據是德科技大中國區電源和通用產品市場總監饒騫介紹,電路設計中會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。為了提高設計的可靠性電阻的測量,須要對這種元件做高精度驗證和檢測,然而這極具挑戰性。
饒騫剖析了傳統的極限內阻測試中存在的問題,提出了針對不同電阻的極限內阻的精確檢測手段和技巧,包括三個部份:小阻值的高精度檢測、超高內阻檢測、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,眾所周知的內阻檢測方式是采用數字萬用表(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,就必須轉為4線法檢測,因而抵消測試引線內阻。
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,讀數為16.5mΩ電阻的測量,有65%偏差。問題出在哪?最小100Ω內阻檔對應的測試電壓只有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,因而不能實現精準測試。
怎么改進呢?他介紹說可以采用納伏微歐表(最小1Ω內阻檔對應測試電壓1mA,最小DC電流檔1mV)并通過減小檢測時間(便于平均掉差模噪音)來改進(注:PLC是指工頻時間)。
假如還嫌檢測精度不夠,則可以采用B2900高精度電壓源來進一步改進——其精度和6?位萬用表差不多,但驅動電壓可以大1000倍。
據悉,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)+納伏微歐表來再進一步提升檢測精度。
據悉,電壓會造成熱偏置電流以及自熱現象而對檢測不利。要清除這兩種不利影響,則可以使用的正負電壓激勵來清除內阻兩端的熱電勢,或使用脈沖電壓來增加自熱。
不同注入電壓給內阻檢測值帶來的影響:優化注入電壓,獲得最佳測試精度(從圖可知,500mA下的曲線最優)。
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情況如何(因而在軟件建模時進行修正)。這時就可以采用高性能電源系統,最大單機電流800A,電壓檢測精度達到0.03%,電流檢測精度0.02%。之后采用數字萬用表檢測電流,用數據采集器+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軟件來實現全手動測試,去觀察小阻值相對于大電壓以及氣溫的變化,他補充說。這時侯就可以輕松對儲能電廠或電動車輛等應用中所用的大電壓傳感進行定標。
超高內阻檢測
超高內阻檢測,例如上GΩ或上TΩ的內阻的檢測,其挑戰是檢測小電壓。例如100GΩ內阻加上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,有時甚至偏離成負值而使內阻檢測值為負。
業界測這些絕緣內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。”他指出說。
首先,測電壓時,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這樣的接線早已遠遠不夠——這時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級電壓,這樣的漏電壓都會把真實訊號吞沒,他解釋說。
三同軸電纜線的Guard層可提供跟中間訊號線等電位的電動勢,這樣就可以避免內部訊號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,還要解決測試環境和測試夾具的屏蔽問題。諸如為待測內阻加屏蔽,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
解決大內阻待測元件的問題后,還有一類極限內阻檢測是測絕緣材料。絕緣材料包含兩種量程:表面內阻和體內阻。
這兩種內阻的測試也是采用高阻計進行,而且須要為其訂制測試治具(大環套小環的結構)。在上下電極兩端加電流測得電壓,再乘以距離,即得體內阻率。測表面內阻則是將電流加在下電極的外環和二環之間,這樣就可以測得表面電壓,從而得到表面內阻。
借助類似檢測方式還可以對鉭電容的漏電壓進行檢測——鉭電容的DC絕緣內阻須要檢測,這兒有漏電壓存在。這時須要注意電容有充電和材料極化過程,在穩定后即可讀數。