電流測量中引起誤差電流的原因解析
發布時間:2011-08-18
中心議題:
- 偏執電流產生的原因
- 摩擦電效應對電流測量的影響
- 壓電效應和儲存電荷效應對電流測量的影響
- 汙染和濕度、介電吸收對電流測量的影響
測試係統中任何額外產生的電流都會加到被測電流中去而引起誤差。這種電流可以在內部產生,如儀器的輸入偏置電流;也可以從外部而來,如來自絕緣子和電纜。以下將討論各種電流產生原因。
1. 偏置電流
偏置電流可以在儀器內部產生(輸入偏置電流),也可以由外部電路產生(外部偏置電流)。
① 輸入偏置電流
當(dang)輸(shu)入(ru)端(duan)開(kai)路(lu)時(shi),理(li)想(xiang)安(an)培(pei)計(ji)的(de)讀(du)數(shu)應(ying)當(dang)為(wei)零(ling)。然(ran)而(er),實(shi)際(ji)的(de)安(an)培(pei)計(ji)在(zai)輸(shu)入(ru)端(duan)開(kai)路(lu)時(shi)的(de)確(que)有(you)一(yi)些(xie)小(xiao)的(de)電(dian)流(liu)。這(zhe)種(zhong)電(dian)流(liu)稱(cheng)為(wei)輸(shu)入(ru)偏(pian)置(zhi)電(dian)流(liu),是(shi)由(you)有(you)源(yuan)器(qi)件(jian)的(de)偏(pian)置(zhi)電(dian)流(liu)以(yi)及(ji)流(liu)過(guo)儀(yi)器(qi)內(nei)部(bu)的(de)絕(jue)緣(yuan)子(zi)的(de)泄(xie)漏(lou)電(dian)流(liu)所(suo)引(yin)起(qi)的(de)。皮(pi)安(an)計(ji)、靜電計和SMU中產生的偏置電流在儀器的技術指標中給出。輸入偏置電流疊加到被測電流上,所以儀表測量的是兩個電流之和: IM = IS + IOFFSET
輸入偏置電流可以通過蓋上(capping)輸入連接器並選擇最低的電流量程來決定。用大約5分鍾的時間使儀器達到穩定,然後讀取讀數。該讀數應當在儀器的技術指標之內。
從測量結果中減去輸入偏置電流的另一種方法是使用安培計的相對(REL或ZERO)功能。在開路的情況下使讀數達到穩定,然後打開REL功能。建立REL值以後,以後的讀數就都是實際輸入值和該REL值之差。
②外部偏置電流
外wai部bu偏pian置zhi電dian流liu可ke以yi由you與yu安an培pei計ji相xiang連lian的de絕jue緣yuan體ti上shang的de離li子zi沾zhan汙wu產chan生sheng。這zhe種zhong偏pian置zhi電dian流liu也ye可ke以yi由you摩mo擦ca電dian效xiao應ying和he壓ya電dian效xiao應ying等deng原yuan因yin在zai外wai部bu產chan生sheng。外wai部bu偏pian置zhi電dian流liu也ye加jia到dao源yuan電dian流liu上shang,儀yi表biao顯xian示shi的de也ye是shi這zhe二er者zhe之zhi和he。
外部偏置電流可以用儀器的電流抑製功能(如果有此功能的話)來消除,也可以用一個比較穩定、安靜的外部電流源來消除。采用這種方法時,儀表測量的電流為: IM = IS + IOFFSET - ISUPPRESS
如果IOFFSET和ISUPPRESS大小相等、極性相反,則: IM = IS
采用外部電流源的好處是IOFFSET可以等於甚至大於儀器滿量程之值,隻要IOFFSET - ISUPPRESS 比較小即可。
2.摩擦電效應
摩擦電電流是由導體和絕緣體之間摩擦產生的電荷生成的。這時,摩擦引起自由電子脫離導體,產生電荷不平衡,從而產生電流。
“低噪聲”電dian纜lan能neng大da大da降jiang低di這zhe種zhong效xiao應ying。這zhe種zhong電dian纜lan通tong常chang使shi用yong聚ju乙yi烯xi的de內nei層ceng絕jue緣yuan層ceng,並bing在zai外wai層ceng屏ping蔽bi的de下xia麵mian塗tu敷fu以yi石shi墨mo。石shi墨mo可ke以yi起qi潤run滑hua作zuo用yong,並bing形xing成cheng導dao電dian的de等deng電dian位wei圓yuan柱zhu體ti,以yi使shi電dian荷he平ping衡heng並bing盡jin量liang降jiang低di由you電dian纜lan運yun動dong的de摩mo擦ca效xiao應ying所suo產chan生sheng的de電dian荷he。然ran而er,在zai受shou到dao振zhen動dong或huo伸shen縮suo作zuo用yong時shi,即ji使shi是shi低di噪zao聲sheng電dian纜lan也ye會hui產chan生sheng一yi些xie噪zao聲sheng。所suo以yi,所suo有you的de連lian接jie都dou要yao盡jin量liang地di短duan,避bi免mian溫wen度du變bian化hua的de影ying響xiang(溫度變化會產生熱膨脹力),並且最好將電纜固定在不振動的表麵,如牆壁、桌麵或其它牢固的結構上。
有多種方法可以解決運動和振動的問題:
- 消除與振動源的機械耦合。馬達、泵和其它的電機設備都是常見的振動源。
- 使測試夾具穩定。牢靠地固定或綁紮電子元件、導線和電纜。屏蔽應當牢靠、完善。
摩(mo)擦(ca)電(dian)效(xiao)應(ying)也(ye)可(ke)能(neng)在(zai)其(qi)它(ta)絕(jue)緣(yuan)體(ti)和(he)導(dao)體(ti)互(hu)相(xiang)接(jie)觸(chu)摩(mo)擦(ca)時(shi)發(fa)生(sheng)。所(suo)以(yi)在(zai)構(gou)建(jian)測(ce)試(shi)夾(jia)具(ju)和(he)進(jin)行(xing)弱(ruo)電(dian)流(liu)及(ji)高(gao)阻(zu)抗(kang)連(lian)接(jie)時(shi),盡(jin)量(liang)減(jian)少(shao)絕(jue)緣(yuan)體(ti)之(zhi)間(jian)及(ji)導(dao)體(ti)之(zhi)間(jian)的(de)接(jie)觸(chu)也(ye)是(shi)很(hen)重(zhong)要(yao)的(de)。
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3.壓電效應和儲存電荷效應
mouxiejingticailiaoyongzuojueyuanduanzihelianjiejianshi,ruoxiangqishijiajixieyingli,jiuhuichanshengyadiandianliu。zaimouxiesuliaozhong,dianhedechucunshigaicailiaodexingzhileisiyuyadiancailiao。yadianjueyuantideduanzishiyutu1。

為了盡量減小這種效應產生的電流,重要之點在於消除絕緣子上的機械應力並使用壓電效應和儲存電荷效應最小的絕緣材料。
這種效應和金屬板與端子之間的電容變化無關。由於電荷的運動產生了電流。
在實際工作中,區分儲存電荷效應(在絕緣體中)和壓電效應可能是相當困難的。無論對哪種現象,選擇很好的絕緣材料,並使連接結構盡可能地牢固都是很重要的。
4.汙染和濕度
當(dang)離(li)子(zi)化(hua)學(xue)物(wu)質(zhi)在(zai)電(dian)路(lu)板(ban)上(shang)的(de)兩(liang)個(ge)導(dao)體(ti)之(zhi)間(jian)生(sheng)成(cheng)弱(ruo)的(de)化(hua)學(xue)電(dian)池(chi)時(shi),電(dian)化(hua)學(xue)效(xiao)應(ying)就(jiu)會(hui)產(chan)生(sheng)誤(wu)差(cha)電(dian)流(liu)。例(li)如(ru),常(chang)用(yong)的(de)環(huan)氧(yang)樹(shu)脂(zhi)印(yin)製(zhi)電(dian)路(lu)板(ban),如(ru)果(guo)沒(mei)有(you)徹(che)底(di)地(di)清(qing)洗(xi)掉(diao)腐(fu)蝕(shi)加(jia)工(gong)用(yong)的(de)溶(rong)液(ye)、焊劑或其它的汙染物,就能在兩個導體之間產生幾個納安的電流(見圖2)

高濕度和離子汙染能夠大大降低絕緣電阻。在發生結露或水吸收的情況時,就會出現高濕度,而離子汙染則可能由人體的油脂、鹽分和焊劑等產生。
zhexiewurandezhuyaojieguoshijiangdijueyuandianzu。zaigaoshiduheliziwurandeshuangzhongzuoyongxia,hainengxingchengdaodiantonglu,shenzhikeyixingchengjuyougaochuanliandianzudehuaxuedianchi。zhezhongqingkuangxiaxingchengdedianchinenggouzaihenchangdeshiqineishuchupianhuonaanjidedianliu。
為避免汙染和濕度的影響,應當選擇抗吸水的絕緣材料,並將濕度保持在適當的水平。而且,還要確保所有的絕緣體清潔、不受汙染。
如ru果guo絕jue緣yuan體ti受shou到dao汙wu染ran,可ke使shi用yong清qing潔jie的de溶rong劑ji,如ru甲jia醇chun來lai清qing洗xi所suo有you的de互hu連lian電dian路lu。重zhong要yao之zhi點dian是shi在zai汙wu染ran物wu溶rong解jie到dao溶rong劑ji中zhong以yi後hou,將jiang其qi完wan全quan衝chong淨jing,使shi之zhi不bu再zai沉chen積ji下xia來lai。清qing洗xi時shi隻zhi能neng使shi用yong純chun淨jing的de溶rong劑ji;低等級的溶劑可能含有汙染物,清洗後會留下電化學薄膜。
5.介電吸收
在絕緣體上施加電壓時,由於各種極性分子以不同的速率運動,使得絕緣體內部的正、負(fu)電(dian)荷(he)發(fa)生(sheng)極(ji)化(hua),這(zhe)時(shi)絕(jue)緣(yuan)體(ti)內(nei)就(jiu)會(hui)發(fa)生(sheng)介(jie)電(dian)吸(xi)收(shou)現(xian)象(xiang)。當(dang)撤(che)去(qu)電(dian)壓(ya)時(shi),這(zhe)些(xie)分(fen)離(li)的(de)電(dian)荷(he)在(zai)重(zhong)新(xin)組(zu)合(he)時(shi)會(hui)在(zai)與(yu)絕(jue)緣(yuan)體(ti)相(xiang)連(lian)的(de)電(dian)路(lu)中(zhong)產(chan)生(sheng)衰(shuai)減(jian)的(de)電(dian)流(liu)。
為(wei)了(le)盡(jin)量(liang)減(jian)小(xiao)介(jie)電(dian)吸(xi)收(shou)對(dui)電(dian)流(liu)測(ce)量(liang)的(de)影(ying)響(xiang),避(bi)免(mian)向(xiang)進(jin)行(xing)靈(ling)敏(min)電(dian)流(liu)測(ce)量(liang)時(shi)所(suo)使(shi)用(yong)的(de)絕(jue)緣(yuan)體(ti)施(shi)加(jia)大(da)於(yu)幾(ji)伏(fu)的(de)電(dian)壓(ya)。在(zai)實(shi)際(ji)工(gong)作(zuo)無(wu)法(fa)避(bi)免(mian)這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)時(shi),可(ke)能(neng)需(xu)要(yao)經(jing)過(guo)幾(ji)分(fen)鍾(zhong)、有時甚至幾個小時,介電吸收引起的電流才會消散。
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