Masurari La Impedanta Ridicata

Embed Size (px)

Citation preview

  • 8/19/2019 Masurari La Impedanta Ridicata

    1/65

    Tehnici de minimizare a erorilor inregistrate la masurari cu impedanta mare si mica

    Măsurări la impedanţă ridicată

    2.1 Introducere

     Acest capitol îşi propune să prezinte informaţii complete asupra funcţiilor de bază ale

    electrometrelor, unele interferenţe şi surse de eroare, precum şi modalităţile de îmbunătăţire a

     preciziei măsurătorilor.

    2.2 Măsurări de tensiune la impedanţa ridicată

    Măsurările cu surse de tensiune care au impedanţă internă mare prezintă un număr ridicat de erori, cum ar fi cele de la rezistenţa de intrare a voltmetrului şi a curentului de offset

    de la intrare şi de la rezistenţele şunt sau capacităţile externe. În următoarele paragrafe sunt

     prezentate sursele de eroare cât şi modalităţile de reducere a efectelor. rorile datorate

    conexiunilor necorespunzătoare dar şi interferenţelor electrostatice sunt prezentate în

    !apitolul ".#.

    2.2.1 Prezentarea erorilor datorate încărcării şi gardarea

     Efectele rezistenţei de intrare

    Măsurările de tensiune la impedanţă mare sunt supuse unor erori datorate impedanţei

    de intrare a măsurătorului şi impedanţei cablului de conexiune. $n voltmetru practic poate fi

    reprezentat printr%un voltmetru cu rezistenţa de intrare infinită ideală &'M( în paralel cu un

    rezistor egal cu rezistenţa de intrare &) *+(, cum se arată în igura ".-. Atunci când o sursă al

    cărui ecivalent /evenin este '0 în serie cu ) 0 conectată la intrare, tensiunea &'M( care

    apare la terminalele de intrare ale măsurătorului este redusă de ) 0 şi ) *+ astfel1

     

    xemplu1 2resupunem ca ) 0 3 -4456 şi ) *+ 3 -4 M6. 7acă '0 3 8' , atunci tensiunea reală

    măsurată este1

    -

       

      

     +

    = IN S 

     IN S  M   R R

     RV V 

  • 8/19/2019 Masurari La Impedanta Ridicata

    2/65

    Tehnici de minimizare a erorilor inregistrate la masurari cu impedanta mare si mica

    V V 

     M 

     M 

    98.:

    -4-4

    -48

    ;8

    ;

    =

       

      

     +

    =

    Astfel, încărcarea rezistenţei de intrare ar da o eroare de -

  • 8/19/2019 Masurari La Impedanta Ridicata

    3/65

    Tehnici de minimizare a erorilor inregistrate la masurari cu impedanta mare si mica

    )

    V VsauV 

     M 

     M 

     M 

    4-.-499.9

    4-.4-4

    -4-4-4   -4-"

    =±=

    ⋅±=   −

     Astfel, eroarea cauzată de curentul de offset la intrare va fi de aproximativ 4.-< în

    acest exemplu.

     Multimetrele digitale 7MM şi nanovoltmetrele prezintă curenţi de offset de la -pA la

    -nA deşi curenţii de offset de la 7MM%uri nu sunt întotdeauna specificaţi. lectrometrele sunt

    cunoscute pentru curentul lor mic la intrare, de la -4fA până la 84aA, care este întotdeauna

    specificat. 2icoampermetrele si 0M$%urile, de asemenea au curenţi foarte mici de offset, deşi

    de obicei nu sunt aşa de mici ca la cele mai performante electrometre.

    7eşi curenţii de offset la intrare sunt o sursă comună pentru acest tip de erori, curenţii

    din circuitul extern pot, de asemenea cauza erori datorate căderilor de tensiune asupra

    rezistenţei sursei. 0ursele tipice ale acestor curenţi de offset sunt izolatorii şi cablurile.

     Efectele rezistenţelor de şuntare şi gardarea

    ?rice rezistenţă de şuntare externă a sursei de tensiune poate atenua tensiunea

    măsurată, aşa cum se arată în igura ".DE în cazul tensiunii pe rezistenţa de intrare, rezistenţa

    şunt &) 0$+/( şi rezistenţa sursei &) 0( formează un divizor de tensiune care va reduce tensiunea

    măsurată &'M( după cum urmează1

        

       += S SUNT 

    SUNT S  M   R R

     RV V 

     D

    'M 3 '0 F *?0/ ) 0

    'M

    'oltmetrul măsoară '0şi indică 'M 

    0ursă detensiune

    '0

    ) 0

    B*

    C?

    *?0/!urentul de

    offset deintrare

    ig. "." fectele curentului de offset de intrare asupra măsurăriitensiunii

  • 8/19/2019 Masurari La Impedanta Ridicata

    4/65

    Tehnici de minimizare a erorilor inregistrate la masurari cu impedanta mare si mica

    7e exemplu, presupunem că ) 0 3 -4>6 şi ) 0$+/ 3 -44>6 . 7acă '0 are valoarea de

    -4', tensiunea măsurată, 'M este1

       

      

     +

    =-4--

    --

    -4-4

    -4-4 M V  , V V  M    49.9=

    În această situaţie, eroarea datorată încărcării şuntului este de aproximativ 9

  • 8/19/2019 Masurari La Impedanta Ridicata

    5/65

    Tehnici de minimizare a erorilor inregistrate la masurari cu impedanta mare si mica

    locul intrării C?. ) > reprezintă rezistenţa ecranului cablului şi intrarea C? a dispozitivului de

    măsurare, şi *> este curentul prin ) > necesar pentru a egala potenţialul ecranului cu potenţialul

    terminalului de intrare B*. Acest curent este asigurat de bufferul de gardare şi nu de către

    sursa de tensiune. 7in moment ce tensiunea prin ) C este acum cu câteva zecimi mai mică,

    curentul de pierderi va fi negliGabil în cele mai multe cazuri.

    2rin definiţie, o garda este un punct de Goasă impedanţă în circuit, care are aproape

    acelaşi potenţial ca şi terminalul de intrare de impedanţă mare.

    Ca electrometrele moderne, terminalul de ieşire al preamplificatorului este un astfel

    de punct şi poate fi folosit ca în igura ".8 pentru a reduce efectul cablului de scăpări. $n

     beneficiu în plus îl constituie, de asemenea, reducerea capacităţii cablului făcând ca viteza de

    răspuns a circuitului să fie mult mai mare.

    0cema circuitului electrometrului folosit ca voltmetru este prezentată în figura ".#.

    Amplificatorul protector este un amplificator cu câştig, cu o impedanţă de intrare foarte mare.

    !âştigul în buclă descisă, A>Auard , variază între -4: şi -4# . )ezistenţa &) C(  este multiplicată

    de acest câştig, iar tensiunea măsurată devine1

       

      

     +

    ⋅=

     GAR!AS 

     GAR!AS  M   R A R

     R AV V 

     8

    0ursa de  tensiune

    ) 0

    ig. ".8 !onfigurarea de gardare

    >uard'M

    'oltmetru

    B*

     !ablu de conexiune

    ) C

    '0 C?

    %

    ) > *>

  • 8/19/2019 Masurari La Impedanta Ridicata

    6/65

    Tehnici de minimizare a erorilor inregistrate la masurari cu impedanta mare si mica

    xemplu1

    2resupunem că ) 0 are valoarea de -4>6 şi ) C este de -44>6. 7acă presupunem valoarea

    medie de -48 pentru A>A)7A şi o valoare de -4 ' pentru '0, tensiunea măsurată este1

    V V 

     M 

     M 

    99999.9

    -444444-.-

    -4-4

    -#

    -#

    =

       

      

     ×

    =

    Astfel, se observă că eroarea la gardare este mai mică de 4.44-

  • 8/19/2019 Masurari La Impedanta Ridicata

    7/65

    Tehnici de minimizare a erorilor inregistrate la masurari cu impedanta mare si mica

    igura ".; demonstrează efectul capacităţii de şuntare pe intrarea unui voltmetru tipic

    de impedanţă mare. 0ursa de semnal este reprezentat de '0 si ) 0, capacitatea şunt este !I$+/,

    iar tensiunea măsurată este 'M. *niţial, comutatorul este descis, şi !I$+/  nu este încărcat.

    !ând comutatorul este încis, sursa de tensiune &'0(  este aplicată la intrare, dar 

    tensiunea măsurată pe !0$+/ nu creşte instantaneu la valoarea finală. în scimb, tensiunea

    creşte exponenţial, după cum urmează1

    "UNT S #  Rt S  M    eV V   @-−=

    7e asemenea, sarcina &J*+( transferată capacitorului este1

    "UNT S  IN    # V $   ⋅=

    Încărcarea pentru !I$+/ generează o curbă exponenţială, arătată în igura ".K. 7upă o

    constanta de timp &L 3 )!(, tensiunea măsurată creşte la aproape #D< din valoarea finalăE

    valoarile finale pentru diferite constante de timp sunt prezentate în tabelul -.

    /abelul - % /impul de stabilire

    !onstanta de timp &L( 2rocent din valoarea finală- #D<" K#<D 98<: 9K<8 99.D<L 3 )!, unde ) 3 rezistenţa &?mi(, ! 3 capacitatea &arazi(

     ;

    0ursă detensiune

    '0

    ) 0

    ig. ".; !apacitatea de şuntare

    'M 3 '0&-%e%t@)s!Iunt(

    J*+ 3 '0 !0$+/

    'M

    'oltmetru

    B*

     C?

     J*+

     !apacitatea şunt

    !I$+/

     2rocent din valoarea finală &'0( -44

  • 8/19/2019 Masurari La Impedanta Ridicata

    8/65

    Tehnici de minimizare a erorilor inregistrate la masurari cu impedanta mare si mica

    xemplu1 2resupunem ca ) 0 3 -4 >6 şi !I$+/ 3 -44p. Această combinaţie are ca rezultat o

    constantă de timp )! de o secundă. Astfel, ar dura 8 secunde ca circuitul să se stabilizeze la

    mai puţin de -< din valoarea finală. !u o scimbare în '0 de -4' o sarcina totală de -n! ar 

    fi transferată la !I$+/.

    În timp ce avantaGul principal al gardării este reducerea efectelor rezistenţei şunt, alt

    aspect important este reducerea efectelor capacităţii de şuntare.

    Aşa cum se arată în igura ".9, repetorul de tensiune@amplificatorul de tensiune reduce

    semnificativ timpul de încarcare al !I$+/ datorită câştigului în buclă descisă, A>A)7, care

    este tipic de la -4:

    la 

    -4#

    .!u gardare, timpul de creştere al tensiunii măsurate &'M( devine1

    K

    'M3'0&-%e   SUNT S GAR!A   #  RtA   @− ( 

    'M

     Amplificator de tensiune @)epetor de tensiune A>uard 3-4 % -4  

    0ursă detensiune

    '0

    ) 0

    B*

     C?

    ig. ".9 >ardarea capacităţii de şuntare

    %

     A>uard!I$+/

     "4

     4  -.4

     /im

     D4

     :4

     84 #4

     ;4

     K4

     94

     -4

    4

     ".4  D.4  :.4  8.4 ) 0 !I$+/

     ig. ".K )ăspunsul exponenţial al tensiunii pe rezistenţa de şuntare

     #D

  • 8/19/2019 Masurari La Impedanta Ridicata

    9/65

    Tehnici de minimizare a erorilor inregistrate la masurari cu impedanta mare si mica

    ( SUNT S GAR!A #  RtAS  M   eV V    @-   −−=

    şi sarcina transferată pe ! I$+/ este 1

     

     

     

     

     

        ⋅=

    GAR!A

    SUNT S  IN 

     A

    # V $

    xemplu1 2resupunem că ) 0  3 -4>6 şi !I$+/ 3 -44p, ca în exemplul dat anterior, fără

    gardare. 7acă presupunem o valoare nominală de -48 pentru A>A)7, putem observa că timpul

    de stabilizare pentru )! este redus la aproximativ 8 sec@-48  3 84Ns şi o cantitate

    nesemnificativ de mică în comparaţie cu timpul necesar în mod normal unui instrument,

     pentru o singură citire. 0e ţine cont de faptul că, având o scimbare de -4' în '0, sarcina

    transferată &J*+( este de numai -4f!, o reducere de -44.4441-.

    2.2.2 Rezistenţa de izolaţie

    lectrometrele, ca şi voltmetre, sunt caracterizate printr%o impedanţă mare de intrare.

    )ezistenţa de izolaţie mare a circuitelor de test, este una din primele cerinţe ale unor 

    măsurători reuşite cu electrometrul. Astfel, cunoşterea materialelor izolatoare şi metodele de

    folosire ale acestora, au o importanţă esenţială. 2entru măsurarea corectă a tensiunii de la

    sursele cu rezistenţă mare, rezistenţa armăturilor care izolează scurgerea, indicii de test şivoltmetrul care efectuează măsurătorile, trebuie să aiba o amplitudine mai mare decât

    rezistenţa /evenin ecivalentă a circuitului testat, depinzând de numărul de zecimale al

     preciziei, rezoluţiei, sau acurateţii cerute. 7acă rezistenţele nu sunt cu câteva zecimi mai mari,

    tensiunea sursei, măsurată va fi redusă prin efectele de şuntare ale izolării, aşa cum se va

     prezenta mai Gos.

    ste dificilă detectarea unei izolaţii inferioare la ecipamente, deoarece o citire eronată

     poate părea stabilă. Aşadar, este bine să se măsoare periodic rezistenţa izolaţiilor armăturilor 

    testate şi a cablurilor, cu un ommetru, pentru a se asigura integritatea lor. 7acă sunt

    descoperite deficite, trebuie ca izolatorul defect să fie ori curăţat, ori înlocuit.

    $rmează o prezentare a metodelor de menţinere în stare bună a izolatorilor. ste, de

    asemenea prezentat şi un sumar al rezistenţelor tipice pentru diferite materiale.

     Alegerea celui mai bun izolator 

     9

  • 8/19/2019 Masurari La Impedanta Ridicata

    10/65

    Tehnici de minimizare a erorilor inregistrate la masurari cu impedanta mare si mica

    Ca evaluarea unui material izolator, trebuie luate în considerare # proprietăţi de bază

    ale materialului1

    • )ezistivitatea de volum1 curentul circula direct prin materialE

    • )ezistivitatea de suprafaţă1 scurgerea peste suprafaţă, o funcţie primară a

    contaminatorilor suprafeţeiE

    • Absorbţia apei1 scurgerea depinde de cantitatea de apă care a fost absorbită de

    izolatorE

    • fectele incărcării piezoelectrice sau stocate1 crearea dezecilibrelor de

    sarcină datorită solicitării mecaniceE

    fectele triboelectrice1 crearea unui dezecilibru de sarcină datorită efectelor de frecare dintre două materialeE

    • Absorbţia dielectricului1 tendinţa unui izolator de a stoca@elibera sarcină la

    intervale mari de timp.

    /abelul "." relatează caracteristicile de bază ale izolatorilor, iar figura ".-4 arată limitele

    lor de rezistivitate. !aracteristicile izolatorilor sunt descrise în continuare, în paragrafele de

    mai Gos.

    Teflonul 

    /eflonul este cel mai bun şi frecvent izolator folosit pentru nivele de impedanţă

    intâlnite la măsurătorile curenţilor mai mari de -4 %-:A. Are o mare rezistivitate de volum şi o

    suprafaţă pe care nu se formează pelicule cu vapori de apă. Aşadar, proprietăţile sale

    izolatoare nu sunt puse în pericol de aerul umed. /eflonul este inert din punct de vedere

    cimic şi poate fi curaţat cu uşurinţă. 7e asemenea, este uşor de manevrat. în electronică, cel

    mai folosit tip de teflon este teflonul 2/.

    2rincipalul neaGuns al teflonului este acela că , atunci când este deformat, sarcinile

    apar intern, cauzând tensiuni şi curenti falşi. !u o griGă adecvată, aceste caracteristici nu sunt

    valabile pentru curenţi de peste -4%-DA.

    /abelul " % 2roprietăţile diferitelor materiale izolatoare

    2roprietăţi

     -4

  • 8/19/2019 Masurari La Impedanta Ridicata

    11/65

    Tehnici de minimizare a erorilor inregistrate la masurari cu impedanta mare si mica

    Materialul

    )ezistivitatea

    de volum

    &Ocm(

    )ezistenţa

    la

    absorbţia

    apei

    fecte

     piezoelectrice

    minime

    fecte

    triboelectrice

    minime

    Absorbţia

    dielectrică

    minimă

    0afir =-4-K 4 /eflonulP2/ =-4-K % % 2olietilena -4-# 4 4 2olistirenul =-4-# 4 4 % Qel%P =-4-K 4 % 4!eramica -4-:%-4-8 % 4

     +Rlon -4-D%-4-: % 4 % %0ticla epoxidică -4-D % 4 % %2'! 8 x -4-D 4 4 %Notă1 Material foarte bun din punct de vedere al proprietăţilor.

    4 Material bun din punct de vedere al proprietăţilor.

    % Material slab din punct de vedere al proprietăţilor.

     Polistirenul 

    2olistirenul este mult mai ieftin decât teflonul, şi era considerat izolatorul standard

    înainte ca teflonul să fie disponibil. 0e manevrează cu uşurinţă, dar pot apare fisuri interne.

    Aceste caracteristici nu pun în pericol proprietăţile sale izolatoare, decât în cazul în care

    fisurile aGung la suprafaţă@exterior. )ezistivitatea de volum a polistirenului este asemănătoare

     --

       2   l  a  c   ă

          p  o  x   i   d   i  c   ă

        2   l  a  c   ă

          p  o  x   i   d   i  c   ă

    >%-4

       B   â  r   t   i  e

       B   â

      r   t   i  e

       /  e   f   l  o  n

       /  e   f   l  o  n

     

       !  e  r  a  m   i  c   ă

      +  R   l  o  n

     

       !  e  r  a  m   i  c   ă

      +  R   l  o  n

    2'!

       0  a   f   i  r

       0  a   f   i  r

       2  o   l   i  s   t   i  r  e  n

       2  o

       l   i  e   t   i   l  e  n   ă

       2

      o   l   i  s   t   i  r  e  n

       2  o   l   i  e   t   i   l  e  n   ă

    -4

    -4

    -4

    -4

    -4

    -4

    -4

    -4

    -4

    -4-4

        )  e  z   i  s   t   i  v   i   t  a   t  e  a   d  e  v  o   l

      u  m    &

       O  %  c  m   (

    Materiale izolatoare

    ig. ".-4 )ezistivitatea diferitelor tipuri de materiale izolatoare

  • 8/19/2019 Masurari La Impedanta Ridicata

    12/65

    Tehnici de minimizare a erorilor inregistrate la masurari cu impedanta mare si mica

    cu cea a teflonului dar se formează pelicule de apă pe suprafaţa acestuia atunci când

    umiditatea creşte, reducând semnificativ rezistenţa suprafeţei.

     Kel-F 

    Qel% are caracteristicile de suprafaţă şi volum aproximativ la fel de bune ca ale

    teflonului, se manevrează uşor şi nu se fisurează. ste totuşi mai scump şi nu poate fi

    aciziţionat cu uşurinţă.

     Polietilena

    2olietilena are o rezistivitate excelentă şi are caracteristicile de suprafaţă similare cu

    ale polistirenului. 7eoarece este flexibil, este folosit frecvent la izolarea cablului coaxial şi

    triaxial. Aceste cabluri sunt ideale pentru lucrul cu electometrul, din moment ce

    scurgerile@scăpările de suprafaţă din această aplicaţie sunt relativ lipsite de importanţă.

    2olietilena, amintim că se topeşte la o temperatura relativ mică, aşadar firele din cuptoare ar 

    trebui să dispună de o izolaţie de teflon, înlocuind polietilena.

     Sticla şi ceramica

    0ticla şi ceramica au şi ele o rezistivitate foarte mare, dar proprietăţi slabe la umiditate

    ridicată, adesea şi proprietati slabe piezoelectrice. 0ticla sau ceramica curăţată cu metanol şi

    scufundate în parafina în fierbere, au o suprafaţă de izolare bună, însă nu şi durabilă. 7iferite

    lacuri pe bază de silicon pot fi aplicate pe suprafeţele de sticlă sau ceramică, şi apoi uscate în

    cuptor sau la Get de aer, dar ciar după acest tratament, izolatorii se pot defecta cu uşurinţă

     prin manevrare. 0ticla şi ceramica sunt greu de manevratE sunt în principal folosite atunci

    când este absolută nevoie de proprietăţile lor mecanice.

     Safirul 

    0afirul este unul din cei mai buni izolatori. ? încărcare foarte mică este generată în

    interior, atunci când este supus unei solicitări mecanice. ste folosit cel mai des la măsurarea

    curentţlor între -4%-KA şi -4%-8A. $tilizarea safirului este restricţionată de costuri şi totodată

    materialul este greu de manevrat şi modelat.

    Cuarţul 

    !uarţul are proprietăţi similare cu cele ale safirului, dar are comportare piezoelectrică

    considerabil mult mai mare. 7in acest motiv este rar folosit în circuitele cu electrometre.

     Alte materiale izolatoare

     -"

  • 8/19/2019 Masurari La Impedanta Ridicata

    13/65

    Tehnici de minimizare a erorilor inregistrate la masurari cu impedanta mare si mica

    2ractic, toate celelalte materiale izolatoare au o rezistivitate de volum prea mică sau

    au caracteristici de suprafaţă nesatisfacatoare pentru utilităţile electrometrului. 'inilul,

    nRlonul şi Cucite sunt inferioare teflonului, polistirenului, polietilenei, safirului sau cuarţului.

     Intreţinerea izolatorului 

    !a la oricare dispozitiv de mare rezistenţă, integritatea izolatorilor poate fi distrusă

    dacă nu sunt manevraţi în mod corespunzător. $leiurile şi sărurile pot degrada performanţele

    izolatorului, iar impurităţile din aer se pot depune pe suprafaţa izolatorilor, reducându%le

    rezistenţa. 7atorită acestor factori, manevrarea izolatorilor ar trebui redusă la minimumE sub

    nici o formă izolatorul n%ar trebui atins cu mâna sau cu orice alt material care i%ar putea

    deteriora suprafaţa.

    7acă izolatorul este deteriorat, fie prin manevrare negliGentă fie prin formarea unor 

    depuneri, acesta poate fi curăţat cu un tampon din bumbac, înmuiat în metanol. 7upă curăţare

    izolatorul ar trebui lăsat să se usuce, la umiditate redusă, timp de mai multe ore înainte de a fi

    utilizat, sau să fie uscat cu aGutorul nitrogenului .

    2.3 Măsurarea curenţilor mici

    Măsurările curenţilor mici sunt supuse unor surse de erori care pot avea un impact

    serios asupra preciziei măsurătorii. Ca început electrometrul sau picoampermetrul pot cauzaerori de măsurare dacă nu este conectat în mod corespunzător. 0upraalimentarea şi curentul de

    offset de la intrare ale ampermetrului, de asemena pot afecta măsurătorile. *mpedanţă sursei

    dispozitivului testat va afecta caracteristica de zgomot a electrometrului sau

     picoampermetrului. 2osibilele surse externe de erori includ curenţii de scăpări de la cabluri

    sau armături, dar şi curenţii generaţi de efectele triboelectrice sau piezoelectrice. în

    următoarele paragrafe vom discuta aspecte ale măsurătorilor de curenţi mici şi metodele de

    minimizare a efectelor surselor de erori.

    2.3.1 Curenţii de scăpări şi gardarea

    !urentul de scăpări este generat prin căi de mare rezistenţă între circuitul de măsură şi

    sursele de tensiune din apropiere. Aceşti curenţi pot influenţa în mod considerabil preciziamăsurării curenţilor de valoare mică. 2rincipalele căi de reducere a curenţilor de scăpări sunt

     -D

  • 8/19/2019 Masurari La Impedanta Ridicata

    14/65

    Tehnici de minimizare a erorilor inregistrate la masurari cu impedanta mare si mica

    reprezentate de către utilizarea unor buni izolatori, reducerea umidităţii şi prin utilizarea

    gardării. >ardarea poate fi utilizată pentru a reduce efectele capacităţii de şuntare în circuitul

    de măsurare.

    ? metodă de reducere a curentului de scăpări o reprezintă utilizarea unui bun izolator 

    atunci când se crează un circuit de test. !ei mai buni izolatori sunt1 teflonul, polietilena şi

    safirul. A se evita materiale ca nRlon%ul.

    $miditatea poate, de asemenea influenţa măsurarea curenţilor mici. !antitatea de apă

    absorbită de izolator va depinde şi de tipul izolatorului. ste indicat să se aleagă un izolator 

    care nu va reţine cu uşurinţă vaporii de apă. $neori aceasta este imposibil de evitat dacă

    materialul de măsurat absoarbe apa cu uşurinţă % de aceea acest lucru se va face într%o incintă

    verificată. în unele cazuri izolatorul poate avea depuneri ionice şi uneori, la umiditate mare,

     pot fi generaţi curenţi falşi.

    ? altă metodă de reducere a curenţilor de scăpări o reprezintă şi utilizarea gardarii.

    >ardarea poate fi reprezentată de un conductor conectat la un punct de impedanţă Goasă al

    circuitului, care este aproape la acelaşi potenţial ca şi punctul de mare impedanţă.

    >ardarea poate izola punctul de impedanţă mare de intrare a electrometrului,

    ampermetrului sau picoampermetrului faţă de curenţii de scăpări datoraţi sursei de tensiune.

    $n exemplu de gardare aplicată unei camere ionizate este prezentată în igura ".--. ?

    cameră de ionizare negardată şi circuitul său ecivalent sunt arătate în igura ".-- a. !ircuitul

    ecivalent prezintă întreaga influenţă a tensiunii ce apare la rezistenţa de scăpări a izolatorului

    &) C( şi astfel curentul de scăpări &*C( va fi adăugat măsurarii curentului ionic &*M3*!*C(.

    )ezistenţa de scăpări este datorată izolatorului camerei de ionizare şi a cablului coaxial.

    În igura ".-- b, un inel metalic de protecţie este adaugat în camera de ionizare. Acest

    circuit de protecţie împarte rezistenta de scăpări în două părţi. /ensiunea rezistenţei ) C- este

    tensiunea de sarcină a picoampermetrului, în mod obişnuit fiind mai mică de - m', astfel

    încât curentul rezultat va fi destul de mic. *ntreaga influenţă a tensiunii apare peste ) C".

    !urentul de scăpări va circula de%a lungul buclei dar nu va afecta măsuratoarea.

    2rotecţia poate fi de asemenea necesară pentru a preveni curenţii de scăpări datoraţi

    circuitului supus testării. În igura ".-" este prezentat un rezistor cu valoarea de ordinul meg%

    omilor poziţionat pe două izolatoare montate într%un dispozitiv de fixare metalic. Acest

    circuit este gardat prin conectarea bornei C? al picoampermetrului &*M( la carcasa metalică.

    Aceasta va fixa partea de sus a izolatorului aproape la acelaşi potenţial ca şi partea de Gos.

    7iferenţa de tensiune va fi egală cu tensiunea de încărcare a picoampermetrului. *ntrucât partea superioară căt şi cea inferioară se află la acelaşi potenţial, nici un curent semnificativ

     -:

  • 8/19/2019 Masurari La Impedanta Ridicata

    15/65

    Tehnici de minimizare a erorilor inregistrate la masurari cu impedanta mare si mica

    nu va circula prin el şi aproape tot curentul din dispozitivul de testat va circula prin

    ampermetru.

    2.3.2 gomotul şi impedanţa sursei

    Hgomotul poate afecta în mod serios precizia şi sensibilitatea măsurării curenţilor. în

    cele ce urmează se prezintă modul în care rezistenţa şi capacitatea surselor pot afecta performanţele de zgomot.

     -8

    *M

    B*

    C?

    *M

     b( !ameră de ionizare gardată

    B*

    C?

    !ircuitul ecivalent

    ) C-

    *C) C"

    *M

    B*

    C?

    a( !amera de ionizare negardată

    *M

    B*

    C?

    !ircuitul ecivalent

    ) C *C*!

    *M

    ig. ".-- 2rincipiul de gardare aplicat unei camere de ionizare

    *M

    B*

    C?!arcasă metalică>ardă

    *zolatori

     0ursă detensiune

    70/

    ig. ".-" >ardarea pentru reducerea curenţilor de scăpări

  • 8/19/2019 Masurari La Impedanta Ridicata

    16/65

    Tehnici de minimizare a erorilor inregistrate la masurari cu impedanta mare si mica

     Rezistenţa sursei 

    )ezistenţa sursei 7$/%ului va afecta zgomotul ampermetrului de reacţie. 7acă

    rezistenţa sursei este redusă, câştigul zgomotului ampermetrului va creşte.

    igura ".-D arată un model simplificat al unui ampermetru cu reacţie inversă. ) 0 şi !0

    reprezintă rezistenţa sursei respectiv capacitaea sursei, '0  reprezintă tensiunea sursei, 'zg

    reprezintă tensiunea de zgomot a ampermetruluiE în final, )   şi !  reprezintă rezistenţa de

    reacţie respectiv capacitatea de reacţie.

    !âştigul sursei de zgomot a circuitului poate fi dat de următoarea ecuaţie1

    *eşire = zg V  *ntrare  zg V     

     

     

     +

     F 

     R

     R-

    7e notat faptul că odată cu scăderea valorii ) 0, zgomotul de la ieşire va creşte. 7e

    exemplu cand )  3 ) 0, zgomotul la ieşire este multiplicat cu un coeficient de ". /abelul de

    mai Gos prezintă valori minime, recomandate, ale rezistenţei sursei pentru diferite domenii de

    măsură.

    /abelul -.D

    0cala )ezistenţa sursei minim recomandată

     -#

    'zgomot

    2icoampermetru cu reac ie

    '?

     ) 

    ig. ".-D Modelul simplificat al unui ampermetru cu reacţie inversă

    %

     !

    0ursă de curent

    '0

    ) 0

     H0

    !0

     H

  • 8/19/2019 Masurari La Impedanta Ridicata

    17/65

    Tehnici de minimizare a erorilor inregistrate la masurari cu impedanta mare si mica

     pA ->O % -44>OnA -MO F -44MOSA -5O F -445OmA -O F -44 O

    Caacitatea sursei 

    !apacitatea sursei dispozitivului supus testării va afecta, de asemenea performanţele

    zgomotului ampermetrului cu reacţie. În general dacă această capacitate a sursei creşte şi

    câştigul va creşte.

    2entru a vedea ce scimbări pot afecta câştigul zgomotului ne vom referi din nou la

    modelul simplificat al ampermetrului din igura ".-D. lementele care ne interesează sunt

    capacitatea sursei !0  şi capacitatea de reacţie !. 7iscutând despre capacitatea reactivă aacestor elemente, formula anterioară devine1

    *eşire = zg V  *ntrare  zg V      

      

     

     F 

     % 

     % 

    Aici, H  reprezintă impedanţa de reacţie,  F  F  F    R#  %    ⋅= E iar H0  reprezintă impedanţa

    sursei formată de ) 0 şi !0. Mai mult1

    ( )   -"   " +=

     F  F 

     F  F 

    #  &R

     R % 

    π  

    ( )   -"   " +=

    S S 

    S S 

    #  &R

     R % 

    π  

    A se lua în considerare că !0 creşte în valoare, H0 descreşte şi drept urmare va creşte şi

    câştigul zgomotului. 7acă H0 3 H, zgomotul de intrare este amplificat de două ori.

    MaGoriatatea picoampermetrelor vor avea o valoare maximă recomandată pentru !0.

    0e poate, de obicei să se măsoare la valori mari ale capacităţii sursei, prin introducerea unui

    rezistor în serie cu intrarea ampermetrului, dar să se ţină cont de faptul că orice rezistenţă în

    serie va creşte valoarea tensiunii printr%un factor de * *+  T ) 0)*. 7e exemplu, gama de

    rezistenţe prezentate în /abelul -.D va avea ca rezultat creşteri de tensiune de la -m' la -'. ?

    alternativă utilă la rezistorul serie este o diodă în serie sau două diode în paralel Uspate în

    spateV.

    2.3.3 !ri"t#ul de zero

     -;

  • 8/19/2019 Masurari La Impedanta Ridicata

    18/65

    Tehnici de minimizare a erorilor inregistrate la masurari cu impedanta mare si mica

      7rift%ul de zero reprezintă o scimbare graduală a offsetului de zero, fără un semnal

    de intrare. În cazul în care nu este corectat de Waducerea la zeroW, offset%ul rezultat produce o

    eroare prin aducerea la semnalul de intrare. 7riftul este în mod normal definit ca funcţie de

    timp şi@sau temperatură. ?ffset%ul de zero, pe o perioada de timp şi un interval de temperatură,

    va rămâne între anumite limite specifice. !urentul de offset datorat scimbărilor graduale de

    temperatura poate depăşi specificaţia înaintea stabilizării. 0cimbările tipice ale temperaturii

    camerei &-X! @ -8min( în mod normal nu vor cauza depăşiri stabilite.

    MaGoritatea electrometrelor includ miGloace de corectare a drift%ului de zero. $n

    comutator pentru verificarea drift%ului este folosit la configurarea instrumentului, pentru

    redarea oricăror tensiuni de offset interne. Aceasta permite o verificare rapidă şi o aGustare a

    amplificării de zero. 7e obicei, instrumentul este corectat la zero în timp ce verificarea este

    activată. Această procedură ar putea fi necesară periodic, depinzând de condiţiile de mediu.

    lectrometrele interfaţabile realizează această funcţie prin atingerea unui buton sau printr%o

    comandă computerizată.

    În cazul unui picoampermetru sau electrometru%ampermetru se ţine cont că verificarea

    zero şi corecţia de zero sau funcţiile de corecţie la zero sunt folosite la corectarea tensiunilor 

    de offset interne. 2entru o mai bună precizie, aduceţi la zero instrumentul pe scala folosită la

    măsurători.

    2.3.$ Curenţii generaţi

    ?ricare curenţi generaţi la testarea sistemului se vor adauga la curentul dorit, cauzând

    astfel erori. !urenţii pot fi generaţi intern, ca în cazul curentului de offset la intrare, sau pot

    veni din surse exterioare, cum ar fi izolatorii sau cablurile. în urmatoarele paragrafe vom

     prezenta diferitele tipuri de curenţi.

    igura ".-: sumarizează gama curenţilor generaţi, prezentaţi în această secţiune.

     -K

    !ablu

    standard

    !ablucu

    zgomot

    0uprafaţă

    murdară 0trat

    epoxilic

     0uprafaţăcurată

    -4

    A

    -4

    -4

    -4

    -4

        !  u  r  e  n   t  u   l  g  e  n  e  r  a   t

     2rincipiul generării curentului

  • 8/19/2019 Masurari La Impedanta Ridicata

    19/65

    Tehnici de minimizare a erorilor inregistrate la masurari cu impedanta mare si mica

    Curenţii de offset 

    Ampermetrul ideal ar trebui să citească valoarea zero atunci când bornele de intrare

    sunt lăsate libere sau în gol. Ampermetrele practice au totuşi un curent de valoare mică, care

    circulă atunci când intrarea este liberă. Acest curent este cunoscut sub numele de curent de

    offset de intrare, şi este cauzat de curenţii bias ai dispozitivelor active, dar şi de curenţii de

    scăpări prin izolatorii din interiorul instrumentului. !urenţii de offset generaţi în interiorul

     picoampermetrelor şi electrometrelor sunt incluşi în specificaţiile instrumentului.

    7upă cum se arată în igura ".-8, curentul de offset de la intrare se adaugă curentului

    măsurat astfel încât aparatul măsoară o sumă a celor doi curenţi1

    OFFSET S  M    I  I  I    +=

    7e reţinut că acest curent de offset de intrare poate fi parţial anulat de activarea

    suprimării curentului din instrument cu bornele de intrare deconectate şi corecţia de zero

    descisă.

    !urenţii de offset pot de asemenea să fie generaţi din exterior, de la surse precum

    efectele triboelectrice şi piezoelectrice. 7upa cum se arată în igura ".-#, curentul extern de

    offset, de asemenea se adaugă la curentul sursei şi aparatul din nou măsoară suma celor doi.

    !urenţii externi de offset pot fi suprimaţi de caracteristica de eliminare a curentului

    din instrument, sau pot fi anulaţi prin folosirea unei surse potrivite şi stabile de curent, externă

    cum arată figura ".-;. !u acest aranGament, curentul măsurat este 1

     RE!U#ERE OFFSET S  M    I  I  I  I    −+=

     -9

       /  e   f   l  o  n

       /  e   f   l  o  n

       !

      e  r  a  m   i  c   ă

     

       !

      e  r  a  m   i  c   ă

     

    -4O

    -4O

    -4

    -4

    -4

    -4

    fectetriboelectrice

    ig. ".-: Mărimi tipice ale curenţilor generaţi

    Hgomotulrezistiv în bandade -Bz

    fectemecanice

    fecteelectrocimice

    *M) 0

    B**0

  • 8/19/2019 Masurari La Impedanta Ridicata

    20/65

    Tehnici de minimizare a erorilor inregistrate la masurari cu impedanta mare si mica

    2resupunând că *?0/ si *)7$!) sunt egale ca marime dar opuse ca polaritate,

    *M 3 *0

    AvantaGul folosirii unei surse de curent externe este ca * ?0/ poate fi la fel de mare

    sau ciar mai mare decât intreaga valoare de scală, şi numai * ?0/ F *)7$!) trebuie să fie

    mai mic.

     "4

    *M 3 *0 *?0/

    M7,electrometru,0M,ampermetru sau picoampermetru0e măsuroară curentul *0şi se indică *M 

    0ursa de

    curent

    '0C?

    *?0/

    ig. ".-8 fectele curentului de offset de intrare asupra preciziei măsurării curentului

    ig. ".-# fectele curentului de offset extern asupra preciziei măsurării curentului

    *M 3 *0 *?0/

    *M

    M7,electrometru,0M,ampermetru sau picoampermetru0e măsuroară curentul *0şi se indică *M 

    0ursă decurent

    '0

    ) 0

    B*

    C?

    *?0/

    *0

     *M 3 *0 *?0/ % *)7$!) !ând *?0/ 3 *)7$!), *0 3 *M

    *M

    M7,electrometru,0M,

    ampermetru sau picoampermetruMăsurarea curentului *0şi se indică *M 

    B*

    C?

    *?0/

    0ursă de

    curent

    '0

    ) 0

    *0

    *)7$0

  • 8/19/2019 Masurari La Impedanta Ridicata

    21/65

    Tehnici de minimizare a erorilor inregistrate la masurari cu impedanta mare si mica

     Efectele triboelectrice

    !urenţii triboelectrici sunt generaţi de sarcinile create între un conductor şi un izolator,

    datorită frecării. Aici, electronii liberi se freacă de conductor şi creează un dezecilibru de

    sarcină, care determină o scurgere de curent. $n exemplu tipic ar fi curenţii electrici generaţi

    de izolatori şi conductori, care se freacă reciproc în cablul coaxial, ca în figura ".-K.

      ig. ".-K F fectul triboelectric

     

    !ablul Ucu zgomot redusV diminuează mare parte din acest efect. în mod normal

    foloseste un izolator intern căptuşit cu polietilenă, cu grafit în ecranul exterior. >rafitul

    asigură lubrifierea şi un cilindru ecipotenţial conductor, pentru a egaliza sarcinile şi a

    minimiza sarcina generată de efectele de frecare ale cablului. ?ricum, ciar şi cablul cu

    zgomot redus crează un anumit zgomot atunci când este supus vibraţiei, extinderii sau

    contracţiei, astfel încât toate conexiunile ar trebui să fie scurte, departe de scimbările de

    temperatura şi, de preferat, susţinute prin bandaGare sau legare a cablului de o suprafaţă non%

    vibrantă, cum ar fi un perete, o bancă sau o structură rigidă.

    Alte soluţii la problemele de mişcare şi de vibraţii includ1

    % îndepartarea sau decuplarea mecanică a sursei de vibraţii. 0ursele obişnuite de vibraţii sunt

    motoarele, pompele şi alte dispozitive electromecaniceE

    % stabilizarea legăturilor de test. în siguranţă, legaţi componentele elctronice, firele şi

     "-

    ig. ".-; $tilizarea unei surse externe de curent la eliminarea curentului de offset

  • 8/19/2019 Masurari La Impedanta Ridicata

    22/65

    Tehnici de minimizare a erorilor inregistrate la masurari cu impedanta mare si mica

    cablurile. cranarea trebuie să fie fermă.

     fectele triboelectrice pot, de asemenea să apară şi la alţi izolatori şi conductori care

    se ating unii de altii. Aşadar este important să se minimizeze contactul între izolatori ca şi

    dintre conductori, în construirea armăturilor de test şi conexiunilor pentru curenţi mici şi

    impedanţa mare.

    /abelul "." din 0ecţiunea "."." cuprinde efectele triboelectrice relative ale diferitelor 

    materiale izolatoare.

      Efectele iezoelectrice şi de sarcin!

    !urenţii piezoelectrici sunt generaţi atunci când o solicitare mecanică este aplicată

    anumitor materiale cristaline când acestea sunt folosite pentru terminale izolate şi componente

    de interconectare. în unele materiale plastice, celulele de sarcină fac materialul să se comporte

    într%o manieră similară materialelor piezoelectrice. $n exemplu de terminal cu izolator 

     piezoelectric este arătat în igura ".-9.

    2entru a minimiza curentul datorat acestiu efect, este importantă îndepartarea

    solicitării mecanice asupra izolatorului, şi folosirea de materiale izolatoare care au efecte

    minime piezoelectrice şi de sarcină înmagazinată. 2roprietăţile piezoelectrice ale unor 

    materiale izolatoare au fost prezentate în 0ecţiunea "."." şi în /abelul ".".

    Aceste efect este independent de capacitatea sarcinii dintre plăcuţă şi terminale.

    0arcinile sunt distribuite, rezultând scurgerea curentului.

    În practică, ar putea fi dificil să se distingă efectele sarcinii înmagazinate &la izolatori( şi

    efectele piezoelectrice. *ndiferent ce fenomen este implicat, este importantă alegerea unor 

    materiale izolatoare bune şi realizarea unor structuri de conexiune cât mai rigide posibil.

     ""

    %

     *zolator piezoelectric

     *

    orţa aplicată

      %

     

     

     */erminal metalic

     2lacuţă conductoare

    ig. ".-9 fectul piezoelectric

  • 8/19/2019 Masurari La Impedanta Ridicata

    23/65

    Tehnici de minimizare a erorilor inregistrate la masurari cu impedanta mare si mica

    Contaminarea şi umiditatea

    !urenţii de eroare apar, de asemenea şi din cauza efectelor electrocimice, atunci când

    substanţele cimice ionice crează baterii slabe între doi conductori, pe o placa de circuit. 7e

    exemplu, des folositele plăci de circuit din răşina epoxidică, atunci când nu sunt curăţate

    temeinic, pot genera, între conductori, curenţi de ordinul nanoamperilor &vezi figura "."4( .

    )ezistenţa de izolare poate fi redusă de o umiditate ridicată sau de contaminări ionice.

    !ondiţiile de umiditate ridicată apar sub formă de condens sau absorbţie a apei, iar 

    contaminarea ionică poate fi rezultatul uleiurilor de corp, sărurilor.

    În timp ce rezultatul preliminar al acestor contaminări constă în reducerea rezistenţei

    izolatorilor, combinarea umidităţii mari şi a contaminării ionice poate forma o cale

    conductoare, sau ar putea ciar să se comporte ca o celulă electrocimică cu o rezistenţă mare

    în serie. ? celula formată astfel, poate fi sursa unor curenţi de ordinul picoamperilor saunanoamperilor, pe o perioada lungă de timp.

    2entru a evita efectele contaminării şi umidităţii, selectaţi doar izolatorii care sunt

    rezistenţi la absorbţia apei şi mentineţi umiditatea la nivel moderat. 7e asemenea, asiguraţi%vă

    că izolatorii sunt bine curăţaţi şi feriţi de contaminare.

    7acă izolatorii sunt contaminaţi, ar trebui aplicat întregului circuit un agent de

    curăţare precum metanolul. ste importantă înlăturarea sau aruncarea tuturor 

    contaminatorilor, odată ce au fost dizolvaţi în solvent, astfel încât sa nu se poată depune din

     "D

    *mpurităţi rămase de laaliaGul de lipit şiumezeală

     !ablaGimprimat

    2lacă de circuitimprimat

    *

    *

    %

     ig. "."4 fecte electrocimice

  • 8/19/2019 Masurari La Impedanta Ridicata

    24/65

    Tehnici de minimizare a erorilor inregistrate la masurari cu impedanta mare si mica

    nou. olosiţi pentru curăţare numai solvenţi foarte puriE cei de concentraţie mai mică ar putea

    să conţină contaminatori ce pot lăsa o peliculă electrocimică.

     Absorbţia dielectric!

     

    Absorbţia dielectrică la un izolator poate apare atunci când o tensiune asupra

    izolatorului cauzează sarcini pozitive şi negative în interiorul izolatorului polarizat, deoarece

    mai multe molecule polare se orienteaza in spatiu la anumite intervale de timp. Atunci când

    tensiunea este îndepărtată, sarcinile separate generează un curent descrescător prin circuitele

    conectate la izolator, pe măsură ce se recombină.

    2entru minimizarea efectelor absorbţiei dielectrice asupra măsuratorilor de curent, este

    de dorit evitarea aplicării unor tensiuni mai mari de câţiva volţi izolatorilor utilizaţi la

    măsurătorile de curent exacte. în cazurile în care această situaţie este inevitabilă, ar putea dura

    câteva minute sau ciar ore în unele cazuri, să se disipe curentul cauzat de absorbţia

    dielectrică.

    /abelul "." din 0ecţiunea "."." cuprinde absorbţia dielectrică relativă pentru diferite

    materiale izolatoare.

    2.3.% &ensiunea de încărcare

    $n ampermetru poate fi reprezentat printr%un ampermetru ideal &*M( cu rezistenţă

    internă nulă, în serie cu o rezistenţă &) M(, aşa cum se arată în figura "."-. !ând o sursă de

    curent al cărei circuit ecivalent /evenin conţine o tensiune &'0(  în serie cu o rezistenţă

    &) 0(,  este conectată la intrarea ampermetrului, curentul este redus faţă de cel care ar trebui să

    rezulte la ampermetrul ideal &) M 3 46(. Această reducţie este cauzată de rezistenţa &) M(, care

    creează o cădere de tensiune adiţională numită tensiune de încărcare &'Î+!)!A)(.Yinând contde efectele tensiunii &'Î+!)!A)(, curentul măsurat &*M( este calculat astfel1

     M  R

    V V  I    Î+!M+!M)!

    −=

    roarea procentuală la citirea măsurătorii la tensiunea de încărcare este1

    44Î+!M+!M)!

    44 -44×=

    S V 

    V error 

    7acă, pe de altă parte '*+!A)!A) 3 4', *M devine simplu1

     ":

  • 8/19/2019 Masurari La Impedanta Ridicata

    25/65

    Tehnici de minimizare a erorilor inregistrate la masurari cu impedanta mare si mica

    S  M   R

    V  I    =

    În acest caz, desigur, eroarea procentuală este zero.

    xemplu1

    Într%un circuit semiconductor, '0 poate fi o cădere de tensiune pe o singură Goncţiune de 4.;'.

    2resupunând că ) 0 3-4 56 şi tensiunea de încărcare este de "44m'1

     AV V 

     I  M    µ κ  

    84-4

    ".4;.4=

    Ω−

    =

    !omparând cu cazul ideal,

     AV 

     I  M    µ κ  

    ;4-4

    ;.4=

    Ω=

    Astfel, citirea pe M7 este de 84SA, iar în cazul ideal de ;4SA F o eroare de "9

  • 8/19/2019 Masurari La Impedanta Ridicata

    26/65

    Tehnici de minimizare a erorilor inregistrate la masurari cu impedanta mare si mica

    lectrometrele şi picoampermetrele pot suferi defecţiuni maGore dacă o tensiune prea

    mare este aplicată la intrare. MaGoritatea instrumentelor au specificată tensiunea maximă de

    intrare admisă. în unele aplicaţii, această tensiune maximă este inevitabil depăşită. $nele

    dintre aceste aplicaţii ar putea include curenţi de scăpări ai condensatoarelor, diode în regim

    invers, sau rezistenţa de izolare a cablurilor sau peliculelor. 7acă unele componente sau

    materiale se deteriorează, întreaga tensiune va fi aplicată intrării ampermetrului, fiind posibilă

    distrugerea sa. în aceste cazuri este necesară protecţia la supraîncarcare, pentru a se evita

    avarierea circuitului de intrare al instrumentului.

    igura "."" arată un circuit de protecţie format dintr%un rezistor şi două diode

    &*+D898(. !urentul de scăpări pentru dioda *+D898 este în general mai mic de -pA ciar şi la

     polarizari mai mari cu -m', astfel încât circuitul nu va interfera cu măsurătorile de ordinul a

    -4pA sau mai mari. Această diodă este concepută pentru a suporta curenţi de ""8mA &:84mA

    la creşteri bruşte şi repetate(.

    7in moment ce tensiunea ampermetrului sau picoampermetrului este mai mică de

    -m', diodele nu vor conduce. !u două diode în paralel, spate în spate, circuitul va asigura

     protecţie indiferent de polaritatea de la intrare.

    )ezistorul &)( trebuie să fie suficient de mare pentru a limita curentul ce trece prin

    diode, în felul acesta prevenind avarierea lor. 7e asemenea, trebuie să fie suficient de mare

     pentru a susţine tensiunea de alimentare.

    !ircuitul de protecţie ar trebui să fie izolat, într%un ecran etanşE ecranul trebuie să fie

    conectat la intrarea C? a ampermetrului.

     "#

    C?

    B*

    0pre ampermetrulcu reacţie

    ig. "."" !ircuit de protecţie la supratensiuni pentru ampermetrul cu reacţie

  • 8/19/2019 Masurari La Impedanta Ridicata

    27/65

    Tehnici de minimizare a erorilor inregistrate la masurari cu impedanta mare si mica

    2.3.( )olosirea unui coulom*metru la măsurarea curentului

    În maGoritatea cazurilor, ampermetrul sau picoampermetrul este folosit la măsurarea

    curentului. /otuşi, pentru un nivel al curentului de ordinul femptoamperilor, ar fi mai bine să

    se folosească un coulombometru, pentru a se măsura scimbarea în sarcină, pe o perioadă de

    timp şi apoi folosirea acestor măsurători de sarcină pentru determinarea curentului. ? relatare

     precisă asupra măsurătorilor de sarcină poate fi găsită în 0ecţiunea ".8.

     "etode de baz! entru m!surarea sarcinii 

    0arcina electrică poate fi măsurată în mod direct dar cu unele dificultăţi. ? metodă

    folosită pentru realizarea acestor tipuri de măsurări este metoda măsurării tensiunii pe un

    condensator cu valoare cunoscută. 0arcina electrică J este1

    V # $   ⋅=

    unde1 J 3 sarcina condensatorului &!(

      ! 3 valoarea condensatorului &(

      '3 tensiunea ce străbate condensatorul &'(

    7acă se cunoaşte perioada de scimbare a sarcinii, curentul poate fi uşor de determinat

    din măsurătorile sarcinii. !urentul instantaneu &i( este1

    dt 

    d$i =

     în timp ce curentul mediu pe termen lung este definit după cum urmează1

    $ I  AVG ∆

    ∆=

    Astfel, observăm că sarcina poate fi măsurată şi curentul poate fi determinat simplu

     prin efectuarea unor serii de măsurători de tensiune.

    Folosirea unui coulombmetru cu reacţie entru m!surarea curentului 

    0arcina poate fi măsurată direct cu un coulombmetru cu reacţie. igura "."D arată un

    model simplificat de coulombmetru cu reacţie. !urentul de intrare în circuit este *0 , tensiunea

    de ieşire este '?$/ , iar condensatorul de reacţie este ! .

     ";

  • 8/19/2019 Masurari La Impedanta Ridicata

    28/65

    Tehnici de minimizare a erorilor inregistrate la masurari cu impedanta mare si mica

    !urentul &*0( este aplicat intrării coulombmetrului cu reacţie. 7in moment ce circuitul

    este un integrator, sarcina este determinată prin integrarea curentului1

    ∫ =   idt $ M 

    0arcina poate fi determinată de la tensiunea de ieşire şi valoarea condensatorului dereacţie1

    OUT  F  M    V # $   ⋅=

      !urentul instantaneu măsurat &iM( este determinat de rata de scimbare a sarcinii1

    ( )   dt d$dV # i   dt OUT  F  M    @@   ==

    !urentul mediu pe termen lung &*A'>( poate fi calculat din scimbarea tensiunii de

    ieşire pe o anumită perioadă de timp1

    t $

    t # V  I    F OUT  AVG ∆

    ∆=∆

    ⋅∆=

    xemplu1

    2resupunem că ! are o valoare de -n şi că tensiunea de ieşire se scimbă liniar de la

    4' la -m' pe o perioada de timp de - secundă. !alculul sarcinii şi al curentului, în condiţiile

    date, se face astfel1

    D9-4-4  −−

    ⋅= M $

      pF $

     M 

      -=

    şi

    -

    -4-4  #D   −− ⋅= AVG I     pA I  AVG   -=

     "K

    JM3! '?$/ 

    '?$/

    %

     !

    A

    *0

  • 8/19/2019 Masurari La Impedanta Ridicata

    29/65

    Tehnici de minimizare a erorilor inregistrate la masurari cu impedanta mare si mica

     

     "etoda de integrare e o erioad! de tim

    În acest caz valoarea de creştere a sarcinii este măsurată la intervale specifice de timp.

    !urentul mediu pentru o perioadă dată de timp poate fi determinată din panta dreptei şi se

    calculează astfel1

    $

     I  AVG ∆

    Această metodă redă curentul mediu pe un anumit interval de timp şi realizează citiri

    la o perioadă stabilă, determinată prin integrarea perioadei.

     "etoda ragului restabilit 

    Metoda pragului prestabilit, aratată în igura "."8, este într%o oarecare măsură similară

    metodei de integrare pe o perioadă fixă de timp pe care am descris%o mai sus. În acest caz,

    măsurările de sarcină încep la un timp t- şi continuă până când valoarea sarcinii atinge

    valoarea unui prag predeterminat, la momentul t". Astfel, curentul este calculat după cum

    urmează1

     "9

    ig. "."D !ircuit ecivalent pentru un coulumbmetru cu reacţie

    J

     *3 [J@[t

     [t

     [J

    t

    ig. ".": Metoda de integrare a timpului pentru determinarea curenţilor de sarcină

    intervalul de timp

  • 8/19/2019 Masurari La Impedanta Ridicata

    30/65

    Tehnici de minimizare a erorilor inregistrate la masurari cu impedanta mare si mica

    $ I  AVG ∆

    ∆=   unde -"   t t t    −=∆

    7e observat este faptul că şi coeficientul de tensiune al condensatorului

    coulombmetrului are un efect redus asupra preciziei măsurării curentului. !ât timp punctul de

     prag şi perioadele de timp sunt cunoscute cu exactitate, precizia măsurării curentului va fi

    destul de bună. ?ricum, citirile nu vor fi separate atunci când nivelul de curent variază şi

    intervalul dintre citiri poate fi destul de lung, atunci când curentul mediu pentru o perioadă

    stabilită de timp este mic.

     A#anta$e ale folosirii coulombmetrului la m!surarea curentului 

    xistă numeroase avantaGe atunci când se utilizează coulombmetre în locul

    ampermetrelor, la măsurarea curentului, în anumite situaţii. !ele mai importante avantaGe

    sunt1

    - zgomot de curent mic+ ampermetrul foloseşte un rezistor de feedbac5 F cu reacţie, care va

     produce un nivel semnificativ de zgomot \onson. 2entru măsurarea sarcinii, acest rezistor 

    este înlocuit cu un condensator, care teoretic nu prezintă zgomot \onson. În consecinţă

    metoda de sarcină la măsurarea curentului va avea ca rezultat un zgomot mai mic decâtmăsurarea directă a curenţilor cu un ampermetru cu reacţie. Astfel metodă de sarcină este utilă

    atunci când performanţele de zgomot ale curentului sub - fA, p%p sunt necesare. &vezi figura

    ".:K din secţiunea ".#.8 şi se ţine cont că rezistenţele de reacţie de peste -4 -" omi nu sunt

    foarte practice(.

      -  timpi de sta*ilizare mai rapizi+   viteza unui ampermetru cu reacţie este limitată de

    constanta de timp a circuitului &) , !(. 7e exemplu, pentru rezistenţele de reacţie mai mari

    de -4>6 , capacitatea parazită limitează timpii de răspuns la zeci de milisecunde. 2e de altă

     parte, un integrator de reacţie va răspunde imediat şi este limitat doar de viteza

     D4

    ig. "."8 Metoda fixării pragului la determinarea curentului de sarcină

    J

     *3 [J@[t

     [t

     [J

    tt"

    t-

     ixarea pragului

  • 8/19/2019 Masurari La Impedanta Ridicata

    31/65

    Tehnici de minimizare a erorilor inregistrate la masurari cu impedanta mare si mica

    amplificatorului operational.

    - pulsurile aleatoare pot "i integrate+ sarcina medie transferată pe unitatea de timp a unui

    tren de impulsuri aleatoare poate fi evaluată prin integrarea trenului de impulsuri ale

    curentului, pe o perioadă specifică de timp. Amplitudinea media a curentului poate fi

    exprimată ca totalul sarcinii divizată la perioada de timp utilizată la măsurare. Această tenică

    este, în special utilă când se lucrează cu valori ale curenţilor foarte mici.

    - e"ectele zgomotului pe intrarea capacităţii şuntate sunt reduse+  deoarece câştigul în

    zgomot este, în principal determinat de raportul !*+@!, şi !  este mult mai mare la un

    coulombmetru decât la un ampermetru, o valoare mai mare a capacităţii de intrare poate fi

    tolerată. Această caracteristică este utilă atunci când se fac măsurări utilizând surse cu

    capacitate mare sau când sunt folosite cabluri lungi de conectare.

    2.$ Măsurarea rezistenţelor mari

    !ând trebuie măsurată o rezistenţa mai mare de ->6 , se impune folosirea unui

    electrometru, a unui 0M$, sau a unui picoampermetru @ sursa de tensiune. $n electometru

     poate măsura rezistenţe mari fie prin metoda tensiunii constante, fie prin metoda curentului

    constant. $nele electometre permit utilizatorului sa aleaga oricare metodă. Metoda tensiunii

    constante foloseşte un ampermetr şi o sursă de tensiune, în timp ce metoda curentului constant

    foloseşte voltmetrul electrometrului şi o sursă de curent. Aceste două tenici vor fi descrise în

    cele ce urmează.

     

    2.$.1 Metoda tensiunii constante

    2entru a putea măsura rezistenţe mari folosind metoda tensiunii constante, sunt

    necesare un instrument care poate măsura intensităţi mici şi o sursă de tensiune constantă.$nele electrometre şi picoampermetre au surse de tensiune incluse în instrument şi pot calcula

    rezistenţa necunoscută în mod automat. Aceasta secţiune descrie această metodă şi modurile

    de reducere a rezistenţei de scăpări datorată conexiunilor din timpul măsuratorii.

     Configuraţia de baz!

    !onfiguratia de baza a metodei de tensiune constanta este aratata în figura "."#. Înaceasta metodă, o sursă de tensiune constantă &'( este plasată în serie cu un rezistor 

     D-

  • 8/19/2019 Masurari La Impedanta Ridicata

    32/65

    Tehnici de minimizare a erorilor inregistrate la masurari cu impedanta mare si mica

    necunoscut &)( şi un ampermetru &*M(. 7acă consideram căderea de tensiune pe ampermetru

    negliGabilă, atunci toată tensiunea va apare pe rezistorul ). !urentul rezultat este măsurat de

    ampermetru şi rezistenţa este calculată cu aGutorul Cegii lui ?m &) 3 ' @ *(.

    )ezistenţele mari sunt deseori proporţionale cu tensiunea aplicată, aceasta metoda este

     preferata celei de curent constant. 2rin testarea la tensiunile selectate, poate fi trasat un grafic

    rezistenţă @ tensiune şi poate fi determinat Vcoeficientul de variaţie a rezistenţei cu

    temperaturaV.

    Această metodă poate fi folosită la aplicaţii gen1 testarea dispozitivelor cu două

    terminale de rezistenţă mare, măsurarea rezistenţei izolatorului şi determinarea rezistivităţii de

    volum şi de suprafaţă a materialelor izolatoare.

    Metoda tensiunii constante necesită utilizarea ampermetrului din electrometru, astfel

    încât toate sursele de erori şi tenicile de evitare a lor descrise în capitolul UMăsurări de

    curenţi slabiV se aplică acestei metode. !ele mai frecvente surse de eroare la măsurarea

    rezistenţelor mari sunt interferenţele electrostatice şi curenţilor de scăpări. *nterferenţele

    electrostatice pot fi minimizate prin ecranarea componentelor circuitului de înaltă impedanţă.

    *nterferenţele datorate curenţilor de scăpări pot fi controlate prin metodele explicate pe larg în

    !apitolul ".D.-.

     Te%nici de comensare a curenţilor de sc!!ri 

    !u toate că metoda tensiunii constante este potrivită pentru măsurarea rezistenţelor 

    foarte mari şi este suficient de rapidă, trebuie totuşi luate unele precauţii pentru reducerea

    curenţilor de scăpări prezenţi în sistem. În caz contrar, orice curent de scăpări este adăugat

    curentului testat, reducând precizia măsurătorii.

    D"

    *M

    '

    B*

    C?

    ig. "."# Metoda tensiunii constante pentru măsurarea rezistenţelor mari

    *0!2)*

  • 8/19/2019 Masurari La Impedanta Ridicata

    33/65

    Tehnici de minimizare a erorilor inregistrate la masurari cu impedanta mare si mica

    !onsiderăm circuitul de test din igura ".";a. În acest caz, rezistenţa de test este

    îndepărtată din sistem şi orice curent de scăpări care trece prin ) 0!2)* este măsurat de aparat

    ca fiind *0!2)*. În acest moment, caracteristica aparatului de reducere a curentului este de

    anulare a curentului de scăpări.7acă se conectează dispozitivul de test pentru măsurare &igura ".";b( rezistenţa poate

    apoi fi determinata pe baza curentului măsurat în prezent şi a scăpărilor reduse determinate

    anterior1

    S#A'ARI  M 

    S S   I  I 

    V  R

    −=

    xemplu1 2resupunem ca '0 3 -4', *M 3 --pA şi *0!2)* 3 -pA. ară a fi redusă,

    rezistenţa măsurata este1

     DD

    *M

    '0) 0!2)*

    B*

    C?

    ig. ".";&a( 7etreminarea curenţilor de scăpări

     0ursă detensiune

    *M

    '0 ) 0!2)*

    B*

    C?

    ig.".";&b( Metoda anulării curentului de scăpări

    *) *0!2)*

     0ursă detensiune

    ) 0

    *) 

     ără măsuri de reducere1    

      

     

    +==

    S#(#('(  R

     R

     R

     M 

    S  M 

     I  I 

     I 

     I 

     I 

    V  R

    !u măsuri de reducere 1 R

    S#(#('(  M 

    S  M   I 

    V  I  I V  R   =−=

  • 8/19/2019 Masurari La Impedanta Ridicata

    34/65

    Tehnici de minimizare a erorilor inregistrate la masurari cu impedanta mare si mica

      Ω==   G pA

    V  RS    949

    --

    -4

    !u reducere, rezistenţa măsurată este1

      Ω=−

    =   T  pA pA

    V  RS    -

    ---

    -4

    Astfel, vedem ca reducerea elimină o eroare de aproximativ 9< în acest exemplu.

    2.$.2 Metoda curentului constant

    xecutarea de măsuratori pentru rezistenţe foarte mari folosind metoda curentului

    constant, poate fi realizată prin folosirea fie a unui voltmetru şi a unei surse de curent, fie

    numai prin folosirea unui ommetru. olosind voltmetrul cu sursa de curent separata, permiteutilizatorului sa facă măsurători pe patru fire şi sa controleze cantitatea de curent prin mostră.

    ?mmetrul face o măsuratoare a rezistenţei pe două fire la un curent specific de test care

    depinde de spectrul măsurătorii.

    Folosirea #oltmetrului şi a unei surse e&terne de curent 

    !onfiguraţia de bază pentru metoda curentului constant este arătată în igura "."K.

    !urentul din sursa constantă de curent &*( circulă prin rezistenţa necunoscută &)( iar căderea

    de tensiune este măsurată de voltmetrul &'(. olosind aceasta metodă, pot fi măsurate

    rezistenţe de pană la aproximativ -4-: O. !iar dacă procedura de baza pare simplă, trebuie,

    totuşi, luate anumite măsuri de precauţie.

     D:

    0ursă decurent

    'oltmetru

    ig."."K Metoda curentului constant utilizând o sursa de curent si un voltmetru

    ') 

  • 8/19/2019 Masurari La Impedanta Ridicata

    35/65

    Tehnici de minimizare a erorilor inregistrate la masurari cu impedanta mare si mica

    *mpedanţa la intrare a voltmetrului trebuie sa fie de cel puţin -44 ori mai mare decât

    rezistenţa necunoscută pentru a putea evita erorile de încărcare. În mod normal, impedanţa la

    intrare a voltmetrului este de aproximativ -4-: O. 7e asemenea rezistenţa de ieşire a sursei de

    curent trebuie sa fie mult mai mare decât rezistenţa necunoscută, pentru ca măsuratorile să fie

    liniare. 7in moment ce tensiunea la bornele eşantionului depinde de rezistenţa eşantionului,

    este dificil de ţinut seama şi de coeficientul de tensiune, atunci când se foloseşte metoda

    curentului constant. 7acă trebuie avut, totuşi, în vedere coeficientul de tensiune, este mai bine

    să se folosească metoda tensiunii constante.

    !ând folosim voltmetrul pentru a face măsuratori de rezistenţe mari, toate sursele de

    eroare şi tenicile de evitare ale acestora descrise în capitolul -, se aplică acestor măsurători.

    $n voltmetru şi o sursă separata de curent sunt folosite la determinarea rezistivităţilor 

    mari folosind măsurarea la patru puncte sau metoda Uvan der 2au]V. Aceste metode de

    determinare a rezistivităţii sunt folosite pe materiale semiconductoare.

      Folosirea '%mmetrului 

    !ând este utilizat un ommetru, precizia măsurătorilor poate fi afectată de o serie de

    factori. În cele ce urmează, se vor prezenta cele mai importante aspecte în cazul efectuării

    măsuratorilor precise asupra rezistenţelor mari.

      Con"iguraţia de *ază

    În igura "."9 este prezentat un ommetru care măsoară o rezistenţă.

     D8

    C?

    B*

    ') 

    ?mmetru

  • 8/19/2019 Masurari La Impedanta Ridicata

    36/65

    Tehnici de minimizare a erorilor inregistrate la masurari cu impedanta mare si mica

    ?mmetrul foloseşte o sursă internă de curent şi un voltmetru pentru a efectua

    măsurători. !alculează şi afişează în mod automat valoarea rezistenţei măsurate. 0e observă

    ca aceasta este o metodă de măsurare a rezistenţei în două fire, în comparaţie cu metoda care

    foloseşte voltmetrul şi sursa externă de curent, care poate face o măsurare în patru fire.

    Aceasta se datorează faptului că sursa de curent este conectată intern la voltmetru şi nu poate

    fi utilizată separat.

    ,ncărcarea dispoziti-ului

      igura ".D4 demonstrează efectele încărcării aparatului la măsurătorile rezistenţelor 

    mari. În acest caz, un ommetru format dintr%o sursă de curent de referinta &* ) ( este conectat

    în paralel cu un voltmetru de rezistenţă infintă la intrare &'M( având o rezistenţa de intrare ) *.

    ?mmetrul este conectat la rezistenţa testată &) 0( iar rezistenţa indicată &) M( este1

       

      

     +

    == I S 

     I 

     R

     M 

     M 

     R R

     R R

     I 

    V  R

    xemplu1 2resupunem ca ) * 3 -/6 şi că ) 0 3 ->6 1

    Ω=

       

      

     +

    =

    G R

     R

     M 

     M 

    999.4

    -4-4

    -4-4

    -"9

    -"9

    Astfel, dacă un electrometru cu rezistenţa de intrare de -/6 este folosit pentru

    măsurarea unei rezistenţe de ->6, eroarea de încărcare este de numai 4.-6 folosind un multimetru digital cu o rezistenţa la intrare de ->6, ar avea o

    eroare de 84

  • 8/19/2019 Masurari La Impedanta Ridicata

    37/65

    Tehnici de minimizare a erorilor inregistrate la masurari cu impedanta mare si mica

    Mărimea încărcării pentru orice caz specific poate fi calculată folosind formulele

     prezentate mai sus.

    ardarea

    !a şi în cazul măsurătorilor de tensiune la impedanţă mare şi a măsurărilor de curent,

    gardarea conexiunilor de test pentru rezistenţe mari poate reduce semnificativ efectele

    rezistenţei de scurgere şi poate creşte precizia măsurătorilor.

    0e consideră o scemă negardată de măsurare a rezistenţei, arătate în figura -.D-a.

    Aici, un ommetru forţează un curent &*) ( printr%o rezistenţa necunoscută &) 0( şi apoi măsoară

    tensiunea &'M( pe dispozitivul supus testării. 7acă se presupune infinită rezistenţa de intrare a

    aparatului de măsură, rezistenţa măsurată este atunci calculată dupa legea lui ?m1

     R

     M  M   I 

    V  R   =

    7in moment ce rezistenţa scurgerii prin cablu &) C( este în paralel cu ) 0, rezistenţa

    efectivă măsurată &) M( este redusă, după cum se arată în circuitul paralel ecivalent din

    figura -.D-b. )ezistenţa măsurată devine1

       

     

     

     

    +=

     S 

     

    S  M 

     R R

     R R R

    fectele de încărcare a rezistenţei cablului &si ale altor rezistenţe de scurgere(, poate fi

    eliminată prin ecranarea cablului cu un amplificator cu câştig pe unitate, după este prezentat

    în igura -.D-c. 7in moment ce tensiunea din ) C este zero, tot curentul de test &*) ( trece acum

     prin ) 0, astfel valoarea rezistenţei sursei poate fi determinata exact. !urentul de scurgere &* >(

     prin calea de scurgere la împământare &) >( poate fi considerabil, dar acel curent este asigurat

    de ieşirea la impedanţa mică a amplificatorului x- decât de sursa de curent &*) (.

    &impul de sta*ilizare

     D;

    C?

    ig.".D4 fectele rezistenţei de încărcare asupra preciziei măsurarii

    ?mmetru de tip electrometru0e măsoară ) 0 

    0e indică    

     

    +==   I S 

     M  M   R R

     R R

     I 

    V  R

  • 8/19/2019 Masurari La Impedanta Ridicata

    38/65

    Tehnici de minimizare a erorilor inregistrate la masurari cu impedanta mare si mica

    /impul de stabilizare a circuitului este important în special în cazul măsurătorilor 

    rezistenţelor mari. 7upă cum se arăta în figura ".D", capacitatea şuntata &!I$+/( trebuie

    încărcată la tensiunea de test de catre curentul &*0(. 2erioada de timp necesară pentru

    încărcarea condensatorului este determinată de constanta de timp )! &o constantă de timp

    L3) 0!I$+/(, şi rezultă curba exponenţială din figura ".DD. Astfel, devine necesară aşteptarea a

    : sau 8 constante de timp pentru a face citire exacta. !ând se măsoară valorile rezistenţelor 

    mari, timpul de stabilizare poate aGunge şi de ordinul minutelor, depinzănd de capacitatea

    şuntuluit. 0pre exemplu, dacă !I$+/ este de numai -4p, o rezistenţa de test de -/6 va avea

    ca rezultat o constantă de timp de -4 secunde. Astfel, un timp de stabilizare de 84 secunde

    este necesar pentru ca citirea sa se stabilizeze la ^-< din valoarea finala.

     DK

    )ezistenţamăsurată

    ig. ".D-&a( fectele rezistenţei cablului la măsurarea rezistenţelor mari

    ?mmetru0e masoară ) 0

    0e indică R

     M  M   I 

    V  R   =

     

    'M) 0

    ) C

    B*

     C?

    ) M *) 

       

      

     +

    = S 

     S  M   R R

     R R R

    ) 0 ) C ) M

    ig.".D-&b( !ircuit ecivalent pentru figura -.D-&a( arată efectelede încărcare sau rezistenţa cablului de scăpări ) C

    ) 0

    )ezistenţamăsurată

    B*

  • 8/19/2019 Masurari La Impedanta Ridicata

    39/65

    Tehnici de minimizare a erorilor inregistrate la masurari cu impedanta mare si mica

     D9

    ig.".D-&c( >ardarea ecranului cablului pentru a elimina rezistenţa de scăpări

    >ardă

    ) C

     C?) >*>

    ) M'

    M

     ?mmetru 0e măsoară) 0 

    0e indică R

     M  M   I 

    V  R   =

     

    x-  *) 

    'M

    ?mmetru  

    *0

    ig.".D" /impul de stabilire determinat de constanta )!

    ) 0

    )ezistenţamăsurată

    !I$+/

    L 3) 0!I$+/

     "4

     4  -.4

     2rocent din valoarea finală

     /imp

     D4

     :4

     84

     #4

     ;4

     K4

     94

     -44

     -4

    4

     ".4  D.4  :.4  8.4 ) 0 !I$+/

     #D

  • 8/19/2019 Masurari La Impedanta Ridicata

    40/65

    Tehnici de minimizare a erorilor inregistrate la masurari cu impedanta mare si mica

    2entru a minimiza timpul de stabilizare în cazul măsurărilor rezistenţelor mari,

    menţinem capacitanţa din sistem la un minim absolut prin scurtarea cablurilor conectoare. 7e

    asemenea, gardarea poate fi folosita pentru a descreste substantial timpii de stabilizare.

    2.$.3 Caracteristicele rezistorilor de -alori mari

    7atorită rezistenţelor lor mari, aceste componente sunt dispozitive foarte neobisnuiteE

    în consecinţă, există un număr de elemente de considerat atunci când se măsoară aceste

    dispozitive1 coeficienţii de tensiune şi de temperatură, efectele şocurilor mecanice şi

    contaminarea.

    7ouă tipuri de rezistori sunt foarte des folosite1 cu pelicula de carbon şi cu oxizi

    metalici. 7esi există şi alte tipuri, acestea doua sunt cele mai folositoare. !omparaţi cu

    rezistorii convenţionali, cei cu pelicula de carbon sunt zgomotoşi, instabili, au coeficienti mari

    de temperatură, afişeaza coeficienti mari de tensiune şi sunt foarte fragili. 7ezvoltările recente

    în domeniul rezistorilor cu oxizi metalici au avut ca rezultat rezistori cu coeficienţi de

    tensiune mult mai mici, precum şi stabilităţi îmbunătăţite ale temperaturii şi timpului.

    7ispozitivele moderne prezintă coeficienţi de tensiune sub 8 ppm@' şi nici un offset

    semnificativ dupa 8 ani de testare. !oeficienţii de temperatură sunt de ordinul a 4.4-

  • 8/19/2019 Masurari La Impedanta Ridicata

    41/65

    Tehnici de minimizare a erorilor inregistrate la masurari cu impedanta mare si mica

    0arcina este integrala de timp a curentului şi de obicei nu este măsurată în mod

    continuu. Ar fi de dorit să se măsoare sarcina pe o cantitate de particule, pe o suprafată sau pe

    o componentă cum ar fi un condensator. În timp ce electrometrul poate face astfel de

    măsuratori, este supus unor anumite surse de erori şi limitari, care sunt discutate în

     paragrafele urmatoare. Î+ 0eciunea ".; se discută utilizarea unui coulombmetru pentru a

    măsura un curent foarte mic.

    2.%.1 /ursele de eroare

    Măsuratorile sarcinii cu un electrometrul sunt supuse unui număr de surse de erori,

    inclusiv curentul offset de intrare, tensiunea de încărcare, curenţii generaţi şi impedanţa mică

    a sursei.

    Curentul de offset de intrare

    În cazul unui electrometru, curentul de offset de intrare este foarte mic. În orice caz, la

    nivele mici de sarcină, ciar şi acest curent mic poate genera erori semnificante.

     2e perioade lungi de timp instrumentul va integra curentul de offset, care va fi văzut

    ca un offset pe termen lung în măsurarea sarcinii. !urentul tipic de offset este de :fA, care va

    cauza o scimbare de :f!@sec la măsurarea sarcinii.

    7acă curentul de offset este cunoscut cu exactitate, este posibilă compensarea acestei

    erori prin simpla scăderea a curentului de sarcina datorat curentului de offset din citirea

     propriu%zisă.

    Tensiunea de (nc!rcare

    /ensiunea de încărcare a unui coulombmetru cu reacţie este, în general, destul de

    mica &^ -44N'(, exact ca şi în cazul unui picoampermetru cu reacţie. ?ricum, dacă curentul

    de vărf instantaneu este =-4NA, tensiunea de încărcare poate depăşi pe moment aceast nivel.

    Într%o situatie de supra%încărcare, tensiunea de încărcare poate aGunge la mulţi volţi, depinzând

    de valoarea de intrare.

    7acă tensiunea sursei circuitului descis este de cel puţin -4m', coulombmetrulobişnuit va integra corect curentul de scurt%circuit. 7acă tensiunea circuitului descis este

     :-

  • 8/19/2019 Masurari La Impedanta Ridicata

    42/65

    Tehnici de minimizare a erorilor inregistrate la masurari cu impedanta mare si mica

    mult mai mică, tensiunea de încărcare poate deveni o problema şi zgomotul de stadiu de

    intrare va fi amplificat atât de mult încât va preîntâmpina măsurătorile corecte.

    Curenţii generaţi 

    !urenţii generaţi de la cablul de intrare sau curenţii induşi datoraţi ecranării

    insuficiente, pot cauza erori în măsurătorile de sarcina, în special la nivele de sarcină _-44p!.

     Imedanţa sursei 

    'aloarea impedanţei sursei poate afecta nivelul de zgomot al coulombmetrului cu

    reacţie. igura ".D: arată un circuit generalizat de reacţie conectat la o impedanţă a sursei. Ca

    coulombmetru, impedanţa cu reacţie este un condensator. 7in aceasta diagrama câstigul de

    zgomot al coulombmetrului poate fi calculat din urmatoarea ecuaţie1

    Hgomotul la ieşire 3 Hgomotul la intrare      

      

     +×

     F 

     % 

     % -

    unde1 H0 3 impedanţa sursei

      H 3 impedanţa de reacţie a coulombetrului

    În general, pe măsura ce H devine mai mare, câstigul de zgomot devine şi el mai mare.

    2.%.2 0eri"icarea la zero

     :"

    H

    H0

    %

    ig.".D: !ircuit de reacţie general

  • 8/19/2019 Masurari La Impedanta Ridicata

    43/65

    Tehnici de minimizare a erorilor inregistrate la masurari cu impedanta mare si mica

    0pre deosebire de o măsurătorile de tensiune, măsurările de sarcina sunt distructive.

    !u alte cuvinte, procesul de măsurare îndepărtează sarcina stocată în dispozitivul testat.

    !ând se măsoară sarcina la un dispozitiv cum ar fi un condensator, este important să se

    facă mai intai verificarea la zero a electrometrului, apoi sa se conecteze condensatorul la

    intrarea cu impedanţă înaltă. Altfel, parte din sarcină se va pierde în impedanţa verificării la

    zero şi nu va fi măsurată de coulombmetru.

    Acţionarea comutatorului de verificare la zero va produce o scimbare bruscă în

    citirea sarcinii, cunoscută sub numele de Uopul zeroV. 2entru a elimina efectele opului zero

    se face o citire imediat ce s%a descis punctul de verificare la zero, apoi se scade această

    valoare din toate citirile ulterioare. ? modalitate simplă de a face acest lucru este să se

    activeze )C%ul sau funcţia )7$!) după ce verificarea la zero a fost descisă, ceea ce

    anuleaza citirea sarcinii cauzata de op.

    2.' Prezentarea electrometrului

    2ână acum au fost discutate consideraţii specifice asupra măsurătorilor de tensiune,

    curentului, rezistenţei şi sarcinii. $rmatoarele paragrafe studiază o varietate de consideraţii

    despre măsurători care se aplică tuturor tipurilor de măsurători cu electrometrul.

    2.'.1 Coneiunile de măsurare

    2entru evitarea erorilor de măsurare, este de importanta critica realizarea calitativă a

    conexiunilor potrivite între electrometru sau picoampermetru şi dispozitivul supus testării.

    Pentru a "ace o coneiune corectă tre*uie conectat terminalul de rezistenţa mare al

    aparatului de măsură la punctul de rezistenţă maimă a circuitului testat. 

    igura ".D8 arată un electrometru conectat la o sursa de curent care constă într%o sursă detensiune în serie cu un rezistor. 0ursa de tensiune alimentată în curent alternativ are de obicei

    un nivel semnificativ &adesea de mai multi volti( de tensiune de mod comun a frecvenţei

    liniare. 7upă cum arată figura ".D#, aceasta va determina un curent &i( sa circule spre

    condensatorul legat la masa al electrometrului &*M(. Acest circuit este conectat corect, astfel

    încât acest curent nu circula prin electrometru si, asadar, nu determină nici o eroare de

    măsurare. ?ricum, când B*%ul electrometrului este conectat la o sursa de alimentare cu

    impedanţă mică, acest curent alternativ &i( circulă prin electrometru &*M( aşa cum este ilustrat

     :D

  • 8/19/2019 Masurari La Impedanta Ridicata

    44/65

    Tehnici de minimizare a erorilor inregistrate la masurari cu impedanta mare si mica

    în figura ".D;. Acest curent poate afecta acurateţea măsurătorii, în special la nivelele de

    semnal mic.

     ::

    0ursă decurent

    ig.".D8 !onectarea bornei B* a ampermetrului la o rezistenţă mare

     *M

    B*

     C?

    0ursă decurent

    ig. ".D# Cegatură corectă

     *M

    B*

     C?

    i

    0ursă decurent

    B*

     C?

     *M

    i

  • 8/19/2019 Masurari La Impedanta Ridicata

    45/65

    Tehnici de minimizare a erorilor inregistrate la masurari cu impedanta mare si mica

    2.'.2 Inter"erenţele electrostatice şi ecranarea

     !uplarea electrostatică sau interferenţa apare atunci când un obiect încărcat este adus

    în apropierea unui obiect fără sarcină. Ca nivele de impedanţă mică, efectele interferenţei nu

    sunt sesizabile deoarece încărcătura se disipează rapid. În orice caz, materialele de rezistenţa

    mare nu permit sarcinii sa scadă rapid, ceea ce poate duce la măsurători instabile. !itirile

    eronate pot fi datorate câmpurilor electrostatice fie de curent alternativ, fie de curent continuu,

    astfel ecranarea electrostatica va aGuta la minimizarea efectelor acestor câmpuri.

    !âmpurile de curent continuu pot produce citiri eronate din cauza zgomotului sau erori

    nedetectate. Aceste câmpuri pot fi detectate atunci când mişcarea persoanei care manevrează

    instrumentul sau a altor persoane din imediata apropiere determina fluctuaţii pe afişaGul

    electrometrului. 2entru a face o scurta verificare asupra existenţei interferenţelor, se

    amplasează o bucată de material plastic încărcat electrostatic, cum ar fi un pieptene, în

    apropierea circuitului. ? scimbare de amploare pe afişaGul aparatului, indică o ecranare

    insuficientă.

    !âmpurile de curent alternativ pot fi la fel de problematice. Acestea sunt cauzate cel

    mai des de liniile electrice şi de câmpurile ). 7acă tensiunea curentului alternativ la intrare

    este mare, o parte din acest semnal este corectat, producând o eroare în semnalul de curent

    continuu care este măsurat. Acest fapt poate fi verificat prin observarea ieşirii analoage a

    electrometrului, cu un osciloscop. ? forma de undă clipped indică necesitatea îmbunătăţirii

    ecranării electrostatice.

    igura ".DK arata un exemplu de cuplare electrostatică la curent alternativ. ? sursa detensiune electrostatica aflată în apropierea unui conductor, asa cum este un cablu pe o placa de

    computer, generează un curent proporţional cu viteza scimbării tensiunii şi a capacitanţei de

    cuplare. Acest curent poate fi calculat cu urmatoarea formulă1

    dt 

    d# V 

    dt 

    dV # i   +=

    7e exemplu, doi conductori, fiecare având suprafaţa de -cm` şi aflaţi la o distanţă de

    -cm unul de altul, vor avea o capacitanţă de aproximativ 4,-p. !u o diferenta de tensiune de

     :8

    ig. ".D; Cegatură incorectă

  • 8/19/2019 Masurari La Impedanta Ridicata

    46/65

    Tehnici de minimizare a erorilor inregistrate la masurari cu impedanta mare si mica

    -44' şi cu o vibraţie cauzatoare de scimbări în capacitanţă de 4,4-p@secundă &o fluctuaţie

    de -4

  • 8/19/2019 Masurari La Impedanta Ridicata

    47/65

    Tehnici de minimizare a erorilor inregistrate la masurari cu impedanta mare si mica

    înconGurarea acelor conductori cu un scut din metal cu împământare, aşa cum se prezintă în

    igura ".:4. 7upă fixarea acestui scut, zgomotul generat de sursa de tensiune electrostatică şi

    capacitanţa de cuplare, sunt conduse prin ecran la pământ, în loc să treacă prin conductorii de

    semnal.

    În concluzie, curenţii de eroare datoraţi cuplării electrostatice pot fi minimizaţi prin

    urmatoarele acţiuni1

    • Menţinerea unei distanţe suficient de mari între orice obiect încărcat

    electrostatic &inclusiv oamenii( şi zonele sensibile din circuitE

    • vitarea mişcării şi a vibraţiilor în apropierea zonei de testareE

    • Atunci când se măsoară curenţti ^-nA, se ecranează dispozitivul testat

     prin impreGmuirea lui cu un cadru metalic şi conectarea electrică a

    acestui ecran la terminalul comun al circuitului de test.

     Argumente (n fa#oarea ecran!rii sau gard!rii 

    cranarea implică de obicei folosirea unei impreGmuiri metalice, pentru a impiedice

    afectarea unui circuit cu impedanţa mare de către interferenţele electrostatice. >ardarea

    implică utilizarea unui conductor de impedanţă mică, menţinut la acelaşi potenţial ca şi în

    cazul circuitului cu impedanţă mare, care va intercepta orice tensiune sau curent care poate

    interfera. ? gardare nu asigură neaparat şi ecranarea.

    2.'.3 )actori de mediu

     :;

    ig. ".:4 cranarea electrostatică

    '

    !apacitatea sursei ecranate

    !apacitatea cabluluide ecranare

    0ursă de tensiune electrostatică

    Cinie de semnal

      Masă

    crancran

  • 8/19/2019 Masurari La Impedanta Ridicata

    48/65

    Tehnici de minimizare a erorilor inregistrate la masurari cu impedanta mare si mica

    $n mediu stabil este esenţial în cadrul măsurătorilor Goase corecte. În cele ce urmează,

    sunt prezentaţi factorii de mediu care pot afecta precizia acestor măsurători.

    Temeratura si stabilitatea acesteia

      /emperaturile neconstantă poate afecta măsurătorile electrometrului în mai multe

    moduri, incusiv prin cauzarea variaţiei dimensiunilor izolatorilor şi producerea curenţilor de

    zgomot. 7easemeni, o creştere a temperaturii poate cauza o creştere a curentului de polarizare

    a intrării electrometrului. !a o regulă generală, scăpările prin poarta tranzistorilor \/ se

    dublează ca şi cantitate pentru fiecare -4X! în plus, dar cele mai moderne electrometre au

    compensare de temperatură pentru a minimiza efectele variaţiilor de curent de intrare intr%o

    gamă largă de temperaturi.

    2entru a minimiza erorile datorate variaţiilor de temperatură, intregul sistem trebuie

    operat intr%un mediu stabil din punct de vedere al temperaturii. *nstrumentele sensibile trebuie

    ţinute la distanţă de căldură iar sistemul trebuie lăsat sa atingă stabilitate termica înainte de a

    se face măsurători. În momentul în care sistemul a aGuns în punctul de stabilitate termică,

    instrumentul trebuie resetat la zero. Acest procedeu trebuie repetat ori de câte ori temperatura

    ambientală se modifică. 2entru a asigura precizie maximă, instrumentul trebuie resetat la zero

    în aceeaşi gamă ca si cea în care se vor face măsuratorile.

    )miditatea

    $miditatea excesivă poate reduce izolarea pe plăcile de computer şi în rezistenţa

    izolatorilor de conexiune. ? reducere a rezistenţei izolării poate afecta, desigur, măsurările de

    înaltă impedanţă. În plus, umezeala poate să se combine cu orice agent contaminant prezent şisă creeze efecte electrocimice care pot produce curenţi de offset.

    2entru a minimiza aceste efecte nedorite, umezeala trebuie menţinută la un mimim &în

    mod ideal, sub 84

  • 8/19/2019 Masurari La Impedanta Ridicata

    49/65

    Tehnici de minimizare a erorilor inregistrate la masurari cu impedanta mare si mica

    !âteva componente cum ar fi Goncţiunile semiconductoare sau condensatorii M?0 de

     pe placuţele semiconductoare sunt detectori de lumină excelenţi. În consecinţă, aceste