YR1030, миллиомметр для измерения малых сопротивлений и внутреннего сопротивления аккумуляторов

Я выкладывал довольно много обзоров аккумуляторов и меня часто спрашивали — почему в обзорах нет измерения внутреннего сопротивления этих аккумуляторов. Ответ обычно был один — имеющиеся у меня приборы не позволяют измерять этот параметр корректно, потому смысла в измерениях нет. Но относительно недавно я разжился специализированным прибором, как раз предназначенным для подобных измерений.
Данное устройство относится к очень специфическому классу измерительных приборов, но допускаю что оно может пригодиться не только в работе с аккумуляторами.


Заказывался прибор на ТаоБао, в магазине известного китайского, даже не знаю как точно назвать, пусть будет кастомайзера — 100 MHz. На самом деле разницы где заказывать прибор особо не было, просто на тот момент у него была самая низкая цена, а кроме того у него же были и низкоомные резисторы.

Для начала что такое — внутреннее сопротивление аккумуляторов. Я не буду много расписывать и попробую пояснить хоть и грубо, но надеюсь что наглядно.
Представьте что существует идеальный аккумулятор, он не имеет ни саморазряда, ни внутреннего сопротивления, вот такой себе «сферический конь в ваккууме». Этот идеальный элемент находится внутри вашего аккумулятора, но также внутри него есть два неких резистора, один называется Rs, он включен последовательно с аккумулятором, второй — Rp, он соответственно включен параллельно, при этом:
Rs — это сопротивление и является — внутреннее последовательное сопротивление, оно отвечает за ток, который способен отдать аккумулятор.
Rp — а это сопротивление, которое разряжает ваш аккумулятор пока он лежит на полке.

Вообще все это несколько сложнее чем такая вот схематическая пара резисторов, так как аккумулятор является химическим элементом, но для общего понимания более чем достаточно.

Справа вторая схема, снаружи аккумулятора показаны также паразитные сопротивления, например контакты холдера, которые увеличивают последовательное сопротивление, и к примеру ваша схема, которая может иметь небольшое сопротивление и также разряжать аккумулятор.
Справедливости ради точно такая же картина наблюдается к примеру и у конденсаторов и называется этот параметр ESR (Эквивалентное Последовательное Сопротивление). Даже обычный дроссель из-за активного сопротивления обмотки тоже можно условно считать имеющим данный параметр.

И если в случае внешних компонентов мы можем что-то улучшить, например применить более качественные холдеры, а то и вообще припаять провода напрямую к аккумулятору, промыть плату или использовать менее потребляющие компоненты чтобы уменьшить утечки. То в случае внутренних параметров можно действовать только косвенно, например изменением температуры. С ростом температуры оба сопротивления уменьшаются и чтобы аккумулятор имел меньше саморазряд, то его хранят в прохладном месте, а чтобы имел меньшее внутреннее сопротивление, то используют «теплым».


Как же это все выглядит в реальной жизни, а не на виртуальных схемах.
Берем к примеру пару аккумуляторов, US18650VTC4 и LGDBHG21865 (более известные как шоколадки).


Так как внутреннее сопротивления является важным параметром, то оно почти всегда обозначается в даташите, например у первых оно составляет 12 мОм (0.012 Ома)


А у вторых до 17 мОм.


Фактически, внутреннее сопротивление и влияет на нагрев аккумулятора, проявляется это при работе под большим током.
Например 12 мОм при 15 Амперах дадут 0.18 Вольта падения, если 0.18 умножить на 15, то получим 2.7 Ватта в тепло.
Для второго аккумулятора все еще хуже, 17х15=0.255 Вольта и 0.255х15=3.825 Ватта.

Конечно это все очень грубо и утрированно, но наглядный пример ниже на фото, после полного разряда током 15 Ампер температура первого 70 градусов, а второго почти 80. Но кроме температуры больше падение напряжения под нагрузкой, что может быть критично для мощных потребителей, например электронных сигарет, электроинструмента, а также различных квадрокоптеров, машинок и пр.


Для измерения данного параметра можно использовать различные инструменты, но наиболее правильным является применение специализированных приборов и я в ходе обзора попробую объяснить, почему, а пока перейду к собственно обзору.

Получил я свой заказ упакованным в раздельные пакетики, в одном лежал прибор, во втором резисторы, так как они были заказаны вторым лотом.
Всего получается что я имею:
Прибор
Шупы к прибору
Тестовые резисторы.

Вариантов дополнительной комплектации у продавца много, я выбрал вариант прибор + щупы и его цена указана в заголовке, а также набор резисторов.


Резисторы были заказаны для последующей проверки точности работы прибора, как обозреваемого, так и других, имеющихся в хозяйстве. Стоит у продавца такой набор 1.64 доллара (на момент заказа было 1.48), что очень даже неплохо.
Номиналы резисторов
1. 1 мОм 1%
2. 2.2 мОм 0.5%
3. 10 мОм 0.5%

Резисторы имеют четырехпроводное подключение, рассчитаны на мощность до 10 Ватт и имеют возможность установки на радиатор.


А так как резисторы фирменные, производства Isabellenhütte, то бы найден и даташит на них, где указаны как параметры резисторов, так и их внутренняя конструкция. Из даташита можно узнать, что выпускаются резисторы и с точностью 0.1%, но у меня только 0.5 и 1.0%, что также неплохо, особенно при таких малых номиналах.


В комплекте были щупы в четырехпроводном варианте. Вообще практически во всех подобных приборах используется именно четырехпроводная схема подключения измеряемого компонента.


Здесь я процитирую мое же пояснение по поводу четырехпроводного подключения из другого обзора.

При привычном нам измерении сопротивления (кстати не только сопротивления) может довольно сильно влиять такая паразитная вещь, как провода к щупам. Думаю многие знают, что редко какой мультиметр при замкнутых щупах и нижнем пределе измерения покажет 0. На индикаторе обычно при этом отображается некое значение примерно 0.05-0.5 Ома, это и есть паразитное сопротивление.
Иногда его можно компенсировать путем включения функции относительных измерений(Rel), но это не всегда удобно и далеко не всегда корректно.

Если говорить об измерении внутреннего сопротивления аккумуляторов, то подавляющее большинство популярных зарядных устройств типа Опуса, Литокалы, Аймакса и пр. используют двухпроводную схему. В моей электронной нагрузке, которую я использую для тестирования аккумуляторов подключение четырехпроводное, но провода соединяются около крокодилов и к аккумулятору подключаются в двух точках и даже если переделать кассету для аккумулятора так, чтобы подключение было четырехпроводным, ничего особо это все равно не даст, так как практически все эти устройства измеряют емкость при постоянном токе.


Сам принцип измерения сопротивления довольно прост. Подключаем компонент к источнику тока и измеряем напряжение на компоненте. Но так как у нас есть сопротивление проводов, то получим в итоге сумму, состоящею из реального сопротивления компонента и сопротивления провода.
Если сопротивление большое, то обычно это особой роли не играет, а вот если речь идет о величинах в 1-10 Ом и меньше, то проблема вылазит в полный рост.
Для решения этой проблемы разделяют цепи, по которым идет ток через компонент и цепи непосредственно измерения.


В реальной жизни это выглядит примерно так, как показано на схеме.


Но в случае измерения внутреннего сопротивления аккумуляторов, впрочем как и конденсаторов, использовать проверку постоянным током некорректно. Обусловлено это тем, что здесь принимает участие и химия, а также процессы происходящие в процессе заряда/разряда.
Потому принято измерять внутреннее сопротивление аккумуляторов на частоте 1 кГц, хотя у некоторых аккумуляторов указано сопротивление и для режима с постоянным током, на скриншоте заметно что значение при этом может значительно отличаться (верхнее при переменном, нижнее при постоянном). И если четырехпроводную схему еще можно «допилить», то сделать прибор с измерением при переменном токе несколько сложнее. Такой принцип используется в правильных тестерах аккумуляторов и измерителях ESR конденсаторов, да и вообще в LCR измерителях

Собственно это и есть ответ на вопрос, почему я не измеряю и другим не рекомендую это делать при помощи распространенных устройств «бытового» уровня, которые не имеют ни четырехпроводной схемы подключения, ни режима измерения на переменном токе.


Щупы представляют собой конструкцию из четырех подпружиненных контактов, вставленных в металлические трубки. В руках держать удобно, провода правда коротковаты, но довольно мягкие. Подключение к прибору при помощи USB разъема.
Также в комплекте дали четыре запасных контакта, часть которая подключается к тестируемому элементу выполнена в виде розочки, потому довольно неплохо держится на выводе компонента и не соскакивает.

Вариант подключения с использованием USB разъема выглядит несколько спорным, но лично на мой взгляд более чем удобен, а помимо нормального контакта еще и легко ремонтируемым.


К внешнему оформлению прибора претензий почти нет, аккуратная серая коробочка.


Все обозначения на кнопках выполнены на английском и китайском языках, впрочем и кнопок всего четыре, потому запутаться очень тяжело.


Краткие характеристики прибора есть снизу корпуса, полные выглядят следующим образом:
Измерение сопротивления
Диапазон 20 мОм, разрешение 0,01 мОм, погрешность 0,7% + 7зн (когда включена функция ZR)
Диапазон 200 мОм, разрешение 0,1 мОм, погрешность 0,5% + 5зн
Диапазон 2 Ом, разрешение 1 мОм, погрешность 0,5% + 5зн
Диапазон 20 Ом, разрешение 10 мОм, погрешность 0,5% + 5зн
Диапазон 200 Ом, разрешение 0,1 Ом, погрешность 0,6% + 5зн

Измерение напряжения
Диапазон 2В, разрешение 0,001В, погрешность 0,8% + 5зн
Диапазон 20 В, разрешение 0,01 В, погрешность 0,8% + 5зн
Диапазон 28 В, разрешение 0,1 В, погрешность 0,8% + 5зн

На одном из торцов находится разъем подключения щупов и microUSB для заряда аккумулятора прибора. Когда делал фото, то обратил внимание что надписи «вверх ногами», потом у подумал что все логично, когда подключаете разъемы, то держите прибор экраном к себе и надписи читаются правильно, чаще встречал наоборот :)


Кнопка Power выполняет сразу несколько функций:
1. Собственно включение
2. При длительном нажатии — выключение, но дается запрос да/нет, «да» находится слева и это соответственно средняя кнопка.
3. При коротком нажатии вход в меню настроек, второе нажатие — выход из меню

Также коротким нажатием можно включить подсветку на примерно 10-15 секунд, подсветка умеет автоматически включаться при появлении напряжения на входе прибора, т.е. при подключении аккумулятора.


Справа расположены две кнопки — Range R и Range U, первая переключает диапазоны измерения сопротивления (авто, 20 мОм, 200 мОм, 2 Ома, 20 Ом, 200 Ом), вторая отвечает за диапазоны измерения напряжения (авто, 2 В, 20 В, 28 В).
У меня все время прибор работал в режимах авто, автопереключение быстрое, проблем не обнаружено, хотя пару раз в краях диапазонов не всегда переходило, но в данном случае это влияние гистерезиса автоматики.


1, 2. Средняя кнопка обозначена как Hold\ZEROR. Короткое нажатие — функция фиксации показаний, длительное — отключение функции автоматического удержания нуля. По умолчанию функция ZEROR включена (ZR на экране), а все измерения проводил именно в таком режиме. Можно запустить ее принудительно включив/выключив.
3, 4. Меню, вот здесь полный ад и рай одновременно, по пробую пояснить.
Ад — все на китайском, причем как я понял, большая часть приборов идут именно с китайским.
Рай — В нормально работающем и настроенном приборе вам делать нечего, все нормально работает «из коробки».


В интернете я нашел англоязычный вариант меню из которого следует что имеется:
1. Нормальный режим
2. Режим сортировки компонентов.
3. Время работы подсветки, 5-60 секунд
4. Время автовыключения прибора и перехода в энергосберегающий режим
автоотключение 5-60 минут
энергосберегающий режим — 5-30 минут
5. Настройка режима сортировки аккумуляторов
A — Ra<Rxa（установленное значение） Ua>Uxa（установленное значение）
B — Rb<Rxb（установленное значение） Ub>Uxb（установленное значение）
C — Rc<Rxc（установленное значение） Uc>Uxc（установленное значение）
6. Количество аккумуляторов в режиме сортировки
7. Калибровка
8. Сброс настроек на заводские
9. Ток заряда аккумулятора — 200/400 мА, по умолчанию 200 мА. Последний пункт в старой версии прибора отсутствует, хотя как по мне, то он особо и не нужен.


Энергосберегающий режим, вывод нажатием кнопки — power.


Снизу корпуса находится четыре самореза, потому устройство разбирается очень легко. правда у меня дисплей приклеился к фальшпанели, еле отклеил.




Перед тестами пару слов о нюансах
1. Просто общий вид экрана, при разомкнутых щупах показывает перегрузку.
2. Если соединить щупы друг с другом, выводит 0
3,4. Но что удивило, при попытке измерить сопротивление кожи показывает ерунду. Хотя уже потом я понял что все логично, ведь прибор четырехпроводной и ему надо и соединение одноименных щупов.


Первым делом решено было проверить шунты. Хотя по большому счету это особо значения не имеет, так как результат будет зависеть от точности самого шунта и погрешности двух мультиметров одновременно.
Использовались два мультиметра:
UT61E в режиме измерения тока
UT181A в режиме измерения напряжения.

Возможно следовало подключить их наоборот, но этот эксперимент я уже не проводил.

Проверка проходила при двух контрольных значениях тока 1 и 5 Ампер, результаты измерения показали что:
Шунт 1 мОм имеет 0.997 мОм и 1.0008 мОм
Шунт 2.2 мОм — 2.206 мОм и 2.2076 мОм
Шунт 10 мОм — 10.021 мОм и 10.0214 мОм.
Показания при токе 1 и 5 Ампер немного отличаются, скорее всего из-за прогрева шунта амперметра, также в процессе были небольшие колебания последнего знака вольтметра, около ± 2 знака, но в любом случае показания совпадают с заявленными значениями.


1. Обозреваемый прибор также подключался к резисторам в четырехпроводном варианте.
2, 3, 4. Результаты просто отличные, сначала прибор показывает меньшее значение, но после пары секунд стабилизируется на показанном. Значение держится очень стабильно, лишь иногда может перескочить последний разряд на одну единицу.


А вот дальше я решил сравнить со своим RLC измерителем, но получил несколько странные результаты.
1. Установка нуля путем соединения через кусок медного провода.
2, 3. Резисторы 1 и 2.2 мОм все отлично
4. Резистор 10 мОм показывал 9.1-9.2 вместо 10
5, 6. просто ради любопытства тыкнул обычные 5% резисторы сопротивление 0.1 и 0.22 Ома, результат в принципе более-менее адекватный, что говорит о сложностях с линейностью именно в младшем диапазоне.


Взял те же резисторы 0.1 и 0.22 Ома и проверил их обозреваемым прибором, он показал сопротивление немного выше чем RLC измеритель.


Дальше я решил поэкспериментировать со своим предыдущим прибором. Для начала попробовал установить ноль прямым соединением щупов. Теперь все наоборот, 1 и 2.2 мОм показали завышенные результаты, а у остальных практически совпали с обозреваемым прибором.
У моего RLC метра декларируется 0.5% в базовом варианте и 0.3% при дополнительной калибровке. при 0.5% и 1.5 Ома диапазоне погрешность будет составлять +\- 0.75 мОм. Можно конечно сказать что результаты примерно совпадают в обоих случаях, но на самой границе диапазона, но как-то все равно «не то». Получается что для работы с малыми сопротивлениями надо применять один способ установки нуля, а с сопротивлениями 5 мОм и выше — другой. :(


Измерения выше проводились при частоте 1 кГц, как и у обозреваемого прибора, но после того как я перевел RLC на частоту 100 Гц, то картина стала заметно лучше. В общем думаю надо еще разбираться, так как RLC измеритель имеет дополнительные настройки и возможно есть шанс настроить линейность.


После этого решено проверить еще несколько резисторов:
1. 0.47 Ома 1%
2. 5.1 Ома 1%
3. 9.76 Ома 2%
4. 75 Ом 1%


Резисторы 9.76 и 75 Ом я дополнительно не проверял, а вот 0.1, 0.22 Ома, которые были показаны ранее, а также 0.47 и 5.1 Ома проверил предварительно по той же методике, что использовал при проверке шунтов.
В итоге было получено:
Резистор 0.1 Ома — 0.09817 Ома реально
0.22 Ома — 0.21721 Ома
0.47 Ома — 0.47054 Ома
5.1 Ома — 5.105 Ома.


И соответственно результаты полученные при помощи обозреваемого прибора, как по мне, то довольно неплохо.


Так как прибор предназначен для работы с аккумуляторами, то он помимо внутреннего сопротивления умеет измерять и напряжение. Максимальное входное напряжение до 28 Вольт и его лучше не превышать, а вот полярность может быть любой, просто напряжение отобразится со знаком минус.

В процессе теста я сравнил показания вольтметра с более точным прибором, результаты отличные, но почти во всех тестах прибор завышал результат на 1 знак, что вполне нормально для цифровых приборов.


Был проведен и дополнительный тест, для этого я взял конденсатор и три шунта показанные в самом начале обзора.
Сначала я измерил внутреннее сопротивление конденсатора, а затем подключал последовательно с конденсатором шунты и смотрел насколько полученный результат отличается от расчетного.


1. ESR конденсатора 30.1 мОм
2. Конденсатор + резистор 1 мОм, измеренное 31.4, расчетное 31.1
3. Конденсатор + резистор 2.2 мОм, измеренное 33.2, расчетное 32.1
4. Конденсатор + резистор 10 мОм, измеренное 40.7, расчетное 40.1

Результаты очень неплохие, подкачал тест с резистором 2.2 мОм, но я думаю что такая погрешность допустима.


И конечно аккумуляторы. Сначала я взял аккумулятор которому два года и по даташиту у него сопротивление 12 мОм.
2. В полностью заряженном состоянии — 12.46 мОм.
3. В разряженном — 12.68 мОм
4. А вот пример увеличение внутреннего сопротивления при низкой температуре. Разряженный аккумулятор был охлажден примерно до -20 градусов. В результате увеличение сопротивление составило почти 1.6 раза.


Для примера тест аккумуляторов относящихся к категории «подарить врагу».


1, 2. Желтый, заряжен и разряжен.
3, 4. Синий, заряжен и разряжен.

Как можно понять, это совсем мрак. Если установить такой аккумулятор в повербанк, то из-за высокого внутреннего сопротивления он отключится раньше даже не выработав полностью ту небольшую емкость которая есть у аккумулятора.
На фото напряжение на аккумуляторах как раз после разряда в повербанке.


А вот измерение сопротивление литий-железного аккумулятора. Конечно здесь сопротивление великовато, отчасти это обусловлено тем, что аккумулятор мелкий. Чем меньше размер аккумулятора, тем меньше площадь электродов, тем выше сопротивление. Впрочем даже в пределах одного формфактора сопротивление может отличаться, существуют «высокотоковые» аккумуляторы с низким сопротивлением и «высокоемкие» с более высоким сопротивлением, но и большей емкостью.

1. Сопротивление при комнатной температуре 114.4 мОм
2. Сопротивление при температуре -20 градусов — 140.9 мОм, или в 1.23 раза выше чем при +25.

У показанного выше US18650VTC4 разница составляла почти 1.6 раза, но могу сказать что если нагрузить аккумулятор, то за счет самопрогрева он быстро вернет сопротивление в нормальное состояние.


Уже скорее в качестве дополнения осциллограммы на щупах прибора.
1. Только выход источника тока.
2. Пары щупов соединены. Так как данный режим является основным при использовании прибора, то дальнейшие осциллограммы снимались с соединенными парами щупов.


Осциллограммы в разных режимах работы.
Авто, 20 мОм, 200 мОм, 2 Ома, 20 Ом, 200 Ом.


Видеоверсия обзора


И под конец небольшой бонус. Когда брал резисторы для проверки, то наткнулся на ленту с резисторами 0.1 Ома, по крайней мере именно так расшифровывается их маркировка — коричневый, черный, серебряный, золотой = 0.1 Ом, 5%

Но самое интересное выяснилось в процессе, Из 6 штук только 1 (один) имел сопротивление около 0.1 Ома, а у пяти было 0.224 Ома! Я даже проверял их в одной ленте, это отчетливо видно на фото.
Резисторы покупались в оффлайне, у проверенного продавца. правда как-то давно я уже встречал ошибочную маркировку, но там все резисторы в ленте были промаркированы некорректно, но чтобы так как здесь…


В качестве резюме могу сказать, что прибор однозначно понравился, как минимум высокой точностью и удобством пользования. Его можно применять как для измерения внутреннего сопротивления аккумуляторов, так и для проверки ESR конденсаторов и что также весьма важно — для измерения очень малых величин сопротивления.
Единственный пожалуй минус, это то, что меню полностью на китайском языке. Особенно это будет неудобно, если будет нужна функция сортировки, увы :( При обычной работе в меню лазить не приходится, все работает «как есть» и вполне нормально.

Как-то немного расстроили сложности при работе с моим RLC измерителем, надо еще разбираться почему такое происходит. Как было выяснено, по большому счет он «со скрипом» пролазит в указанные 0.5%, но при двух разных вариантах получается смещение в одну или другую сторону, при этом при 100Гц показания корректны.

Спонсором данного обзора выступил посредник yoybuy.com, который взял на себя оплату доставки.
Стоимость прибора + комплекта резисторов вместе с доставкой к посреднику выходит около 30 долларов, стоимость доставки от посредника зависит от разных факторов. На всякий случай информация о весе, прибор со щупами — 153 грамма, резисторы — 15 грамм, информация со страницы заказа у посредника.

На этом у меня все, надеюсь что обзор был полезен, а также буду рад вопросам и предложениям тестов.