در دنیای اندازه گیری الکتریکی، معمولا تمرکز بر روی ابزارهای پیشرفته و تکنیک های پیچیده است. با این حال، یک جزء حیاتی که اغلب نادیده گرفته میشود، نقشی اساسی در دقت و قابلیت اطمینان این اندازه گیری ها دارد: کابل ساده.
این مقاله به تأثیر کم ارزش داده شده کابل ها و حفاظ ها بر قابلیت ردیابی اندازه گیری الکتریکی، به ویژه در کاربردهای جریان مستقیم (DC) و جریان متناوب فرکانس پایین (AC) میپردازد. درک این عوامل برای هر کسی که در کارهای دقیق الکتریکی، چه در یک آزمایشگاه کالیبراسیون و چه در یک محیط تحقیقاتی، اهمیت دارد.
چرا کابلها مهم هستند
کابلها فقط به عنوان مسیرهای غیرفعال برای سیگنال های الکتریکی عمل نمیکنند. آنها شرکتکنندگان فعال در فرایند اندازهگیری هستند و مجموعهای از چالشهای خاص خود را معرفی میکنند که میتواند به طور قابلتوجهی بر عدم قطعیت کلی و قابلیت ردیابی یک اندازهگیری تأثیر بگذارد.
در واقع، کابل ها به اندازه سایر ابزارهای اندازه گیری بخشی از تنظیمات هستند. خطاهایی که کابل ها ایجاد میکنند ممکن است نادیده گرفته شوند، اما اگر این خطاها در بودجه کلی عدم قطعیت در نظر گرفته نشوند، زنجیره ردیابی ممکن است شکسته شود.
طبق منابع، یک مشکل مهم این است که تجهیزات آزمایشی مدرن برای چندمنظوره بودن طراحی شدهاند. با این حال، روش های کالیبراسیون آنها همیشه کابل های مورد نیاز برای دستیابی به سطوح دقت ادعا شده توسط سازنده را مشخص نمیکنند. بنابراین، معمولا به عهده فردی است که کالیبراسیون را انجام میدهد تا کابل های مناسب را انتخاب کند و آنها را طوری متصل کند که خطاها به حداقل برسند.
عوامل کلیدی موثر بر دقت اندازه گیری الکتریکی
چندین عامل مرتبط با کابل ها و اتصالات میتوانند دقت اندازه گیری (اندازه گیری الکتریکی) را به خطر بیندازند. این عوامل را میتوان به دستههای زیر تقسیم کرد:
مقاومت تماس: هر زمانی که دو هادی به هم متصل میشوند، مانند اتصال یک سیم آزمایشی به یک پایانه ابزار، مقاومت تماس ایجاد میشود. این مقاومت ناخواسته میتواند از چند میلیاهم تا یک اهم متغیر باشد. کابلهای رایج با سوکتهای موزی میتوانند تا چند دهم اهم در مسیر سیگنال مطلوب اضافه کنند. برای به حداقل رساندن این خطا، منابع توصیه میکنند از روش اندازهگیری ۴-ترمینالی برای اندازهگیریهای زیر ۱۰ کیلواهم استفاده شود.
ولتاژهای حرارتی: اثر زیبک (ترموکوپل) میتواند ولتاژهای حرارتی در نقاط اتصال تولید کند، به ویژه زمانی که فلزات مختلف استفاده میشوند و اتصالات در دماهای متفاوتی هستند. این مسئله در اندازهگیریهای جریان مستقیم با ولتاژ پایین و دقت بالا و اندازهگیریهای مقاومت پایین اهمیت ویژهای دارد. برای به حداقل رساندن EMFهای حرارتی، باید از موادی استفاده شود که در هر درجه تغییر دما کمترین EMF را تولید کنند و اطمینان حاصل شود که همه نقاط اتصال بالا/پایین از همان نوع بیمتال ساخته شده باشند.
مقاومت کابل: کابلها بهطور ذاتی مقاومت را به صورت سری به اندازهگیری وارد میکنند. در اندازهگیریهای مقاومت پایین، منابع توصیه میکنند که مقاومت وارد شده باید کم و ثابت باشد. استفاده از اتصالات مقاومتی کم حرارتی با کابلهای مسی عایقدار یا کابلهای سنگین با اتصالات کاملاً محکمشده میتواند کمککننده باشد.
برای آزمایشهای دقیق، استفاده از سیمهای مسی عایقدار با اندازه ۱۸ تا ۲۲ ممکن است مناسب باشد. برای اندازهگیریهای مکرر، استفاده از کابلهای رشتهای سنگین با اتصالات خوب (که دارای روکش طلا هستند) بهتر است. با این حال، اتصالهای سنگین ممکن است به افزایش مقاومت تماس منجر شوند، اگر در محکم بستن چندین اتصال بر روی همان ترمینال مشکل ایجاد کنند، و رشتههای شکسته در داخل عایق میتواند باعث تغییرات در مقاومت کابل شود.
تداخل الکترومغناطیسی خارجی (EMI): اندازهگیریهای سطح پایین بهراحتی تحت تأثیر نویز الکتریکی، چه طبیعی و چه مصنوعی (مانند تابش خورشیدی، ژنراتورها، یا مانیتورهای رایانهای)، قرار میگیرند. کابلهای زوج تابیده نشده (UTP) و مدارهای رادیویی بهخصوص نسبت به EMI حساس هستند. برای به حداقل رساندن این خطر، توصیه میشود که قرار گرفتن کابلهای سیستم در معرض منابع RF فرکانس بالا را به حداقل برسانید و از یک فیلتر پایینگذر یا چوک مد مشترک استفاده کنید. هر گونه خطای EMI وقتی با افستهای حرارتی و مقاومتها ترکیب میشود، دقت اندازهگیری را به خطر میاندازد.
نویز الکتریکی خارجی: مشابه EMI، نویز الکتریکی خارجی نیز میتواند خطا ایجاد کند.
مقاومت نشت: مقاومت عایق بین سیمهای یک کابل بینهایت نیست. مقاومت پایین عایق میتواند بهطور قابلتوجهی بر نتایج اندازهگیری تأثیر بگذارد. عجیب نیست که کابلهای جدید مقاومتهای عایقی بسیار کمتر از حد انتظار داشته باشند، حتی در حد چند صد کیلواهم، و این میتواند منجر به خطاهای اندازهگیری شدید شود. بنابراین، یک برنامه تعمیر و نگهداری کابل که شامل بازرسی اولیه باشد ضروری است.
ظرفیت کابل: در اندازهگیریهای AC، ظرفیت کابل بار موازی را به منبع AC وارد میکند. منبع باید جریان را هم به واحد تحت آزمون و هم به باری که توسط کابل ایجاد شده است، تأمین کند. توصیه میشود در پیکربندیهای AC از کابلهایی با ظرفیت کم استفاده شود و بهطور کلی کابلهایی با ظرفیت کمتر عملکرد بالاتری خواهند داشت.
نقش حفاظ و گارد
منابع تأکید میکنند که استفاده صحیح از تکنیکهای حفاظ و گارد برای به حداقل رساندن خطاهای اندازهگیری ناشی از نویزهای خارجی و حلقههای زمین ضروری است.
حفاظ: اکثر ابزارهای مدرن و دقیق دارای حفاظ فاراده هستند که مدارهای آنالوگ خود را محافظت میکند. سمت پایین مدار ورودی/خروجی اغلب به این حفاظ متصل است. کابلهای نادرست متصل شده (حفاظ و زمین) میتوانند مزایای حفاظ فاراده ابزار را از بین ببرند و باعث شوند که ولتاژ نامطلوبی در سمت پایین کابل ظاهر شود.
حلقههای زمین: تفاوتهای پتانسیل بین هر شاسی و زمین خط تغذیه در یک تنظیمات را ولتاژ مد مشترک مینامند. وقتی بین دو ولتاژ مد مشترک تفاوتی وجود داشته باشد، جریان میتواند در سیم اتصال پایین جاری شود، که به این جریان “جریان حلقه زمین” میگویند. این یک منبع دیگر خطا است.
گارد: برای کنترل مشکلات ناشی از ولتاژهای مد عادی و مد مشترک، مهم است که یک مدار گارد فراهم شود که جریانهای خطا را از سیمهای اتصال سیگنال بین ابزارهای اندازهگیری منحرف کند. حفاظ داخلی یک ابزار اغلب به عنوان گارد شناخته میشود. این پایانه اغلب به عنوان گارد (GUARD) یا GRD نامیده میشود. منابع اشاره میکنند که GRD به معنای زمین (GND) نیست و این یکی از ترمینالهای کمترین فهمیدهشده در یک ابزار است.
بهترین روش ها برای کابل و حفاظ
طبق منابع، پیروی از برخی دستورالعملهای کلی میتواند به اطمینان از این کمک کند که اندازهگیریها با کمترین عدم قطعیت ممکن انجام شوند:
- هرگز از حفاظ به عنوان یک سیم حامل سیگنال استفاده نکنید. سیم حفاظ باید فقط به عنوان حفاظ استفاده شود. اگر جریان در سیم حفاظ جاری شود، ممکن است یک ولتاژ نویزی از طریق القای مغناطیسی به سیم مرکزی القا شود.
- در برخی تنظیمات، فقط یکی از دو اتصال حفاظ استفاده خواهد شد و دیگری بدون اتصال باقی میماند.
- هرگز حفاظ را در هر دو انتها به زمین متصل نکنید. این کار میتواند یک حلقه زمین ایجاد کند که از طریق القای مغناطیسی نویز به سیم مرکزی القا شود. اتصال حفاظ در هر دو انتها اجازه میدهد تا اندازهگیریهای گارد شده انجام شود.
- اتصال حفاظ سیم به زمین را در منبع سیگنال هر زمان که ممکن است انجام دهید.
- هنگام استفاده از یک ابزار با ترمینال گارد یا GRD:
- همیشه ترمینال گارد را به یک ترمینال پایین ابزار در جایی متصل کنید. این برای یک مولتیمتر دیجیتال (DMM) ضروری است، زیرا عدم انجام این کار میتواند به ابزار آسیب برساند. این موضوع بهویژه زمانی مهم است که متر بین تغییرات قطبیت مثبت و منفی DC جابجا میشود. در این حالت، بهتر است منبع به صفر برگردانده شده و سپس قطبیت دیگر اعمال شود.
- هرگز ترمینال گارد را باز نگذارید.
- پتانسیل گارد باید همیشه در یا نزدیک به پتانسیل پایین خروجی منبع یا ورودی پایین ابزار اندازهگیری باشد.
- گارد را به سمت پایین مدار در نقطهای که پایین به زمین متصل است، متصل کنید.
- گارد را فقط در یک نقطه و تنها در یک نقطه به زمین متصل کنید.
منابع مثالهایی از چگونگی ایجاد اتصالات هنگام استفاده از ابزارهای اندازهگیری گارددار و بدون گارد ارائه میدهند، همانطور که در شکلهای ۶ و ۷ نشان داده شده است.
اهمیت دانش متروژیکی
این سند روشن میکند که یک سیم یا کابل آزمایشی ساده بهطور کلی به عنوان یک ابزار الکتریکی در هنگام ادغام در یک تنظیمات کالیبراسیون شناخته نمیشود. اما در واقعیت، کابلها به همان اندازه سایر ابزارهای اندازهگیری بخشی از تنظیمات هستند. آنها میتوانند تأثیر جدی بر نتایج اندازهگیری داشته باشند.
انتخاب کابلها و نحوه اتصال آنها دلخواه نیست. این کار نیاز به دانش متروژیکی دقیق دارد که از طریق آموزش و تجربه عملی به دست میآید. انتخاب یک کابل نادرست میتواند قابلیت ردیابی یک اندازهگیری را به دلیل وارد شدن مقادیر نامطلوب به خطر بیندازد. این مقادیر ممکن است ناشی از EMFهای حرارتی، مقاومت تماس، مقاومت کابل، EMI، یا ترکیبی از این عوامل باشند.
نگهداری کابلها در شرایط عالی برای کالیبراسیون دقیق و قابل اعتماد بسیار مهم است. عدم آموزش و توجه به دستورالعملهای ارائه شده احتمالاً منجر به اندازهگیریهایی با خطاهای ناشناخته خواهد شد که عدم قطعیت سیستم را افزایش داده و زنجیره ردیابی را میشکند.
با توجه به جزئیات کابلکشی و تکنیکهای اتصال، متخصصان میتوانند دقت و قابلیت اطمینان اندازهگیریهای الکتریکی خود را بهطور قابل توجهی بهبود بخشند و از یکپارچگی نتایج خود اطمینان حاصل کنند و زنجیره ردیابی مورد نیاز را حفظ کنند.
خدمات کالیبراسیون شرکت سنجشگران میزان ابزار ضمن بهرهمندی از تجهیزات مرجع با قابلیت ردیابی به استانداردهای بینالمللی و اندازه شناسی دقیق، بر اساس گستره عملکردی، گواهینامه تایید صلاحیت و استانداردهای ملی و بینالمللی خدمات خود را توسط کارشناسانی مجرب ارائه میدهد. ما را در لینکدین ذنبال کنید.