據(jù)是德科技大中國區(qū)電源和通用產(chǎn)品市場總監(jiān)饒騫介紹,電路設(shè)計(jì)中會(huì)用到不同電阻的阻值,小到mΩ、μΩ的大電壓分流器,大到GΩ、TΩ的絕緣材料。為了提高設(shè)計(jì)的可靠性電阻的測量,須要對(duì)這種元件做高精度驗(yàn)證和檢測,然而這極具挑戰(zhàn)性。
饒騫剖析了傳統(tǒng)的極限內(nèi)阻測試中存在的問題,提出了針對(duì)不同電阻的極限內(nèi)阻的精確檢測手段和技巧,包括三個(gè)部份:小阻值的高精度檢測、超高內(nèi)阻檢測、材料漏電壓或絕緣阻抗檢測。
小阻值的高精度檢測
他介紹說,眾所周知的內(nèi)阻檢測方式是采用數(shù)字萬用表(按照歐姆定理),2線法比較常用,而且要提高阻值的檢測精度,就必須轉(zhuǎn)為4線法檢測,因而抵消測試引線內(nèi)阻。
然而事情沒有那么簡單。以10mΩ小阻值、4線法,以及用(6?位)高精度萬用表檢測為例,讀數(shù)為16.5mΩ電阻的測量,有65%偏差。問題出在哪?最小100Ω內(nèi)阻檔對(duì)應(yīng)的測試電壓只有1mA,因而所形成壓降只有50mΩ×1mA=50μV。而最小DC電流檢測檔為100mV,二者相差2000倍,阻值偏差太大,因而不能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)測試。
怎么改進(jìn)呢?他介紹說可以采用納伏微歐表(最小1Ω內(nèi)阻檔對(duì)應(yīng)測試電壓1mA,最小DC電流檔1mV)并通過減小檢測時(shí)間(便于平均掉差模噪音)來改進(jìn)(注:PLC是指工頻時(shí)間)。
假如還嫌檢測精度不夠,則可以采用B2900高精度電壓源來進(jìn)一步改進(jìn)——其精度和6?位萬用表差不多,但驅(qū)動(dòng)電壓可以大1000倍。
據(jù)悉,還可以采用B2900電壓源(只是用低噪音電壓源而不是用其檢測功能)+納伏微歐表來再進(jìn)一步提升檢測精度。
據(jù)悉,電壓會(huì)造成熱偏置電流以及自熱現(xiàn)象而對(duì)檢測不利。要清除這兩種不利影響,則可以使用的正負(fù)電壓激勵(lì)來清除內(nèi)阻兩端的熱電勢(shì),或使用脈沖電壓來增加自熱。
不同注入電壓給內(nèi)阻檢測值帶來的影響:優(yōu)化注入電壓,獲得最佳測試精度(從圖可知,500mA下的曲線最優(yōu))。
這么,有人又想曉得小阻值(例如大電壓分流器)在大電壓情況下的真實(shí)情況如何(因而在軟件建模時(shí)進(jìn)行修正)。這時(shí)就可以采用高性能電源系統(tǒng),最大單機(jī)電流800A,電壓檢測精度達(dá)到0.03%,電流檢測精度0.02%。之后采用數(shù)字萬用表檢測電流,用數(shù)據(jù)采集器+模塊檢測體溫,就可以觀察到其在不同電壓下以及不同水溫下的內(nèi)阻值是多少。
這些檢測方式還可以拿來檢測充電頭的接觸阻抗變化(氧化,最終造成爆燃)。這兒就可以借助BenchVue軟件來實(shí)現(xiàn)全手動(dòng)測試,去觀察小阻值相對(duì)于大電壓以及氣溫的變化,他補(bǔ)充說。這時(shí)侯就可以輕松對(duì)儲(chǔ)能電廠或電動(dòng)車輛等應(yīng)用中所用的大電壓傳感進(jìn)行定標(biāo)。
超高內(nèi)阻檢測
超高內(nèi)阻檢測,例如上GΩ或上TΩ的內(nèi)阻的檢測,其挑戰(zhàn)是檢測小電壓。例如100GΩ內(nèi)阻加上1V電流,其電壓僅為10pA。這樣的電壓太小而很容易遭到干擾而形成較大波動(dòng),有時(shí)甚至偏離成負(fù)值而使內(nèi)阻檢測值為負(fù)。
業(yè)界測這些絕緣內(nèi)阻常用的電流檔位有100V、200V、500V和1000V。“我們測這些小電壓真的是要武裝到臼齒?!彼赋稣f。
首先,測電壓時(shí),為了抑制干擾,一般采用同軸電纜線或則雙絞線來接線。但在檢測這些小電壓時(shí)這樣的接線早已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠——這時(shí)須要用到三同軸電纜線(多了一層Guard層:保安或隔離)。
同軸電纜線的訊號(hào)線與接地線之間雖然填充了絕緣材料,其電阻也不可能做到無限高。如果其為1GΩ的絕緣,倘若加100V電流,則其漏電壓為100nA。但我們要測的是pA級(jí)電壓,這樣的漏電壓都會(huì)把真實(shí)訊號(hào)吞沒,他解釋說。
三同軸電纜線的Guard層可提供跟中間訊號(hào)線等電位的電動(dòng)勢(shì),這樣就可以避免內(nèi)部訊號(hào)線上的電壓通過絕緣材料流到地。也等于給它人為制造了一個(gè)特別大的阻抗。這樣就可以把漏電壓做得十分的小。
之后,還要解決測試環(huán)境和測試夾具的屏蔽問題。諸如為待測內(nèi)阻加屏蔽,以及為測試夾具加屏蔽箱。這樣能夠有效避免電流線對(duì)電壓線所形成的干擾,以及寄生電容的影響。
材料漏電壓或絕緣阻抗檢測
解決大內(nèi)阻待測元件的問題后,還有一類極限內(nèi)阻檢測是測絕緣材料。絕緣材料包含兩種量程:表面內(nèi)阻和體內(nèi)阻。
這兩種內(nèi)阻的測試也是采用高阻計(jì)進(jìn)行,而且須要為其訂制測試治具(大環(huán)套小環(huán)的結(jié)構(gòu))。在上下電極兩端加電流測得電壓,再乘以距離,即得體內(nèi)阻率。測表面內(nèi)阻則是將電流加在下電極的外環(huán)和二環(huán)之間,這樣就可以測得表面電壓,從而得到表面內(nèi)阻。
借助類似檢測方式還可以對(duì)鉭電容的漏電壓進(jìn)行檢測——鉭電容的DC絕緣內(nèi)阻須要檢測,這兒有漏電壓存在。這時(shí)須要注意電容有充電和材料極化過程,在穩(wěn)定后即可讀數(shù)。