Khi nào phải bù nhiệt độ để đo điện trở thấp chính xác?

Khi đo điện trở thấp cùng một cuộn dây hoặc thanh dẫn nhưng kết quả đo buổi sáng là 100 µΩ, đến chiều lại tăng lên 103 µΩ. Sự thay đổi này chưa chắc cho thấy sản phẩm bị lỗi. Nguyên nhân có thể chỉ là nhiệt độ vật đo đã tăng.

Khi đo điện trở thấp ở mức milliohm, microohm hoặc nanohm, một vài độ C chênh lệch cũng có thể tạo ra thay đổi lớn hơn độ phân giải của thiết bị. Nếu không bù nhiệt độ, dây chuyền có thể đánh giá nhầm sản phẩm đạt thành không đạt hoặc ngược lại.

Tuy nhiên, không phải phép đo nào cũng bắt buộc sử dụng chức năng này. Việc có cần bù nhiệt độ hay không phụ thuộc vào vật liệu, độ chính xác yêu cầu, điều kiện đo và mục đích sử dụng kết quả.

Vì sao điện trở thay đổi theo nhiệt độ?

Điện trở suất của phần lớn kim loại thay đổi khi nhiệt độ thay đổi. Đối với đồng, nhôm và nhiều vật liệu dẫn điện khác, nhiệt độ tăng thường khiến điện trở tăng.

Mối quan hệ gần đúng có thể biểu diễn bằng công thức:

Rt = Rt0 × [1 + α × (t − t0)]

Trong đó:

• Rt: Điện trở tại nhiệt độ đo t.
• Rt0: Điện trở tại nhiệt độ tham chiếu t0.
• α: Hệ số nhiệt của vật liệu.
• t: Nhiệt độ thực tế của vật đo.
• t0: Nhiệt độ tham chiếu, chẳng hạn 20°C hoặc 23°C.

Theo tài liệu Hioki, hệ số nhiệt thường dùng cho dây đồng ủ là khoảng 0,00393/°C, tương đương điện trở thay đổi khoảng 0,393% khi nhiệt độ thay đổi 1°C.

Ví dụ, một thanh đồng có điện trở 100 µΩ tại 20°C. Nếu nhiệt độ tăng lên 25°C, giá trị lý thuyết có thể trở thành:

100 × [1 + 0,00393 × 5] = 101,965 µΩ

Chênh lệch gần 2 µΩ này lớn hơn rất nhiều so với độ phân giải 1 nΩ của các máy đo điện trở cao cấp. Nếu ngưỡng PASS/FAIL được đặt chặt, sản phẩm có thể bị phân loại sai chỉ vì nhiệt độ.

Bù nhiệt độ khi đo điện trở thấp là gì?

Bù nhiệt độ, hay Temperature Correction – TC, là quá trình chuyển giá trị điện trở đo được tại nhiệt độ thực tế về giá trị tương đương tại một nhiệt độ tham chiếu.

Máy đo đồng thời ghi nhận:

• Điện trở của vật đo.
• Nhiệt độ của vật đo hoặc khu vực đại diện.
• Hệ số nhiệt của vật liệu.
• Nhiệt độ tham chiếu đã cài đặt.

Sau đó, thiết bị tự động tính toán và hiển thị giá trị điện trở đã hiệu chỉnh. Nhờ vậy, các kết quả đo ở những thời điểm hoặc điều kiện nhiệt độ khác nhau vẫn có thể được so sánh trên cùng một cơ sở.

Ví dụ, cả hai sản phẩm được quy đổi về 20°C dù một sản phẩm được đo ở 22°C và sản phẩm còn lại được đo ở 28°C.

Khi nào bắt buộc phải bù nhiệt độ?

Đo cuộn dây đồng của motor và máy biến áp

Điện trở cuộn dây phụ thuộc rõ rệt vào nhiệt độ. Cuộn dây vừa được quấn, vừa trải qua thử nghiệm điện hoặc vừa vận hành có thể nóng hơn nhiệt độ phòng.

Nếu so sánh trực tiếp kết quả chưa hiệu chỉnh, kỹ thuật viên có thể nhầm sự tăng điện trở do nhiệt độ với sai lệch về:

• Đường kính dây.
• Chiều dài dây quấn.
• Số vòng dây.
• Chất lượng mối nối.
• Vật liệu dây dẫn.

Khi kiểm tra hàng loạt motor hoặc máy biến áp, kết quả nên được chuyển về cùng nhiệt độ tham chiếu. Bài viết cách đo điện trở cuộn dây motor, biến áp bằng RM3544 trình bày chi tiết hơn về quy trình đo bốn đầu cực và thiết lập ngưỡng.

Kiểm tra dây dẫn, busbar và thanh đồng

Dây dẫn và busbar thường được sản xuất theo tiêu chuẩn điện trở trên đơn vị chiều dài hoặc theo một giá trị tại nhiệt độ quy định. Nếu nhiệt độ đo khác nhiệt độ tham chiếu, kết quả cần được hiệu chỉnh trước khi so sánh.

Bù nhiệt độ đặc biệt quan trọng khi:

• Kiểm tra độ đồng đều giữa các lô vật liệu.
• Xác định điện trở trên đơn vị chiều dài.
• So sánh kết quả giữa nhiều ca sản xuất.
• Đo tại nhà máy có nhiệt độ môi trường thay đổi.
• Thiết lập giới hạn dung sai nhỏ.

Đo điện trở mối hàn ngay sau gia công

Hàn laser, hàn điện trở hoặc hàn siêu âm có thể làm nhiệt độ mối nối tăng nhanh. Nếu đo ngay sau hàn, kết quả điện trở thường cao hơn so với khi mối hàn đã nguội.

Chờ sản phẩm trở về nhiệt độ phòng giúp giảm ảnh hưởng này nhưng kéo dài takt time của dây chuyền. Ngoài ra, thời gian nguội của từng sản phẩm có thể không giống nhau.

Hioki phát triển chức năng A-TC trên RM3546 nhằm hỗ trợ đánh giá điện trở mối hàn trong điều kiện nhiệt độ thay đổi nhanh sau gia công. Theo hãng, A-TC có thể giảm thời gian chờ trước khi đo và hỗ trợ đánh giá mối hàn trong vài giây sau quá trình hàn.

Có thể xem thêm bài RM3546 kiểm tra điện trở mối hàn pin như thế nào? để hiểu rõ ứng dụng trên busbar, điện cực và battery module.

Dây chuyền có ngưỡng PASS/FAIL chặt

Nếu dung sai cho phép chỉ khoảng 1% đến 3% nhưng nhiệt độ thay đổi 5°C, riêng ảnh hưởng nhiệt lên dây đồng đã có thể gần 2%.

Trong trường hợp này, không bù nhiệt độ có thể khiến sai số do môi trường lớn ngang hoặc lớn hơn toàn bộ dung sai của sản phẩm. Kết quả comparator sẽ không còn phản ánh chính xác chất lượng chế tạo.

Cần so sánh dữ liệu giữa nhiều thời điểm

Dữ liệu đo tháng này khó so sánh với dữ liệu tháng trước nếu nhiệt độ vật đo khác nhau. Bù nhiệt giúp chuẩn hóa dữ liệu để phục vụ:

• • Phân tích xu hướng.
  • So sánh nhiều dây chuyền.
  • Truy xuất chất lượng.
  • Đánh giá thay đổi vật liệu.
  • Theo dõi độ ổn định của quy trình.

Khi nào có thể không cần bù nhiệt độ?

Bù nhiệt độ có thể chưa cần thiết nếu đồng thời đáp ứng các điều kiện sau:

• Nhiệt độ phòng được kiểm soát ổn định.
• Vật đo đã có đủ thời gian cân bằng nhiệt.
• Tất cả mẫu được đo trong điều kiện giống nhau.
• Ngưỡng PASS/FAIL rộng hơn nhiều so với ảnh hưởng của nhiệt độ.
• Mục tiêu chỉ là kiểm tra thông mạch hoặc phát hiện sai lệch lớn.
• Không cần so sánh dữ liệu giữa nhiều thời điểm và địa điểm.

Ví dụ, nếu một mối nối tốt thường có điện trở 50 µΩ nhưng lỗi hở tiếp xúc làm giá trị tăng lên hàng trăm microohm, ảnh hưởng nhiệt độ vài phần trăm có thể không làm thay đổi kết luận.

Ngược lại, nếu cần phân biệt 50 µΩ và 51 µΩ, bù nhiệt độ trở thành yếu tố quan trọng. Bù nhiệt độ không giống bù điện áp lệch

Đây là hai chức năng thường bị nhầm lẫn khi đo điện trở thấp.

Bù nhiệt độ không thể loại bỏ điện áp nhiệt điện sinh ra tại các điểm tiếp xúc giữa hai kim loại khác nhau. Tương tự, OVC không thể quy đổi điện trở của vật đo về nhiệt độ tham chiếu.

Với phép đo microohm hoặc nanohm, hệ thống có thể cần sử dụng đồng thời nhiều biện pháp thay vì chỉ bật một chức năng bù.

Cách bù nhiệt độ đúng khi đo điện trở thấp

1. Xác định nhiệt độ tham chiếu

Nhiệt độ tham chiếu phải phù hợp với tiêu chuẩn sản phẩm hoặc quy định của dây chuyền. Các giá trị thường gặp là 20°C, 23°C hoặc 25°C.

Không nên thay đổi nhiệt độ tham chiếu giữa các lô nếu vẫn muốn so sánh dữ liệu.

2. Cài đúng hệ số nhiệt của vật liệu

Không nên mặc định mọi đối tượng đều sử dụng hệ số của đồng. Nhôm, hợp kim đồng, thép và vật liệu mối hàn có hệ số khác nhau.

Đặc biệt với mối hàn giữa hai vật liệu khác nhau, một hệ số nhiệt đơn giản có thể chưa mô tả đầy đủ toàn bộ điểm nối. Khi đó, doanh nghiệp nên xác lập hệ số hoặc thuật toán hiệu chỉnh bằng dữ liệu thực nghiệm.

3. Đặt cảm biến đúng vị trí

Cảm biến cần đo được nhiệt độ đại diện cho phần điện trở đang kiểm tra. Nếu cảm biến đặt quá xa hoặc tiếp xúc với bề mặt có nhiệt độ khác mối đo, giá trị hiệu chỉnh có thể làm kết quả sai hơn.

Đối với cuộn dây, cần bảo đảm cảm biến phản ánh nhiệt độ thực của cuộn. Với mối hàn vừa gia công, tốc độ đáp ứng và vị trí cảm biến càng quan trọng.

4. Đo điện trở bằng phương pháp bốn đầu cực

Bù nhiệt độ không thay thế phương pháp Kelvin bốn đầu cực. Khi đo điện trở thấp, vẫn cần tách đường cấp dòng và đường đo điện áp để hạn chế ảnh hưởng của dây dẫn và tiếp xúc.

5. Lưu cả dữ liệu gốc và dữ liệu hiệu chỉnh

Hệ thống nên lưu tối thiểu:

• Điện trở đo ban đầu.
• Nhiệt độ vật đo.
• Nhiệt độ tham chiếu.
• Hệ số nhiệt.
• Điện trở sau hiệu chỉnh.
• Kết quả PASS/FAIL.

Việc lưu đầy đủ giúp truy xuất nguyên nhân khi kết quả bất thường và kiểm tra lại cấu hình bù nhiệt.

Chọn thiết bị nào để bù nhiệt độ?

Với cuộn dây, relay, connector và linh kiện điện tử, Hioki RM3545A hỗ trợ đo điện trở chính xác cao, đo nhiệt độ và chuyển kết quả về nhiệt độ tham chiếu.

Đối với nhu cầu cơ bản hơn trên dây chuyền motor, biến áp hoặc cuộn dây, Hioki RM3544 cũng hỗ trợ đo đồng thời nhiệt độ và điện trở.

Với mối hàn busbar trong module pin hoặc pack pin EV, Hioki RM3546 phù hợp hơn nhờ độ phân giải 1 nΩ, A-OVC và A-TC dành cho môi trường nhiệt độ thay đổi nhanh.

Người dùng có thể tham khảo thêm danh mục đồng hồ đo điện trở giá trị nhỏ để lựa chọn model theo dải đo, độ phân giải và khả năng tích hợp dây chuyền.

Kết luận

Bù nhiệt độ không bắt buộc trong mọi phép đo điện trở thấp, nhưng rất cần khi vật đo có hệ số nhiệt lớn, nhiệt độ thay đổi hoặc dung sai đánh giá nhỏ.

Nếu chỉ kiểm tra thông mạch hay phát hiện sai lệch lớn trong môi trường ổn định, có thể chưa cần bù nhiệt. Nhưng khi đo cuộn dây, busbar, dây dẫn hoặc mối hàn ở mức microohm và nanohm, bỏ qua nhiệt độ có thể làm mất ý nghĩa của độ chính xác cao mà thiết bị cung cấp.

Muốn kết quả đáng tin cậy, doanh nghiệp cần kết hợp đúng phương pháp bốn đầu cực, bù điện áp lệch, cảm biến nhiệt phù hợp và hệ số nhiệt chính xác cho từng vật liệu.

HIOKI VIỆT NAM – Phân phối bởi: CÔNG TY TNHH KỸ THUẬT WETECH VIỆT
Hotline: Mr Lâm – 0901.940.968