Mnoho aplikácií, najmä prenosných zariadení, pracuje s veľmi nízkou spotrebou energie a je preto závislé od výdrže batérie. Pri navrhovaní a testovaní takýchto zariadení potrebujete prístroj, ktorý dokáže merať veľmi malé prúdy, pravdepodobne v rozsahu mikroampérov a rozlíšení pikoampérov. Tiež treba pamätať na to, aby merací prístroj samotný nezvyšoval úroveň šumu v meraní.

Pri meraní veľmi nízkych prúdov, najmä v rozsahu mikroampérov, si musíte uvedomiť štyri hlavné skutočnosti, ktoré markantne ovplyvňujú presnosť merania:

• Zaťažovacie napätie - ide o zmenu potenciálu vytvoreného pri prúdení prúdu cez bočníkový odpor digitálneho multimetra.
• Šum - Pri meraní malého prúdu ovplyvňuje presnosť nežiaduci vonkajší alebo vnútorný šum meracieho obvodu.
• Dynamický rozsah - Zaistenie správneho nastavenia rozsahu pre optimálnu presnosť pri meraní dynamického prúdu je vždy výzvou.
• Odpor meracieho vodiča - pridaná rezistivita meracej sondy či vodiča významne ovplyvňuje výsledky meraní.

Existuje mnoho typov prístrojov na meranie prúdu, vrátane osciloskopov s prúdovými sondami, zdrojových  meracích jednotiek, analyzátorov jednosmerného prúdu a jednoúčelových analyzátorov priebehov prúdu. Ale tu však nastáva problémom, ktorým je rozpočet alebo flexibilita a vám tak neostáva nič iné ako spoľahnúť sa a vykonanať mnoho z týchto meraní použiím svojho digitálneho multimetra.

Tipy na riešenie hlavných problémov ovplyvňujúcich presnosť merania prúdu

Tieto tipy sa zameriavajú na tri problémy pri použití DMM na presné meranie malého prúdu.

Zaťažovacie napätie

Meranie prúdu v obvode vyžaduje, aby boli vodiče meracieho prístroja v sérii s meraným obvodom. V ideálnom prípade by sa digitálny multimeter javil pre obvod ako mŕtvy skrat. Realita je však taká, že vždy existuje malý, ale potenciálne značný odpor prúdového bočníka, spínačov, poistiek či meracích vodičov. Zaťažovacie napätie je pokles napätia, ku ktorému dôjde na digitálnom multimetri v dôsledku tejto dodatočnej impedancie. Pri meraní nízkoúrovňových prúdov na vysoko citlivých komponentoch si musíte byť vedomí účinkami záťažového napätia.

Obrázok nižšie zobrazuje digitálny multimeter umiestnený sériovo v spätnej ceste obvodu. Pridaním malého napätia nad nízku úroveň napájacieho zdroja môže byť nízka úroveň vášho zariadenia nad vašou návrhovou toleranciou.

Prúdový rezistor - bočník, umiestnený v sérii na zápornej vetve meraného obvodu.

Zvážte presunutie digitálneho multimetra do série na pozitívnu stranu vášho napájacieho zdroja. Ak môžete zvýšiť napätie tak, aby vyhovovalo záťažovému napätiu, môžete do zariadenia dodať správne napätie a zmerať prúd.

Šum

Pri meraní nízkych prúdov sú vaše merania náchylnejšie na šum v meranom obvode. Niektoré značky digitálnych multimetrv môžu do meraného obvodu injektovať svoj vlastný šum čo znašne skreslí nameranú výslednú hodnotu prúdu.

Na vaše merania môžu mať vplyv tieto typy externých zdrojov šumu:

• Šum magnetického poľa - Tento šum môže pochádzať z bežných silnoprúdových elektrických spotrebičov, ako sú elektrické motory, generátory, televízory či počítačové monitory. Vyvarujte sa meraniu alebo tieneniu obvodov a káblov digitálneho multimetra pred týmito zdrojmi magnetického poľa.
• Šum uzemňovacej slučky - uzemňovacia slučka sa vytvára pri meraní malých signálov v obvodoch, kde sú multimetr aj testované zariadenie (Záťaž) odkázané na spoločné uzemnenie. To môže byť dosť významné na to, aby to spôsobilo chyby merania. Jedným zo spôsobov, ako sa vyhnúť tomuto problému, je izolovať merací obvod od uzemnenia. Ak sa nemôžete vyhnúť vykonaniu merania izolovaného od uzemnenia, umiestnite digitálny multimeter a záťaž čo najbližšie k zemi uzemnenia celého obvodu, aby ste minimalizovali zemiace slučky.
• Termoelektrický šum - Tento typ šumu sa vyskytuje, keď sú obvodové spoje spájané s odlišnými kovmi a sú vystavené vyšším teplotným výkyvom. Tepelný šum je výraznejší pri vysokých teplotných výkyvoch. Osvedčeným postupom je použiť podobné zapojené obvody z medi na meď.

Nie všetky prevedenia meracích prístrojov bohužiaľ zabraňujú injektovaniu svojho vlastného šumu. Obrázok nižšie ukazuje, že injektovaný prúd závisí od konfigurácie a frekvencie elektrického vedenia. Zvyškové kapacity v obvodoch multimetra môžu spôsobiť pretekanie malých prúdov zo svorky LO na zem.

Dynamický rozsah

Obrázok nižšie zobrazuje typický prúdový profil prenosnej ručnej rádiostanice. Ako vidíte, celkové jej napájanie je zložité kvôli širokej škále režimov spánku, pohotovostného režimu a aktívnych režimov. Dynamický rozsah prúdu je široký, pretože prevádzkové prúdy odoberajú približne 30 až 40 mA, zatiaľ čo pohotovostné prúdy sú iba 1 až 10 μA.

Priebeh odberu prúdu na ručnej rádiostanici.

Ak chcete pomocou digitálneho multimetra získať presné hodnoty pre obidva rozsahy, musíte vykonať viacnásobné čítanie s rôznymi rozsahmi. Jednou z metód na zachytenie aktuálneho profilu je viacnásobné pripojenie záťaže tak, aby sa oddelene zachytil režim spánku a pohotovostný režim a potom prúdy prevádzkového režimu.

Pri prvom snímaní nastavte digitálny multimeter na rozsah 100 mA a 0,001 PLC (20 μs na vzorku). Toto nastavenie zachytáva kompletný prúdový signál vrátane hodnôt aktívneho režimu od 30 do 40 mA, ale poskytuje menšie rozlíšenie pri meraniach nízkeho prúdu. Po zaznamenaní nameraných hodnôt môžete údaje uložiť do pamäte a prípadne ich analyzovať v počítači.

Ďalej môžete nastaviť digitálny multimeter na nižší prúdový rozash, pretože teraz budete merať pohotovostné a spánkové prúdy. Týmto spôsobom môžete zachytiť prúdy veľmi nízkej úrovne od približne 2 do 10 μA. Čokoľvek, čo nameriate viac ako 120 percent rozsahu, bude mať za následok stav preťaženia.

Odpor meracieho vodiča

Predstavte si zapojenie ideálneho obvodu pre merania prúdov o veľmi nízkej hodnote. Pokiaľ sa nepoužijú žiadne prepájacie vodiče a meracie body budú priame, tak výsledné merania budú presné. To sa ovšem zmení, pokiaľ použijete v meranom reťazci prepájacie vodiče a ich príslušenstvo - káblové oká, krokosvorky, externé meracie sondy. Pri ich použití muíme mať na pamätí, že sa pri meraní aplikuje istá úroveň termoelektrického šumu v spojení s reálnym odporom meracieho vodiča. Preto dbajte na to najmä pri výbere kvalitného meracieho príslušenstva - prepojovacích vodičov, káblových ôk, krokosvoriek a iného. Rovnako majte na pamäti, že prechodové odpory týchto prvkov sa na konci sčítavajú, čo značne skresľuje výsledný údaj merania.

Zopár doporučení pre úspešné merania nízkoúrovňových prúdov?

• Pri výbere multimetra sa vždy poobzerajte po prístroji, ktorý zvládne merať veľmi nízke hodnoty prúdu v rozsahu 1 µA  a s rozlíšením pA, čo vám umožní vykonávať merania na zariadeniach s veľmi nízkym výkonom.
• Kvalitné meracie sondy a prepojovacie vodiče, respektíve všetky prvky káblového reťazca v tomto prípade nie sú žiadnym prepychom, ale nevyhnutnosťou, nakoľko kábel, ktorý je použitý v meracom reťazci a má zvýšený odpor dokáže významne ovplyvniť výsledok merania.
• Pamätajte, že v skutočnom svete signály nikdy nie sú nikdy ploché. Majú určitú úroveň striedavého signálu ktorý je ovplyvňvaný šumom elektrického vedenia, alebo iného okolitého šumu, či injektovaného prúdu z meracieho prístroja. To, ako dobre váš merací prístroj zvláda tieto cudzie faktory a eliminuje ich zo skutočného merania, má veľký podiel na výslednej presnosti merania.

Pokiaľ sa vám článok páčil - nezabudnite ho ohodnotiť hviezdičkami - Ďakujeme.