据是德科技大中国区电源和通用产品市场总监饶骞介绍,电路设计中会用到不同电阻的阻值,小到mΩ、μΩ的大电压分流器,大到GΩ、TΩ的绝缘材料。为了提高设计的可靠性电阻的测量,须要对这种元件做高精度验证和检测,然而这极具挑战性。
饶骞剖析了传统的极限内阻测试中存在的问题,提出了针对不同电阻的极限内阻的精确检测手段和技巧,包括三个部份:小阻值的高精度检测、超高内阻检测、材料漏电压或绝缘阻抗检测。
小阻值的高精度检测
他介绍说,众所周知的内阻检测方式是采用数字万用表(按照欧姆定理),2线法比较常用,而且要提高阻值的检测精度,就必须转为4线法检测,因而抵消测试引线内阻。
然而事情没有那么简单。以10mΩ小阻值、4线法,以及用(6½位)高精度万用表检测为例,读数为16.5mΩ电阻的测量,有65%偏差。问题出在哪?最小100Ω内阻档对应的测试电压只有1mA,因而所形成压降只有50mΩ×1mA=50μV。而最小DC电流检测档为100mV,二者相差2000倍,阻值偏差太大,因而不能实现精准测试。
怎么改进呢?他介绍说可以采用纳伏微欧表(最小1Ω内阻档对应测试电压1mA,最小DC电流档1mV)并通过减小检测时间(便于平均掉差模噪音)来改进(注:PLC是指工频时间)。
假如还嫌检测精度不够,则可以采用B2900高精度电压源来进一步改进——其精度和6½位万用表差不多,但驱动电压可以大1000倍。
据悉,还可以采用B2900电压源(只是用低噪音电压源而不是用其检测功能)+纳伏微欧表来再进一步提升检测精度。
据悉,电压会造成热偏置电流以及自热现象而对检测不利。要清除这两种不利影响,则可以使用的正负电压激励来清除内阻两端的热电势,或使用脉冲电压来增加自热。
不同注入电压给内阻检测值带来的影响:优化注入电压,获得最佳测试精度(从图可知,500mA下的曲线最优)。
这么,有人又想晓得小阻值(例如大电压分流器)在大电压情况下的真实情况如何(因而在软件建模时进行修正)。这时就可以采用高性能电源系统,最大单机电流800A,电压检测精度达到0.03%,电流检测精度0.02%。之后采用数字万用表检测电流,用数据采集器+模块检测体温,就可以观察到其在不同电压下以及不同水温下的内阻值是多少。
这些检测方式还可以拿来检测充电头的接触阻抗变化(氧化,最终造成爆燃)。这儿就可以借助BenchVue软件来实现全手动测试,去观察小阻值相对于大电压以及气温的变化,他补充说。这时侯就可以轻松对储能电厂或电动车辆等应用中所用的大电压传感进行定标。
超高内阻检测
超高内阻检测,例如上GΩ或上TΩ的内阻的检测,其挑战是检测小电压。例如100GΩ内阻加上1V电流,其电压仅为10pA。这样的电压太小而很容易遭到干扰而形成较大波动,有时甚至偏离成负值而使内阻检测值为负。
业界测这些绝缘内阻常用的电流档位有100V、200V、500V和1000V。“我们测这些小电压真的是要武装到臼齿。”他指出说。
首先,测电压时,为了抑制干扰,一般采用同轴电缆线或则双绞线来接线。但在检测这些小电压时这样的接线早已远远不够——这时须要用到三同轴电缆线(多了一层Guard层:保安或隔离)。
同轴电缆线的讯号线与接地线之间虽然填充了绝缘材料,其电阻也不可能做到无限高。如果其为1GΩ的绝缘,倘若加100V电流,则其漏电压为100nA。但我们要测的是pA级电压,这样的漏电压都会把真实讯号吞没,他解释说。
三同轴电缆线的Guard层可提供跟中间讯号线等电位的电动势,这样就可以避免内部讯号线上的电压通过绝缘材料流到地。也等于给它人为制造了一个特别大的阻抗。这样就可以把漏电压做得十分的小。
之后,还要解决测试环境和测试夹具的屏蔽问题。诸如为待测内阻加屏蔽,以及为测试夹具加屏蔽箱。这样能够有效避免电流线对电压线所形成的干扰,以及寄生电容的影响。
材料漏电压或绝缘阻抗检测
解决大内阻待测元件的问题后,还有一类极限内阻检测是测绝缘材料。绝缘材料包含两种量程:表面内阻和体内阻。
这两种内阻的测试也是采用高阻计进行,而且须要为其订制测试治具(大环套小环的结构)。在上下电极两端加电流测得电压,再乘以距离,即得体内阻率。测表面内阻则是将电流加在下电极的外环和二环之间,这样就可以测得表面电压,从而得到表面内阻。
借助类似检测方式还可以对钽电容的漏电压进行检测——钽电容的DC绝缘内阻须要检测,这儿有漏电压存在。这时须要注意电容有充电和材料极化过程,在稳定后即可读数。