Trong kỹ thuật điện và thử nghiệm điện tử,đo lường hiện tại phục vụ như một trụ cột cơ bản mà độ chính xác của nó trực tiếp ảnh hưởng đến độ tin cậy của kết quả thí nghiệm và sự thành công của thiết kế kỹ thuậtTuy nhiên, khi đo dòng điện yếu (như mức picoampere) hoặc các thiết bị cản cao, các phương pháp truyền thống thường không đủ.
Việc đo lường dòng điện chính xác là rất quan trọng trong nhiều lĩnh vực công nghệ hiện đại - từ đặc điểm thiết bị bán dẫn đến thu thập tín hiệu cảm biến sinh học,từ nghiên cứu khoa học vật liệu đến thực hiện máy tính lượng tửTuy nhiên, các phép đo này phải đối mặt với những thách thức đáng kể xuất phát từ các hạn chế của thiết bị, can thiệp môi trường và đặc điểm của thiết bị.
Các phương pháp đo dòng điện truyền thống, chẳng hạn như các phương pháp dựa trên kháng cự shunt, cho thấy hiệu suất kém trong các mạch kháng cự cao hoặc đo dòng điện yếu.Kháng shunt giới thiệu tải áp suất bổ sungTiếng ồn môi trường, dòng rò rỉ và các tín hiệu nhiễu khác nhau làm ảnh hưởng đến kết quả.
Máy đo điện kiểu shunt vẫn là loại phổ biến nhất, thường được thực hiện trong các máy đo đa số kỹ thuật số (DMM).Các thiết bị này xác định dòng điện bằng cách đo điện áp đầu vào tỷ lệ với dòng chảy (Hình 1)Hoạt động của chúng tập trung vào một kháng cự shunt chính xác nơi mà dòng điện tạo ra một sự sụt giảm điện áp cho thấy cường độ.
Trong khi cung cấp tính đơn giản, chi phí thấp và dễ sử dụng, các máy đo shunt bị trở ngại đầu vào tương đối cao.Các điện trở shunt lớn hơn trở nên cần thiết để tạo ra điện áp có thể đo được, tiếp tục tăng trở ngại đầu vào và tác động mạch.Các thiết bị này chỉ hoạt động đúng cách khi kháng shunt vẫn thấp hơn đáng kể so với kháng thiết bị đang được thử nghiệm (DUT) và dòng đo vượt quá đáng kể mức microampere.
Điện áp cuối của một đồng hồ điện áp tạo thành "trọng lượng điện áp" của nó. Trọng lượng này làm cho dòng tải giảm đáng kể xuống dưới mức đo trước, ngăn chặn phép đo chính xác.Máy đo điện cực lý tưởng sẽ không ảnh hưởng đến dòng điện mạch cũng không thể hiện kháng hoặc tải áp suất.
Shunt ammeter thường tạo ra tải áp trong phạm vi hàng trăm millivolt.
Máy đo phản hồi tiếp cận các điều kiện lý tưởng gần hơn so với các loại shunt và nên được sử dụng cho phép đo microampere hoặc khi trở ngại đầu vào thấp là cần thiết.Thay vì tạo ra điện áp đầu cuối, các thiết bị này tạo ra điện áp trong đường phản hồi của bộ khuếch đại hoạt động tăng cường cao (Hình 2).
Điện áp đầu vào bằng điện áp đầu ra chia cho tăng cường khuếch đại (thường là 100.000), giảm tải áp xuống mức microvolt.Kiến trúc này giảm thiểu lỗi khi đo dòng điện nhỏ hoặc dòng từ các thiết bị cản thấpCác dụng cụ như máy đo điện Keithley và máy đo picoammeters sử dụng công nghệ này.
Các phép đo dòng điện thấp đặc biệt dễ bị các nguồn lỗi khác nhau có thể ảnh hưởng đáng kể đến độ chính xác.Các dòng rò rỉ bên ngoài tạo ra các nguồn lỗi bổ sung, làm cho bảo vệ thích hợp và kết nối chắn là rất cần thiết.
Hiệu ứng triboelectric phát sinh từ sự mất cân bằng điện tích gây ra bởi ma sát giữa các dây dẫn và chất cách điện (Hình 4).Các cáp tiếng ồn thấp chuyên biệt giảm thiểu hiệu ứng này thông qua lớp cách nhiệt bên trong polyethylene phủ graphite cung cấp dầu bôi trơn và tạo ra bề mặt dẫn điện bằng điện để cân bằng điện tích.
Áp lực cơ học được áp dụng cho các vật liệu cách nhiệt tinh thể tạo ra dòng điện phi điện (Hình 5). Một số loại nhựa có túi lưu trữ điện tích có hành vi tương tự.Các chiến lược giảm thiểu bao gồm loại bỏ căng thẳng cơ học trên các chất cách điện và chọn vật liệu có hiệu ứng tích điện và tích điện tối thiểu.
Các chất gây ô nhiễm và độ ẩm tạo ra dòng lỗi thông qua các hiệu ứng điện hóa khi các hóa chất ion tạo thành "pin" yếu giữa các dây dẫn (Hình 6).Các bảng mạch epoxy thông thường có thể tạo ra dòng điện ở mức nanoampere nếu không được làm sạch kỹ lưỡng các chất khắc, luồng, dầu, muối, hoặc các chất gây ô nhiễm khác.
Các phép đo xung cao (> 1GΩ) thường liên quan đến việc áp dụng điện áp không đổi cho một điện trở không rõ, đo dòng điện kết quả bằng một máy đo dòng điện,sau đó tính toán điện trở thông qua Luật Ohm (R = V / I)Phương pháp áp dụng điện áp này (thay vì áp dụng dòng điện) đại diện cho phương pháp ưa thích vì các kháng cự cao thường thay đổi theo điện áp áp dụng.
Các dòng rò rỉ đại diện cho các nguồn lỗi điển hình trong các phép đo điện trở cao, phát sinh từ các đường kháng cự cao không mong muốn giữa các mạch đo và các nguồn điện áp gần đó.Các kỹ thuật giảm bao gồm::
Khi đo vật liệu kháng cực cao, dòng điện nền có thể gây ra lỗi đo đáng kể.Phương pháp cực thay đổi gần như loại bỏ các hiệu ứng này bằng cách áp dụng điện áp thiên vị tích cực, đo dòng điện sau khi chậm trễ được xác định trước, sau đó đảo ngược cực và lặp lại phép đo (Hình 9).
Kiểm tra dữ liệu nghiêm ngặt và phân tích lỗi đảm bảo độ tin cậy đo lường.và kiểm tra tính phù hợp với các quy luật vật lýCác kỹ thuật phân tích lỗi bao gồm phân tích không chắc chắn, phân tích độ nhạy và mô phỏng Monte Carlo.
Việc đo lường dòng chảy hiệu quả đòi hỏi phải định lượng các chỉ số hiệu suất thiết bị, thiết lập các mô hình lỗi, thực hiện xác minh dữ liệu kỹ lưỡng,và lựa chọn các kiến trúc đo lường phù hợpSự phát triển trong tương lai trong trí tuệ nhân tạo và tự động hóa hứa hẹn sẽ tăng cường khả năng đo lường thông qua nhận dạng lỗi hỗ trợ học máy và các hệ thống kiểm tra tự động.
Người liên hệ: Mr. ALEXLEE
Tel: +86 15626514602
Vietnamese
