MISURATORE DI BASSI VALORI RESISTIVI
In diverse occasioni mi sono trovato nella necessità di effettuare la misurazione di un valore di resistenza molto basso, diciamo inferiore ai 2 ohms e spesso anche di frazioni di ohm. Succede sia per resistenze di "sensing" in generatori di corrente o alimentatori (è quella resistenza che deve determinare una minima caduta di tensione per la misurazione della corrente o per il riferimento nel caso di generatori a corrente costante, che in caso di forti correnti è appunto molto bassa), ma anche per la costruzione e verifica di resistenze di shunt per strumenti da pannello, oppure anche solo quando si desidera misurare il valore resistivo di cavi di grossa sezione, oltre che in molti altri casi. Naturalmente per valori così bassi (0.1, 0.01 ohm) il tester o il multimetro digitale sono assolutamente inutili e anche per i valori al limite inferiore della portata minima si possono avere indicazioni ma non certo il valore esatto.
Il problema può essere risolto in diversi modi, alcuni più semplici ed altri più complessi e certamente più precisi. A me serviva un sistema abbastanza preciso ma la realizzazione e soprattutto la taratura di un ponte di Wheatstone (ad es.) fatto bene e con un buon livello di precisione mi ha scoraggiato. L'idea iniziale per quanto segue non è mia: cercando su internet ho trovato un progetto estremamente semplice (l'originale si usa insieme al multimetro, io ho preferito renderlo indipendente) che fa uso di un semplicissimo integrato LM317 come generatore di corrente costante. Il principio è semplice: si genera una corrente costante nota, nel nostro caso 100 mA, la si applica alla resistenza da misurare e si va a rilevare la tensione ai suoi capi. La onnipresente legge di Ohm ci restituisce in modo preciso il valore della resistenza secondo la relazione
Ohm = V/A
Misurare la tensione è in generale molto più semplice e preciso rispetto a misurare la resistenza, quindi un semplice voltmetro digitale è sufficente. Si tratta allora di ottenere il generatore di corrente il più stabile possibile, meglio se poco sensibile a variazioni di temperatura, e con un valore scelto di corrente tale da evitare calcoli.
Nel mio caso ho scelto appunto 100 mA, che applicati ad una R di 1 ohm danno ai suoi capi V = 100 mV, facilmente misurabili. Quindi 0.1 ohm daranno 10 mV e così via. In pratica è una scala lineare e decimale, quindi sullo strumento si leggerà direttamente il valore resistivo. Questa non è una condizione obbligatoria: si sarebbe potuta utilizzare una corrente qualsiasi purchè nota, ma poi la lettura si sarebbe dovuta convertire in resistenza applicando la formuletta della legge di ohm.
Ho optato per uno strumento indipendente da tester o multimetri e in grado di fare da solo la lettura. Per questo ho impiegato un modulo millivoltmetro digitale da pannello
Lo strumento in questione ha un fondoscala di 200 mV (nel nostro strumento corrisponderanno perciò a 2 ohms massimi misurabili) ed è facilmente reperibile nuovo a basso costo nelle varie fiere e mercatini di elettronica. La precisione è più che buona e sufficente per il nostro scopo. Configurare i ponticelli di portata per 200 mV f.s. e quelli del punto decimale per usare il primo a sinistra guardando il display.
Passiamo allo schema generale. Dopo qualche prova sono arrivato a quello per me definitivo.
Riporto anche la piedinatura dei due integrati:
E' uno schema semplicissimo. Per l'alimentazione ho deciso di utilizzare la tensione di rete con trasformatore, raddrizzatore e filtro per la sezione del generatore a corrente costante. Una pila da 9 V alimenta tramite interruttore il millivoltmetro digitale, che richiede una alimentazione separata ed isolata. Sarebbe stato possibile usare un secondo trasformatore per avere tutto lo strumento funzionante a 220 V.
Per evitare fluttuazioni e avere un valore più stabile si è fatto uso di un regolatore 7805. Il resto del circuito è appunto costituito dal LM 317 in configurazione a corrente costante. Si è anche prevista la possibilità di usare uno strumento esterno per la lettura della tensione ("Ext. voltmeter").
Particolare attenzione va al gruppo di resistenze R3, R4 ed R5. Nel mio caso sono realmente tre, ma possono essere qualsiasi numero in combinazioni serie/parallelo. L'importante è che il valore risultante sia il più vicino possibile a 12.5 ohms, che è quello calcolato per 100 mA di corrente in uscita. Ogni minima variazione della resistenza da 12.5 si riflette su una variazione della corrente e quindi determina un errore di lettura! Ho usato per questa resistenza tre R di precisione 1% e di buona stabilità, ottenendo un valore molto prossimo a quello voluto. Come poi si vedrà è possibile intervenire se necessario per una taratura fine del sistema.
Vista la semplicità del circuito ho realizzato il tutto su millefori (anche per poter fare le varie prove). Il risultato è questo
Davvero semplicissimo! Il dettaglio riporta ancora l'attenzione sul gruppo resistenze da 12.5 ohm che da solo determina tutta la precisione del sistema.
La piccola resistenza da 1K visibile isolata è semplicemente quella che alimenterà il led di acceso.
Il resto è puro "cablaggio" e ciascuno potrà realizzare il tutto nel modo e nel contenitore che preferisce. Attenzione solo a mantenere più corti possibili i fili che portano la corrente dal circuito alle boccole dove andrà collegata la resistenza da misurare!! Ricordate che con questo sistema potrete misurare e vedere anche i mOHM (milliohm!) e che anche i fili, per quanto corti, hanno una resistenza!!!
Questa è la mia realizzazione:
TARATURA: così come descritto ed ammesso di riuscire ad ottenere il valore teorico perfetto di 12.5 ohms dalle resistenze, non occorre nessuna taratura. Tuttavia è un risultato quasi impossibile. Potete fare una semplice prova per vedere (in termini di corrente) quanto il vostro generatore si discosta dal teorico di 100 mA. Basta mettere in corto l'uscita (nessuna paura, non si rompe nulla!) e misurare con il multimetro predisposto per 200 mA f.s. quanta corrente passa. Teoricamente 100 mA... Se la differenza è davvero minima si può lasciare così, ma per misure precise segnarsi il valore della corrente in modo da correggere i valori ottenuti in base alla corrente generata. Altrimenti si può applicare un trimmer (possibilmente in cermet e multigiro) di opportuno valore in parallelo al gruppo di resistenze in modo da ottenere un punto di taratura. Qualcosa del genere:
Il trimmer va tarato con cura dopo aver cortocircuitato l'uscita e sino a leggere 100.0 mA sul tester.
ATTENZIONE!!! In ogni caso le resistenze e il trimmer DEVONO essere di ottima qualità e stabilità, altrimenti nel tempo si possono avere variazioni!! Il fatto di poter mettere il trimmer e tarare NON devono indurre ad usare componenti scadenti "..tanto poi c'è la taratura!". Eventualmente sarebbe comunque opportuno ricontrollare di tanto in tanto il valore della corrente di corto circuito (100 mA) ed aggiustarla se necessario.
Se avete lavorato bene e magari fatto la taratura, lo strumento è pronto e un corto deciso sull'uscita darà un valore molto prossimo a ZERO ohm sul display. In realtà lo zero sarà SOLO sulle boccole di uscita: qualsiasi cavetto usiate per le misure (ideale è inserire direttamente la resistenza incognita nelle boccole!) avrà una resistenza non trascurabile per questo strumento. Metto una foto dimostrativa:
Come si vede l'ingresso è in corto, ma i due cortissimi spezzoni di filo... hanno una resistenza!! La misura NON è zero come atteso ma 0.010 ohm!! La cosa non solo è normale, ma è un indice di ottimo funzionamento dello strumento!! Se si usano cavetti esterni per rilevare la resistenza (come in questo caso) OCCORRE RICORDARSI DI SOTTRARRE AL VALORE LETTO IL VALORE CON I PUNTALI IN CORTOCIRCUITO!!!!!!!!
Nella foto sopra quindi il valore da sottrarre è 0.010 ohms. Vediamo una misura a una resistenza nota:
Il valore letto è di 0.114 ohms. Va però sottratto il valore di cortocircuito (resistenza dei cavetti), pari a 0.010, quindi il vero valore della resistenza misurata sarà di 0.104 ohms (che è quello corretto per la resistenza campione).
Con questo strumento ricordatevi sempre di fare lo zero subito prima della misura e di sottrarlo al valore letto. Per misure di precisione ripetere sia lo zero che la misura almeno due-tre volte ed eventualmente fare la media.
Dopo alcune settimane di uso devo dire che sono pienamente soddisfatto da questo milliohmmetro e dalla sua precisione. Spero possa essere utile anche a chi lo vorrà costruire.
In caso di dubbi o necessità sono a disposizione. BUON LAVORO!!!
