij AliExpress als bij Banggood kunt u voor ongeveer € 15,00 een Riden-kastje vinden waarin u deze module kunt monteren. Hier een voorbeeld:
Aanklikbare link ➡ https://nl.aliexpress.com/item/1005004078172158.html
 |
| Twee aanzichten van de module. (© 2023 Jos Verstraten) |
De handleiding
Zoals reeds geschreven wordt deze module geleverd met een handleiding uitsluitend in het Chinees. Het verbaast ons steeds weer hoe Chinese bedrijven, helemaal ingericht op de wereldwijde export, er toch steeds weer in slagen alleen een Chinese handleiding bij hun producten te leveren. Gelukkig is dat tegenwoordig geen erg grote handicap. Scan de twee velletjes papier met uw scanner of maak er met uw smartphone een foto van. Open 'Google Translate' en kies 'Vertalen van afbeeldingen'. Kies dan 'Browsen op uw computer' en importeer de eerste gescande pagina. Kies 'Chinees (vereenvoudigd)' als taal. Een paar seconden later verschijnt er een uitstekend leesbare Engelse of Nederlandse tekst op uw scherm.
 |
| De meegeleverde Chinese handleiding. (© 2023 Jos Verstraten) |
De elektronica in de module
Het printje zit in de behuizing geklemd en is gemakkelijk te verwijderen. In de onderstaande foto ziet u beide zijden van dit printje. De elektronica werkt met een ouderwetse ICL7107CPLZ die lang geleden door Intersil werd ontwikkeld en nu nog steeds wordt geproduceerd, onder andere door het Japanse Renesas.
Op het printje zit een blauwe tienslagen instelpotentiometer die wordt gebruikt voor het kalibreren van de module. Die moet u dus met rust laten!
 |
| De twee zijden van de print. (© 2023 Jos Verstraten) |
De ICL7107CPLZ bevat een ADC die werkt volgens het 'dual slope' principe. Het principe van analoog naar digitaal omzetting volgens dit principe is geschetst in onderstaande figuur. Rond een operationele versterker IC1 is een integrator opgebouwd met tijdconstante RC die door middel van schakelaar S de te meten ingangsspanning Uin of een zeer nauwkeurige en stabiele referentiespanning Uref integreert. De Uref moet wél de tegengestelde polariteit hebben van de ingangsspanning. De fundamentele eigenschap van een integrator is dat de uitgangsspanning lineair stijgt of daalt, afhankelijk van de polariteit van de ingangsspanning.
De uitgangsspanning van de integrator wordt in comparator IC2 vergeleken met de nul. Gedurende een bepaalde constante tijd t1 wordt de ingangsspanning Uin geïntegreerd. Als u er van uitgaat dat de integratiecapaciteit C volledig was ontladen, zal de uitgangsspanning van de integrator na tijdsverloop t1 alleen maar worden bepaald door de grootte van de ingangsspanning. Alle andere factoren die de integrator definiëren (R, C en t1) zijn immers constant. Na t1 wordt de elektronische schakelaar S omgeschakeld en zal de referentiespanning de condensator gaan ontladen.
Het ligt voor de hand dat de tijdsduur t2 evenredig is met de grootte van de ingangsspanning. De ontlaadstroom, geleverd door de referentie, is immers constant en de ontlaadtijd tot nul wordt verder alleen maar bepaald door de grootte van de spanning na t1. Het volstaat dus gedurende t2 een teller te sturen met pulsen van een bepaalde frequentie en de tellerinhoud na t2 op een uitlezing zichtbaar te maken. Op het display verschijnt dan de numerieke waarde van de ingangsspanning.
 |
| Werking van de dual slope ADC. (© 2023 Jos Verstraten) |
De kleurencodering van de aansluitdraden
De zes aansluitdraden hebben de onderstaande functie:
- rood: positieve pool van de voedingsspanning
- zwart: negatieve pool van de voedingsspanning
- wit: negatieve pool meetstroom
- groen: positieve pool meetstroom
- geel: negatieve pool meetspanning
- blauw: positieve pool meetspanning
Het testen van de module
Even inleidend...
Het is niet eenvoudig de nauwkeurigheid te bepalen van een apparaatje dat een weerstand van 100 mΩ kan meten. U moet de meting met de module uiteraard vergelijken met deze met een betrouwbare meter. Die hebben wij, namelijk een Fluke 8842A. Deze meet uiteraard ook volgens de kelvin-methode. Het komt er echter op aan een weerstand met beide meters te meten zonder dat de verschillende contactweerstanden tussen de aansluitdraden van de weerstand en de twee kelvin-probes de metingen vervalsen.
Om die kans zo klein mogelijk te maken hebben wij bij een aantal draadgewonden weerstanden de aansluitdraden bij het weerstandslichaam met een vijltje goed schoongemaakt, zodat tin en oxidatie werden verwijderd. Nadien hebben wij eerst de kelvin-probe van deze module en nadien deze van de Fluke zo dicht mogelijk bij het weerstandslichaam aangesloten.
 |
| Op deze manier hebben wij de draadgewonden weerstanden gemeten. (© 2023 Jos Verstraten) |
Vergelijking met de Fluke 8842A
In de onderstaande tabel ziet u de resultaten van onze vergelijkende metingen. In de kolom 'procentuele afwijking' hebben wij de metingen van de Fluke als 100 % nauwkeurig beschouwd en de procentuele afwijking van de module ten opzichte van deze referentie berekend. Op de laagste waarde na ziet dat er niet slecht uit! Deze metingen zijn uitgevoerd met een voedingsspanning van 4,0 V.
 |
| De nauwkeurigheid van de module gemeten. (© 2023 Jos Verstraten) |
De constantheid van de meetstroom
Het kelvin-principe eist dat de metingen worden uitgevoerd met een constante stroom. Wij hebben de stroom waarmee de module werkt gemeten met onze ET3255 multimeter en gecontroleerd of deze stroom onafhankelijk is van de voedingsspanning van de module. Dat valt tegen, zie de onderstaande tabel.
 |
| De meetstroom in functie van de voedingsspanning. (© 2023 Jos Verstraten) |
De nauwkeurigheid in functie van de voedingsspanning
De voorgaande meting doet het ergste vermoeden wat afhankelijk van de metingen van de voedingsspanning betreft. Dus hebben wij een weerstand van 1,0 Ω gemeten met variërende voedingsspanningen. Zoals uit de onderstaande tabel blijkt weet de elektronica in de module op de een of andere manier de variërende meetstroom te compenseren. De metingen zijn zo goed als onafhankelijk van de voedingsspanning van de module.
Dat betekent dus dat u de module zonder problemen uit een 3,7 V lithium-ion accu kunt voeden. De module neemt ongeveer 150 mA stroom op tijdens werking.
 |
| De meetresultaten in functie van de voedingsspanning. (© 2023 Jos Verstraten) |
