電圧発生源 4端子法について

質問

電圧発生源を、４端子法にて＋5Vを印可しています。4端子法なので、ライン上（電線）の抵抗分をキャンセルするように、電圧発生源の＋F、－F、＋S,－S端子で共通となるところで、＋５Vになるように、フィードバックがかかると思っています。実験として、センス端子（－S端子）に、線抵抗として、10Ωを直列に接続してみたところ、＋F、－F、＋S,－S端子で共通になっている場所（出力したい場所）の電圧が、＋4.9955Vと少し下がります。4.5mV程度下がります。抵抗を0.2Ωと小さくすると、＋5.0002Vと期待された電圧を印可しています。抵抗として、何Ωまでなら、正常な動作が可能なのでしょうか？電圧発生源のどのスペックに起因するのでしょうか？ご教授お願いします。ちなみに、電圧発生源はADC社　R6144です。

回答No.6

kuro804 · ベストアンサー

２回目です
センシング端子を被測定物にプローブで接触させる場合に、この接触抵抗が計測上無視出来ず、定量的な計測誤差を把握したいとの意向と理解しました。
その上で気づいた点があります。
その１
仕様書記載項目の”最大リモート・センシング電圧”の項目に０．３Vという記述があります。よってこの電圧が０．３V以内でなければ当計測器を用いた計測値は信頼出来ない事となります。
その２
センシング端子の入力インピーダンスが低く見えるのは、もしかすれば上記”その１”の電圧制限値０．３Vを逸脱してる為かも知れません。
その３
センシング端子の接触不良のみが問題であれば、単にセンシング端子の入力インピーダンスを高くすれば解決する問題です。
仕様書にこのセンシング端子の入力インピーダンスの記述がありません。メーカーに問い合わせれば解決策が見えてくるのではないでしょうか。実用的な電源であればわざとインピーダンスを下げて、雑な配線でも誘導電圧が乗りにくく、かつ過電圧に対する耐性を大きくする事が出来るので便利ですが、それなりの電圧発生器なので気持ちインピーダンスが低い気がします。前記”その２”に基づく事か否か気になります。

お礼

ありがとうございます。ご指摘いただきました、インピーダンスに関し確認してみます。インピーダンスが低ければ、納得できます。4線測定の場合、計測の面から考えると、インピーダンスが高いのでは、と考えていました。

回答No.5

noname#252332

書き間違えました。

【誤】これを防ぐにはF+とS+を高抵抗(10Ωとか)で接続し

【正】これを防ぐにはF+とS+を高抵抗(10kΩとか)で接続し

　キロΩです。ごめんなさい。

回答No.4

noname#252332

おまけ。

　プローブでICの端子を、とのことですが、FとSで別のプローブで接触しているなら、両方がうまく接触できた場合は精度の高い電圧になりますが、Sが接触に失敗してFだけ接触した場合はFに最大電圧が出て相手を壊してしまうなどの問題も生じます。これを防ぐにはF+とS+を高抵抗(10Ωとか)で接続し、F-とS-を同じく高抵抗で接続してしまえば、Sが接触に失敗している間は高抵抗を介して2線式電源として動作し、一方Sが正常に接触した場合は4線式の精度が高抵抗を介して逃げる電流の分だけ低下しますが、誤差はS配線の抵抗値と使用した高抵抗の比率でありほとんど問題になりません。先刻ご承知でしょうが。

　FとSがひとつのプローブを共用しているならば、プローブとその先がどうなっているか、4線式問題としては検討の必要が無いことになります。

お礼

ありがとうございます。FとSは別のプローブとなっています。FとSを高抵抗（10KΩ）で接続することは、知りませんでした。参考にさせていただきます。

回答No.3

noname#252332

と思いましたが、あれ、センス線の電流が原因なら、センス線に抵抗を入れれば電圧測定は低く出ているはずで、端子電圧はそれに応じて高くなっているはずです。ですから先ほどの回答は取り消しで、質問者殿の状況は不合理です、ということですね。質問に書かれていないことが起きているのです。センス線に10kΩを入れたと言うならノイズが乗って実は電圧が変動しているとかいうこともあるでしょうが、10Ωではそんなに変わらないと思いますよ。

回答No.2

noname#252332

4線式の利点はセンスの配線抵抗が完全にキャンセルされることで、これはセンス電圧を測定する回路の入力抵抗が高くセンス線を流れる電流がゼロアンペアであることが条件です。ですからタテマエとしては、センス配線に抵抗を挿入しても電圧は変わりません。

　10Ωを挿入して0.0047V下がるセンス線には0.47mA流れています。これは古典的なオペアンプの入力電流のさらに300倍といったところで、4線式にしてはあまり精度がよくありません。
http://www.tij.co.jp/jp/lit/ds/symlink/lm741-mil.pdf

　おそらく、使用されている装置はこの程度の精度で問題が無いという設計か、あるいは一般的なアンプの電源電圧以上の電圧を扱うので入力を抵抗分割する必要があったと言うところでしょう。

http://www.adcmt.com/techinfo/product/catalog_ducument/pdf/Spec_6144.pdf
　R6144とやらの仕様を見ると一般的なオペアンプで扱えない電圧でもありませんが。

　結論として、何Ωまでなら正常な動作かというと、求める精度次第です。どのスペックに起因するかというと、センス入力回路の入力電流です。電圧精度を目的とした4線式電源としては普通に作ったとしてもあまりよくありませんが、そういう目的の装置なんだと思いますよ。

お礼

ご回答いただきまして、ありがとうございます。

回答No.1

kuro804

おはようございます。
センス端子に抵抗を挿入する考えは一般的ではありません。
電源供給端子とセンス端子がある使用方法は、電源供給端子から負荷へ流れる電流による接続ケーブルの抵抗分による電圧低下を補償するための方策です。
従って、センス端子に抵抗分を挿入しての動作が不完全なのは当然の結果です。

お礼

ご回答ありがとうございます。この問題は、実際にはあるICの検査をおこなっていて、ICにはプローブ端子でコンタクトしています。コンタクトの回数を増していくと、プローブ端子のコンタクトの状態が悪くなり、接触抵抗が生まれて、計測値に影響してしまうのです。数値として、ユーザーに説明したいのですが、不完全な状態というのは、何となくわかる気がします。

補足

私のイメージとしては、４端子法であれば、＋F,-F,+S,-Sのどのラインでも、線の抵抗成分があっても、キャンセルできるのでは、と考えていました。原理的には。それで、許容範囲等あるのかなぁ　と思っていました。