[논문]2단자 계단식 저항기의 4단자 측정기술

이상화; 장석명

doi:10.5370/kiee.2013.62.12.1798

[국내논문] 2단자 계단식 저항기의 4단자 측정기술
4-Terminal Measurement Technique of 2-Terminal Decade Resistor 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.62 no.12, 2013년, pp.1798 - 1802

이상화 (Division of Physical Metrology, Center for Electricity and Magnetism, Korea Research Institute of Standards and Science (KRISS)) , 장석명 (Dept. of Electrical Engineering, Chungnam national University)

Abstract ▼ AI-Helper

We present a technique for measuring low resistance ranges of a decade resistor with a 4-Terminal connection. With the technique the accuracy of 0.8 % was obtained for a 1 $m{\Omega}$ resistance of the decade resistor. We suggested a proper pattern 4-Terminal measurement results with several 4-Terminal pattern and adapters. Additionally, we should that precise measurements for low resistance can be made usung a digital multimeter(DMM) only.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 그 4단자 방법을 낮은 저항 범위의 계단식 저항기에 적용하여 정확도가 높고 안정된 측정결과를 얻을 수 있음을 소개하고자 한다. 또한, 1 mΩ과 같은 낮은 저항을 4단자로 측정할 때 측정전압이나 측정저항이 낮아서 전류-전압법을 사용하지만 디지털 멀티미터(DMM)만을 사용하여 직접 측정할 수 있음을 나타내고자 한다.
그러한 기법에 대하여 이론적으로는 그 측정법과 개념이 알려져 있으나 주로 표준저항에 적용되어 왔으며[5], 계단식 저항기에는 아직까지 발표되지 않고 있다. 본 논문에서는 그 4단자 방법을 낮은 저항 범위의 계단식 저항기에 적용하여 정확도가 높고 안정된 측정결과를 얻을 수 있음을 소개하고자 한다. 또한, 1 mΩ과 같은 낮은 저항을 4단자로 측정할 때 측정전압이나 측정저항이 낮아서 전류-전압법을 사용하지만 디지털 멀티미터(DMM)만을 사용하여 직접 측정할 수 있음을 나타내고자 한다.

데이터처리

DMM 측정방법으로 얻은 측정결과를 정확도가 높은 상용직류 전류 비교기식 저항브리지(Direct Current Comparator resistance bridge, DCC resistance bridge, 불확도: 0.0001 %)를 사용하여 측정한 결과와 비교하였으며, 표 4에 두 결과를 비교하여 나타내었다. 사용된 브리지는 4 단자 측정방법을 사용하였고 1 mΩ에서 5 nΩ 이하의 정확도를 가지고 있다.

이론/모형

표 3 DMM의 True Ω기능을 사용한 방법과 전류-전압법 을 사용하여 실험한 결과에 대한 불확도

성능/효과

계단식 저항기의 1 mΩ까지의 낮은 저항범위를 DMM을 이용하여 안정적이고 정확하게 측정할 수 있는 연구결과를 나타내었으며, 1 mΩ을 4 단자로 측정하여 0.8 % 이하의 정확도를 얻었다. 또한, 계단식 저항기의 2단자를 4 단자로 변환하는 여러 패턴과 adapter를 구상하여 만들었고, 그들을 4단자 측정에 적용하였을 때 나타나는 여러 양상을 조사하였고 그로부터 가장 적절한 4 단자 패턴을 제시하였다.
adapter 3의 경우도 접촉상태가 좋지 않아 영점저항값 변화가 심한 것으로 보이며, 나머지 adapter 1과 3도 같은 양상이나 그 변화가 너무 심하여 그래프에서 제외하였다. 또한 전류-전압법을 이용한 방법과 DMM의 True Ω 기능을 사용하여 전류를 변화시켜 저항기의 Power 효과를 측정한 결과에서 최대 0.6 % 이내에 일치함을 확인하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	계단식 저항기의 낮은 저항을 사용할 경우 취해야 할 조치는 무엇인가?	그런데, 대부분의 계단식 저항기는 2단자로 구성되어 있는 반면 낮은 저항 범위의 저항 측정기들은 입력단자가 4단자로 구성되어 있다. 실제로 낮은 저항을 측정할 때는 4 단자로 측정하여야 하므로 계단식 저항기의 낮은 저항을 사용할 경우는 2단자 측정방법 대신에 4단자 측정방법[3][4]으로 바꾸어야 한다. 대학과 산업체에서는 그런 측정기술을 잘 활용하지 못하고 있으며, 실제 측정을 할 경우 많은 오차를 가진 결과를 얻게 된다.
	계단식 저항기(decade resistor)의 특징은 무엇인가?	계단식 저항기(decade resistor)는 1 mΩ ∼ 10 TΩ의 낮은 저항과 높은 저항을 포함하는 넓은 저항 범위를 가지고 있으며, 전기계측과 전기적 특성 측정을 위하여 간단하고도 신속하게 사용 할 수 있는 특징과 장점을 가지고 있는 저항기이다. 그런 특징을 활용하여 이공계 대학과 산업체에서 여러 용도로 많이 사용하고 있다.
	계단식 저항기(decade resistor)는 이공계대학이나 산업체에서 어떻게 사용되고 있는가?	그런 특징을 활용하여 이공계 대학과 산업체에서 여러 용도로 많이 사용하고 있다. 즉, 전류를 측정하거나 제한할 경우, 각종 실험, 연구 또는 생산공정에 있어서의 시험 설비로서 사용할 경우, 절연저항계와 접지저항계를 정확히 시험 측정할 경우, 휘스톤 브리지를 포함한 각종 정밀측정 브리지[1][2]에 내장하여 저항을 정밀하게 측정할 경우 등에서 사용하고 있다. 그런데, 대부분의 계단식 저항기는 2단자로 구성되어 있는 반면 낮은 저항 범위의 저항 측정기들은 입력단자가 4단자로 구성되어 있다.

참고문헌 (8)

L.C.A. Henderson, "A new technique for the automatic measurement of high value resistors," J. Phys. E. Sci. Instrum. 20 (1987) 492-.495

상세보기
Forest K. Harris, "Electrical Measurements", Robert E. Krieger Publishing Company, 1975.
Fluke, "Calibration: Philosophy in Practice" Second Edition, 1994.
KEITHLEY, "6th Edition, Low Level Measurements Handbook", 2006.
Jack C. Riley, "The Accuracy of Series and Parallel Connections of Four-Terminal Resistors," IEEE Trans. Instrum. Meas., vol. IM-16, No. 3, pp. 258-268, 1968
G. Rietveld, C. V. Koijmans, L. C. A. Henderson, M. J. Hall, S. Harmon, P. Warnecke, and B. Schumacher, ""DC conductivity measurements in the van der Pauw geometry," IEEE Trans. Instrum. Meas., vol. 52, no. 2, pp. 449--453, Apr. 2003

상세보기
Ernest Houtzager and Gert Rietveld, "Automated Low-Ohmic Resistance Measurements at the ${\mu}{\Omega}/{\Omega}$ Level," IEEE Trans. Instrum. Meas., vol. 56, no. 2, pp. 406-409, Apr. 2003
ISO/IEC GUIDE 98-3:2008, Guide to the expression of uncertainty in measurement (GUM:1995).

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