４線式抵抗測定法の特殊使用方法

図のように、熱線（白金線）に１ｋＨｅの交流を最大１０Ａ流して発熱させながら、同時に熱線の抵抗値をデジタルマルチメータの抵抗測定モード（４線法）を使用して２０μΩの分解能で測定したい。
この場合、デジタルマルチメータに交流が入らない為の回路（図中のⅡ）と、熱線に抵抗測定用の直流（数ｍＡ）が入らない為の回路（図中のⅠ）が必要ですが、どのような回路にすべきかどなたか教えてください。

No.3 回答者： n556 回答日時： 2016/06/29 21:32

熱線の両端の交流電圧と電流が分かるなら抵抗値は求められますが、それではダメでしょうか。

熱的に平衡してからの値ならゆっくり読みとればことたります。直流で測ると熱起電力が誤差になります。直読や、記録計の必要があるのでしょうか。

No.2 回答者： miran_2006 回答日時： 2016/06/25 14:04

#1です。

>直流ループ内にシャント抵抗を入れて、その両端の直流電流を測らなくても必要とする２０μΩの分解能で測定可能かと考えています。
↑この考え方が既に間違っています。
正確な抵抗値を測りたいのなら、負荷の両端の電圧を測定してシャント抵抗から求められる電流値から求めるのが王道です。
直接抵抗値を計るようなことはしません。
おそらく４線式の抵抗計ってなると、ミリΩ計なのではありませんか？
とてもデリケートな測定器ですので直接つないだら壊れますよ。
かと言って、リレーなどで切り替えたのでは、リレーの接点抵抗まで含んでしまいますので真値にはなり得ません。

それと蛇足ですが、
＞２０μΩの分解能で
このような場合には不適切になります。
なぜなら、もし負荷が100Ωで±20μΩなら、±20ppmですが、負荷が1ｍΩで±20μΩなら±2％(±2,000,000ppm)になってしまいます。
主さまは、電力制御を行いたいのですから、電力はP=I^2Rですので、Iとの関連が不可欠で、抵抗値のみで精度を決めることは出来ません。
ましてやIの二乗に比例するのですから、より高精度であるべきは電流のほうです。
このような場合には、先に電力の精度として±○％を定め、電流の測定誤差と、抵抗両端の電圧の測定誤差を検討していくのが正しい方法かと思います。

それと、主さまは、電力制御を行いたい旨を書かれておりますが、マルチメータが測定を開始してから、値を決定するまでには、それなりの時間が掛かります。
ましてや交流電源を使われていますので、結構な時間を要するものと推測します。
商用電力との同期も取らないといけません。

小生が、ぱっと思いつく範囲で安定的に制御するのなら、シャント抵抗と負荷の両端の測定を、一旦アンプ（ボルテージフォロア）で受けて、その後、ピークホールドを掛けて、交流電源のサイクルエッジ（0クロスが安定的）で後段のADコンバータに渡し、その後、ピークホールドをリセットするような方法を使うと思います。
商用なら、50または60Hzですので、その間に演算処理を終えて制御指令をだすようなやり方です。これなら、商用電力の１周期毎の制御が可能です。

何をしたいのか、いまいち判らないのですが、もっと簡単な方法で
http://www.fa.omron.co.jp/guide/technicalguide/5 …
を使ったり、
温度センサー（温調器）を使って、電力ではなく温度（結果）の方で制御する方法もあります。

No.1 回答者： miran_2006 回答日時： 2016/06/22 11:22

４線式で測定するのは、余分なもの（例えば接点抵抗とか）を排除したいという目的があります。

それから、普通は、抵抗値を直接に計るようなことはしません。
図の例で正確な抵抗値を求めたいのなら、上のループのIのあたりにでも、1ｍΩとか10ｍΩ程度の４線式のシャント抵抗器を入れて、その両端の電圧(Va)を測定することで、ループの電流(I=Va÷シャント抵抗値)を求め、
同時に、負荷の両端の電圧(Vb)を測定して、抵抗値（R＝Vb÷I）を計算により求める方法が最良だと思われます。
電圧を測定する場合、フローティングで測定できない場合は、シャント抵抗の接地箇所に注意が必要です。

この回答へのお礼

ご回答いただきありがとうございます。
　質問の図には記載しませんでしたが、実際の回路は、交流ループ内にシャント抵抗を入れて、抵抗両端の交流電圧を測定し、熱線両端間の交流電圧の測定値との積から交流を定電力になるように制御しています。これは、熱線が通電により高温になり、抵抗値が変わるので、定電力を供給することで熱線の発熱量を一定に保つ為です。
　デジタルマルチメータの抵抗測定は、直流定電流（数ｍＡ）を非測定物（熱線）の外側から流し、その内側の直流電圧を測定して、計算で抵抗値を求めているので、この直流定電流が高精度であれば、仰るように、直流ループ内にシャント抵抗を入れて、その両端の直流電流を測らなくても必要とする２０μΩの分解能で測定可能かと考えています。
　今、問題なのは、交流ループと直流ループが同じ熱線上にあるために、デジタルマルチメータの４線式抵抗を利用できないことです。
おそらく、仰るように、熱線の外側から直流定電流（数ｍＡ）を入れ、内側の直流電圧を、アイソレーションアンプ等で計測して計算で抵抗をもとめることになるかと思っていますが、このあたりの知識が乏しいので、アドバイスを戴ければ幸いです。
よろしくお願いたします。

お礼日時：2016/06/25 10:39