I. Pourquoi une mesure à quatre bornes ?

Dans la mesure de précision actuelle, nous sommes confrontés à un problème que nous ne pouvons ignorer :résistance de contact. Lorsque les shunts sont boulonnés ou soudés dans les circuits, une résistance de contact se produit aux points de connexion, et cette résistance supplémentaire peut entraîner des erreurs de mesure.

Si l'on prend l'exemple d'un shunt typique de 100 μΩ, si la résistance de contact au point de connexion est de 2 μΩ (ce qui est courant dans la pratique), l'erreur est de 21 TP3T - ce qui est totalement inacceptable pour les applications nécessitant une précision de 0,51 TP3T ou même de 0,11 TP3T.

La technologie Kelvin à quatre bornes est conçue pour résoudre ce problème.

Principe de mesure à deux ou quatre bornes

2.1 Concepts de base

La méthode de mesure à quatre bornes (également connue sous le nom de quatre fils) sépare le chemin du courant du chemin de la mesure de la tension :

• Borne de courant (Force)Pour le passage du courant mesuré, soumis à la résistance de contact et à la production de chaleur.
• Borne de tension (Sens)La mesure de la chute de tension dans l'élément résistif est utilisée pour détecter la chute de tension dans l'élément résistif sans faire passer de grands courants.

2.2 Principes de fonctionnement

dans une configuration à quatre bornes :

1. Les bornes de courant sont connectées au circuit principal et le courant fort traverse le shunt.
2. Les bornes de tension sont connectées directement à la zone active de l'élément résistif et la chute de tension est mesurée à l'aide d'un appareil de mesure à haute impédance.
3. Comme il n'y a pratiquement pas de courant dans le circuit de mesure de la tension, la chute de tension dans la résistance de contact est négligeable.
4. La tension mesurée reflète uniquement la chute de tension dans l'élément résistif lui-même, et non la résistance du contact.

2.3 Analyse des circuits équivalents

Résistance totale pour les mesures à deux bornes = R shunt + R contact 1 + R contact 2
Résistance mesurée ≈ R shunt pour une mesure à quatre bornes (résistance de contact exclue)

Cela permet aux mesures à quatre bornes d'être plus d'un ordre de grandeur plus précises que les mesures à deux bornes.

Troisièmement, la conception structurelle du shunt à quatre bornes

3.1 Disposition des bornes

Les shunts standard à quatre bornes ont généralement la structure suivante :

• Deux bornes de courant de grande section (généralement avec des trous de vis ou des connexions en cuivre)
• Deux bornes de détection de tension de petite taille (généralement des bornes à broches ou à vis)
• Les bornes de tension sont situées à l'intérieur des bornes de courant, près de l'élément résistif.

3.2 Emplacement du point de mesure de la tension

Le choix de l'emplacement du point de détection de la tension est essentiel :

• Doit être situé dans une zone où le courant est réparti de façon homogène
• Éviter la proximité de la zone de soudage du terminal (distribution inégale du courant)
• Les deux points de détection doivent être disposés de manière symétrique

3.3 Matériaux et procédés

• Bornes de courant : cuivre ou laiton violet, surface étamée/nickelée
• Bornes de tension : cuivre ou laiton, conception de petite taille réduisant le transfert de chaleur
• Élément de résistance : cuivre au manganèse et autres alliages à faible TCR
• Soudage : soudage par faisceau d'électrons ou brasage

IV. points de conception du circuit d'application

4.1 Circuit de mesure de la tension

• Impédance d'entrée élevéeL'impédance d'entrée de l'amplificateur optique ou de l'ADC doit être >10MΩ.
• Faible courant de polarisationCourant de polarisation d'entrée : Le courant de polarisation d'entrée doit être aussi faible que possible.
• entrée différentielleUtilisation d'amplificateurs d'instrumentation ou d'ADC différentiels

4.2 Exigences en matière de câblage

• Acheminement séparé des lignes de courant et de tension
• Utiliser une paire torsadée blindée pour les lignes de détection de tension.
• Lignes de tension aussi courtes que possible pour réduire les bruits de captage
• Mise à la terre du blindage par une seule personne

4.3 Conception du circuit imprimé

• Le chemin de courant et le chemin de détection sont séparés sur le circuit imprimé
• L'alignement des capteurs est fin pour éviter le shuntage
• Soyez conscient des effets du potentiel thermoélectrique et évitez d'utiliser des métaux dissemblables.

V. Problèmes courants et solutions

5.1 Interférences thermopotentielles

questionsLes potentiels thermoélectriques sont générés au contact de différents matériaux métalliques, les gradients de température entraînent des erreurs de mesure.
plaquer：

• Utilisation de câbles de raccordement du même matériau
• Maintien d'une température uniforme aux points de connexion
• Élimination du décalage en courant continu à l'aide de techniques d'excitation ou de découpage en courant alternatif

5.2 Interférences électromagnétiques

questionsLe champ magnétique généré par le courant élevé induit une tension perturbatrice sur la ligne de détection de tension.
plaquer：

• Les fils de détection de tension sont étroitement tordus.
• Tenir à l'écart des conducteurs à courant élevé
• Arrangement raisonnable de la direction de l'alignement

5.3 Tension en mode commun

questionsShunt à potentiel élevé lors de la détection du côté haut, tension de mode commun élevée
plaquer：

• Utilisation d'amplificateurs différentiels avec un taux de réjection en mode commun élevé
• Adoption d'un système de mesure isolé
• Détection du côté bas (si le système le permet)

VI. exemples d'applications pratiques

6.1 Équipement de test des batteries

Les tests de charge/décharge des batteries nécessitent une mesure précise du courant pour calculer la capacité. L'utilisation d'un shunt à quatre bornes et d'un CAN 24 bits permet d'obtenir une précision de mesure du courant de 0,02%.

6.2 Compteurs intelligents

Le comptage de l'électricité exige une grande précision et une stabilité à long terme. Le shunt manganèse-cuivre à quatre bornes est la solution standard pour les compteurs intelligents, avec un niveau de précision allant jusqu'à 0,2S.

6.3 Test de l'alimentation à courant élevé

Test d'efficacité des alimentations à découpage, des onduleurs et d'autres dispositifs à courant élevé, shunt à quatre bornes avec analyseur de puissance de précision pour une mesure précise de la puissance.

VII. résumé

La technologie Kelvin à quatre bornes est la base de la mesure précise du courant. Elle élimine efficacement l'effet de la résistance de contact sur la mesure en séparant le chemin du courant du chemin de la mesure de la tension. Lors de la conception d'un système de mesure à quatre bornes, il convient de prêter attention à des détails tels que la disposition des bornes, les méthodes de câblage, la conception du circuit imprimé, etc., tout en se protégeant contre des problèmes tels que le potentiel thermique et les interférences électromagnétiques. L'application correcte de la technologie à quatre bornes peut améliorer la précision de la mesure du courant shunt à 0,1% ou même plus, répondant ainsi aux exigences strictes du stockage de l'énergie, des véhicules électriques, du comptage et d'autres domaines.