켈빈 연결이란?
켈빈 연결에 대한 종합 가이드: 고정확도 저저항 측정
켈빈 연결 및 정밀 측정 소개
켈빈 연결은 "4단자 감지" 또는 "켈빈 감지"라고도 하며 정밀 전기 및 전자 측정에 필수적인 기술입니다. 이 방법은 특히 낮은 저항 값을 다룰 때 저항 측정의 정확도를 높이기 위해 특별히 설계되었습니다.
이 글에서는 켈빈 연결의 기본, 이점, 그리고 다양한 측정 설정에서의 실제 적용에 대해 살펴보겠습니다.
이 기술은 리드 및 접촉 저항과 관련된 오류를 최소화하고 고정밀 측정을 보장하는 데 중요한 역할을 합니다.
2선 연결 이해
기존의 2선 측정 설정에서 테스트 전류는 전압 강하를 측정하는 데 사용된 것과 동일한 리드를 통해 흐릅니다. 이 구성은 테스트 리드의 저항과 접촉 저항으로 인해 부정확성을 초래합니다.
2선식 방법의 한계 : 낮은 저항값(일반적으로 1Ω 이하)을 측정할 때 리드 저항은 부품의 전압 강하 외에도 상당한 전압 강하를 발생시켜 부정확한 판독값을 초래합니다.
예 : 1A 전류 소스로 0.1Ω 저항 측정:
- UUT 전압 강하 = 0.1V
- 결합 리드 + 접촉 저항 강하 = 0.1V
- DMM은 총 0.2V의 전압 강하를 확인합니다.
- 계산된 저항 = 0.2Ω (실제 값의 2배)
테스트 대상 장치(UUT)의 저항이 증가함에 따라 리드 및 접촉 저항의 영향은 감소합니다. 그러나 이러한 오류 소스는 항상 존재하며 정확도에 영향을 미칠 수 있습니다.
4선(켈빈) 연결의 장점
4선식 방법 또는 켈빈 연결은 전류와 전압 측정에 별도의 리드를 사용함으로써 2선식 접근 방식의 한계를 극복합니다.
작동 원리:
- 전류 리드는 UUT를 통해 일정한 전류를 흘립니다.
- 감지 리드는 UUT에서 직접 전압 강하를 측정하므로 전압 측정에 리드 저항이 미치는 영향을 제거합니다.
- 감지 리드에는 최소한의 전류만 흐르므로 저항과 접촉 저항이 정확도에 영향을 미치지 않습니다.
예 : 1A 전류 소스로 0.1Ω 저항 측정:
- UUT 전압 강하 = 0.1V
- 감지 경로에는 무시할 수 있는 전류가 흐르므로 추가적인 전압 강하가 발생하지 않습니다.
- DMM은 UUT의 전압 강하만 확인하므로 정확한 판독값은 0.1Ω입니다.
이 방법은 낮은 저항 측정 에 매우 효과적이며 2선 기술로는 따라올 수 없는 정밀도를 제공합니다.
세미 켈빈 연결
실제로 많은 테스트 설정은 세미 켈빈 연결이며, 여기서 켈빈 구성은 더 간단한 스프링 프로브 또는 유사한 방법을 사용하여 근사화됩니다. 많은 테스트 설정은 세미 켈빈 연결을 사용하며, 이는 스프링 프로브 또는 기타 단순화된 구성을 사용하여 진정한 켈빈 방법을 근사화합니다.
이러한 프로브는 리드 저항 효과를 줄임으로써 기존의 2선 방식보다 약간의 개선을 제공할 수 있지만, 접촉 저항을 완전히 제거하지는 못합니다. 접촉 저항이 충분히 낮고 측정 정확도에 큰 영향을 미치지 않는 경우 반켈빈 연결이 종종 허용됩니다.
스프링 프로브는 4개의 와이어가 UUT와의 접촉 지점이 아닌 프로브 수용부에서 종료되기 때문에 진정한 켈빈 연결을 제공하지 않는다는 것을 알 수 있습니다. 이를 통해 와이어 저항의 영향은 제거되지만, 접촉 저항은 제거되지 않습니다.
접촉 저항이 충분히 낮다면 이는 허용 가능한 타협안이 될 수 있습니다.
물리적 배치, 핀 분리 및 토폴로지와 같은 추가 요인은 반 켈빈 솔루션을 사용하기에 적합하게 만들 수 있습니다. '진정한' 켈빈이 되려면 각 '전력' 및 '감지' 리드가 테스트 구성 요소 리드에 직접 연결되어야 하며 테스트 구성 요소 자체에 가능한 한 가깝게 연결되어야 합니다.
장점 : 반 켈빈 설정은 리드 저항 효과를 줄일 수 있지만 여전히 접촉 저항 문제가 발생할 수 있습니다. 접촉 저항이 측정 정확도에 큰 영향을 미치지 않을 정도로 낮을 때 적합합니다.
제한 사항 : 4개의 와이어가 UUT에 직접 연결되는 것이 아니라 프로브 수용부에서 종료되므로 접촉 저항이 완전히 제거되지 않습니다.
고정밀 측정을 위한 True Kelvin 연결
일반적으로 1Ω 미만의 저항의 경우, 진정한 켈빈 연결은 가장 정확한 측정을 제공합니다. 각 전원 및 감지 리드는 리드 및 접촉 저항 모두의 오류를 최소화하기 위해 테스트 중인 구성 요소에 직접 연결해야 합니다.
실제적인 고려 사항 :
- 스프링 프로브는 구성이 쉽고 수명이 더 길지만 프로브를 통한 전류 흐름으로 인해 전압 강하가 발생합니다.
- 고정밀 응용 분야 에는 진정한 켈빈 연결이 선호되지만 기계적 신뢰성을 보장하기 위해 신중한 설계가 필요할 수 있습니다.
LCR 미터 및 AT 테스터로 정확도 향상
대부분의 LCR 미터(및 Voltech AT 테스터)는 리드의 측정 효과를 더욱 제거하기 위해 단락 및 개방 보상을 수행할 수 있습니다. 처음에는 이러한 보상이 리드 및 접촉 저항의 효과를 제거하는 것처럼 보일 것입니다.
그러나 각 테스트 장치 연결 간의 접촉 저항은 크게 다를 수 있다는 점을 알아두는 것이 중요합니다.
실제로 이것은 다르고 반복할 수 없으며 겉보기에 "좋은" 접촉이 있는 구성 요소의 각 개별 맞춤 사이에 20mOhms에서 150mOhms 정도가 됩니다.
4 와이어 / 세미 켈빈
고정된 "한 번" 쇼트 보상의 문제점은 보상 시에 보이는 접촉/리드 저항만 제거한다는 것입니다. 이는 이후의 모든 UUT 삽입 시에 변경되므로 실제 측정에서 고정된 오프셋만 제거됩니다.
4 와이어 / 트루 켈빈
위에서 설명한 바와 같이 Sense 라인의 접촉 저항은 삽입할 때마다 변경됩니다.
그러나 트루 켈빈에서는 감지 경로의 전류 흐름이 0이므로 순간적인 일정 저항 수준에 관계 없이 관련된 접촉 저항 전압 강하가 고임피던스 전압계에서 결코 나타나지 않습니다.
결론: 켈빈 연결이 중요한 이유
켈빈 연결의 주요 장점:
높은 정확도 : 리드 및 접촉 저항을 제거하여 정확한 저저항 측정을 보장합니다.
저저항 테스트에 필수 : 1Ω 미만의 저항을 측정해야 하는 애플리케이션에 필수적입니다.
향상된 반복성 : 일관된 결과를 제공하며, 이는 품질 관리 및 제조 공정에 매우 중요합니다.
순수 켈빈 연결이나 반 켈빈 방법을 사용하든, 이 기술을 이해하는 것은 전기 공학 및 품질 관리 테스트에서 정밀성을 달성하는 데 필수적입니다.
특히 AT5600과 같은 고급 장비에서 켈빈 연결을 활용하면 전기 측정의 정확도를 크게 높일 수 있으므로 정밀 전자 및 전기 테스트 분야의 전문가에게는 없어서는 안 될 기술입니다.
AT5600의 켈빈 연결: 측정 정확도 향상
Voltech AT5600은 특히 저저항 테스트가 필요한 애플리케이션에 대해 정확한 전기 측정을 제공하도록 설계된 매우 다재다능한 자동 변압기 테스터입니다. AT5600을 차별화하는 주요 기능 중 하나는 켈빈 연결을 지원하여 중요한 테스트 시나리오에서 높은 정확도의 결과를 보장한다는 것입니다.
Kelvin Connections가 AT5600 테스트를 개선하는 방법
AT5600은 4선 켈빈 연결을 사용하여 구성 요소, 특히 저항이 낮은 구성 요소의 전기적 특성을 측정합니다. 전류 전달 리드와 전압 감지 리드를 분리함으로써 AT5600은 수 밀리옴만큼 낮은 저항을 정확하게 측정할 수 있으며, 이는 제조 및 R&D 환경에서 품질 관리에 필수적입니다.
- 리드 및 접촉 저항 제거 : 4선 방식은 리드 및 접촉 저항이 측정에 미치는 영향을 제거하여 AT5600이 테스트 대상 장치(UUT)의 실제 저항을 포착할 수 있도록 합니다. 이는 특히 정밀한 저항 값이 필요한 변압기, 인덕터 및 기타 구성 요소를 테스트할 때 매우 중요합니다.
- 낮은 저항 구성 요소에 대한 향상된 정확도 : AT5600은 낮은 저항 측정을 정밀하게 처리하도록 특별히 설계되어 변압기 권선 저항 테스트와 같은 애플리케이션에 이상적입니다. 이 애플리케이션에서는 값이 몇 밀리옴만큼 낮을 수 있습니다. AT5600은 켈빈 연결을 사용하여 매우 정확하고 반복 가능한 결과를 달성하여 산업 표준을 준수합니다.