Đo điện trở nhiều kênh: Cẩn thận điện trở đường dẫn

Khi đo điện trở nhiều kênh, giá trị hiển thị không chỉ phụ thuộc vào đối tượng đo. Dây dẫn, đầu dò, connector và tiếp điểm relay đều tạo ra điện trở trên đường đi của dòng đo.

Nếu điện trở đường dẫn quá lớn, máy có thể mất nhiều thời gian để ổn định, kết quả giữa các kênh không đồng đều hoặc xuất hiện lỗi dù sản phẩm vẫn đạt yêu cầu. Vấn đề này thường rõ hơn khi hệ thống sử dụng dây dài, nhiều tầng relay hoặc đầu dò đã hoạt động trong thời gian dài.

Vì vậy, điện trở đường dẫn là một thông số cần được xem xét ngay từ khi thiết kế hệ thống đo nhiều kênh, không chỉ sau khi dây chuyền xuất hiện sai lệch.

Điện trở đường dẫn là gì?

Điện trở đường dẫn, còn gọi là path resistance hoặc route resistance, là tổng điện trở của những thành phần nằm trên đường cấp dòng đo nhưng không phải đối tượng cần kiểm tra.

Các thành phần có thể tạo ra điện trở đường dẫn gồm:

• Dây đo từ thiết bị đến jig.
• Đầu dò và cáp nối dài.
• Connector trung gian.
• Tiếp điểm relay trong multiplexer.
• Điểm tiếp xúc giữa đầu dò và sản phẩm.
• Mạch in và terminal bên trong hệ thống.
• Mối nối hoặc đầu cos trên đường dây.

Trong hệ thống nhiều kênh, dòng đo có thể phải đi qua nhiều connector và relay trước khi đến đối tượng. Mỗi thành phần chỉ tạo ra một điện trở nhỏ, nhưng khi cộng lại, tổng điện trở đường dẫn có thể trở nên đáng kể.

Điện trở này cũng không cố định. Tiếp điểm relay có thể tăng điện trở do mài mòn, oxy hóa hoặc đóng cắt nhiều lần. Đầu dò có thể bẩn, giảm lực ép hoặc bị biến dạng sau một thời gian vận hành.

Đo hai dây bị ảnh hưởng như thế nào?

Trong phép đo hai dây, cùng một cặp dây vừa cấp dòng vừa đo điện áp. Vì vậy, điện áp mà máy ghi nhận bao gồm sụt áp trên:

• Đối tượng cần đo.
• Dây đo.
• Tiếp điểm relay.
• Đầu dò.
• Các điểm kết nối khác.

Có thể biểu diễn gần đúng:

R hiển thị = R đối tượng + R dây đo + R tiếp điểm + R relay

Ví dụ, cần đo một mối nối có điện trở 100 mΩ nhưng tổng điện trở dây và tiếp điểm là 50 mΩ. Máy có thể hiển thị khoảng 150 mΩ nếu không có biện pháp hiệu chỉnh phù hợp.

Chức năng Zero hoặc REL có thể loại trừ một phần điện trở cố định của dây đo. Tuy nhiên, cách này khó xử lý điện trở tiếp xúc thay đổi theo từng lần kẹp hoặc điện trở relay tăng dần trong quá trình sử dụng.

Vì vậy, phương pháp hai dây phù hợp hơn với điện trở tương đối lớn. Khi đo milliohm hoặc microohm, nên ưu tiên phương pháp bốn đầu cực.

Đo bốn dây có loại bỏ hoàn toàn ảnh hưởng không?

Phương pháp bốn đầu cực, hay Kelvin, sử dụng:

• Hai dây SOURCE để cấp dòng.
• Hai dây SENSE để đo điện áp trực tiếp trên đối tượng.

Do dòng điện qua đường SENSE rất nhỏ, sụt áp trên dây đo điện áp gần như không ảnh hưởng đến kết quả. Nhờ đó, thiết bị hạn chế được sai số do điện trở dây và tiếp xúc.

Hioki khuyến nghị sử dụng phương pháp bốn đầu cực khi đo điện trở thấp hơn 1 Ω vì phép đo hai dây bao gồm cả điện trở dây dẫn và điện trở tiếp xúc.

Tuy nhiên, đo bốn dây không có nghĩa điện trở đường dẫn hoàn toàn vô hại. Điện trở trên đường SOURCE vẫn ảnh hưởng đến khả năng cấp dòng của thiết bị.

Máy đo điện trở là một nguồn dòng có giới hạn điện áp. Khi tổng điện trở dây, đầu dò và relay quá lớn, máy phải tạo ra điện áp cao hơn để duy trì dòng đo đã thiết lập. Nếu vượt quá khả năng cho phép, thiết bị có thể:

• Không duy trì được dòng đo danh định.
• Hiển thị lỗi hoặc kết quả ngoài phạm vi.
• Mất nhiều thời gian hơn để ổn định.
• Cho kết quả dao động giữa các lần đo.
• Xuất hiện sai lệch giữa những kênh có đường dẫn khác nhau.

Vì vậy, hệ thống bốn dây giảm mạnh ảnh hưởng trực tiếp của điện trở đường dẫn lên giá trị đo nhưng vẫn cần tuân thủ giới hạn path resistance của thiết bị.

Vì sao hệ thống nhiều kênh dễ gặp vấn đề?

Một phép đo trực tiếp thường chỉ gồm máy, dây đo và đối tượng. Trong hệ thống nhiều kênh, đường đi của tín hiệu phức tạp hơn:

Máy đo → cáp chính → multiplexer → relay → cáp kênh → jig → đầu dò → đối tượng

Mỗi kênh có thể sử dụng một nhóm relay và chiều dài dây khác nhau. Nếu thiết kế không đồng đều, điện trở đường dẫn giữa các kênh cũng khác nhau.

Những nguyên nhân phổ biến gồm:

Dây đo quá dài

Điện trở dây tăng theo chiều dài. Dây càng dài, điện trở và độ tự cảm của đường dẫn càng lớn, đồng thời hệ thống dễ thu nhiễu từ môi trường.

Tiết diện dây quá nhỏ

Dây nhỏ có điện trở cao hơn dây lớn cùng chiều dài. Nếu hệ thống sử dụng dòng đo lớn nhưng dây SOURCE có tiết diện nhỏ, sụt áp trên đường cấp dòng sẽ tăng.

Nhiều tầng relay

Mỗi relay bổ sung thêm điện trở tiếp điểm. Khi tín hiệu đi qua nhiều bộ chuyển mạch, tổng điện trở có thể tăng đáng kể.

Tiếp điểm bị lão hóa

Relay, connector và đầu dò có thể bị oxy hóa hoặc mài mòn. Một hệ thống hoạt động ổn định khi mới lắp đặt vẫn có thể phát sinh lỗi sau hàng triệu chu kỳ đo.

Lực ép đầu dò không đồng đều

Đầu dò bẩn, lò xo yếu hoặc jig bị lệch làm điện trở tiếp xúc tăng. Kết quả có thể ổn định ở một số kênh nhưng dao động tại các kênh khác.

Điện trở đường dẫn gây ra dấu hiệu gì?

Một số biểu hiện thường gặp trên dây chuyền gồm:

• Cùng một sản phẩm nhưng các kênh cho kết quả khác nhau.
• Giá trị đo thay đổi khi đổi chiều dài dây.
• Một số kênh thường xuyên báo lỗi tiếp xúc.
• Thời gian đo thực tế dài hơn cài đặt.
• Kết quả dao động sau khi relay chuyển kênh.
• Tỷ lệ FAIL tăng dần theo thời gian vận hành.
• Đo trực tiếp bằng dây ngắn cho kết quả tốt nhưng qua multiplexer lại không ổn định.
• Thay đầu dò hoặc relay thì kết quả trở lại bình thường.

Khi gặp các dấu hiệu trên, không nên vội điều chỉnh ngưỡng PASS/FAIL. Việc nới ngưỡng có thể che giấu sự xuống cấp của jig và hệ thống chuyển mạch.

Khả năng chịu điện trở đường dẫn của máy có ý nghĩa gì?

Thông số path resistance tolerance cho biết mức điện trở đường dẫn mà thiết bị có thể chấp nhận trong những điều kiện đo cụ thể.

Ví dụ, Hioki RM3545A có mức điện trở đường dẫn tham khảo 2,6 Ω ở dải từ 100 mΩ trở xuống khi tắt chế độ PR và 3,5 Ω khi bật PR. Giới hạn thay đổi theo dải đo và chế độ vận hành.

Đối với Hioki RM3546, khả năng chịu điện trở đường dẫn có thể đạt đến 9 Ω trong điều kiện PR 1000 µΩ, dòng đo 500 mA. Thông số này hỗ trợ hệ thống sử dụng dây dài, nhiều relay hoặc đầu dò có điện trở tiếp xúc lớn hơn.

Giới hạn 9 Ω không có nghĩa thiết bị luôn chấp nhận điện trở đường dẫn 9 Ω ở mọi thang đo. Người thiết kế phải kiểm tra điều kiện đi kèm trong tài liệu kỹ thuật, bao gồm:

• Thang điện trở.
• Dòng đo.
• Chế độ PR.
• Cấu hình dây.
• Vị trí tính điện trở đường dẫn.

Ví dụ về ảnh hưởng của điện trở đường dẫn

Giả sử hệ thống cần cấp dòng đo 500 mA và tổng điện trở đường SOURCE là 5 Ω.

Điện áp cần để duy trì dòng trên đường dẫn là:

U = I × R = 0,5 × 5 = 2,5 V

Nếu tổng điện trở tăng lên 9 Ω, điện áp cần thiết trở thành:

U = 0,5 × 9 = 4,5 V

Máy phải có đủ khả năng tạo điện áp để duy trì dòng đo. Nếu điện trở tiếp tục tăng hoặc chế độ đo sử dụng dòng lớn hơn, thiết bị có thể chạm giới hạn.

Đây là lý do hai hệ thống sử dụng cùng một máy nhưng có chiều dài cáp và số lượng relay khác nhau có thể cho độ ổn định khác nhau.

Cách giảm ảnh hưởng trong hệ thống nhiều kênh

Sử dụng phương pháp bốn đầu cực

Mỗi kênh nên có đủ hai đường SOURCE và hai đường SENSE. Các điểm SENSE cần được đặt gần vị trí cần đo, tránh lấy điện áp từ đầu cáp hoặc connector trung gian.

Rút ngắn dây đo

Nên đặt máy và multiplexer gần jig nếu điều kiện dây chuyền cho phép. Hạn chế nối dây qua nhiều connector không cần thiết.

Chọn tiết diện dây phù hợp

Đường SOURCE cần sử dụng dây đủ lớn để giảm điện trở và sụt áp. Đường SENSE có thể nhỏ hơn do dòng điện chạy qua rất thấp.

Giảm số tầng relay

Mỗi tầng relay làm tăng điện trở và thời gian chuyển kênh. Hệ thống nên sử dụng cấu trúc chuyển mạch đơn giản nhất có thể.

Đồng nhất cấu hình các kênh

Các kênh nên có chiều dài dây, loại connector và số relay tương đương. Sự đồng nhất giúp hạn chế sai lệch giữa các vị trí đo.

Kiểm tra đầu dò định kỳ

Cần theo dõi độ mòn, độ sạch và lực ép của đầu dò. Thay đầu dò theo số chu kỳ vận hành thay vì chỉ thay khi hệ thống đã báo lỗi.

Giám sát điện trở đường dẫn

Có thể sử dụng mẫu chuẩn hoặc short bar để kiểm tra định kỳ từng kênh. Nếu kết quả một kênh tăng dần, cần kiểm tra relay, connector và đầu dò trước khi điều chỉnh ngưỡng.

Thiết lập thời gian chờ sau chuyển kênh

Sau khi multiplexer chuyển relay, tín hiệu có thể cần thời gian để ổn định. Trigger quá sớm có thể khiến kết quả dao động, đặc biệt trong hệ thống dây dài hoặc nhiều kênh.

Nên chọn thiết bị nào cho hệ thống nhiều kênh?

RM3544-01 phù hợp với dây chuyền đo điện trở tự động có yêu cầu cơ bản, chẳng hạn kiểm tra cuộn dây, motor và biến áp. Có thể xem thêm bài RM3544-01 cho dây chuyền đo điện trở tự động.

RM3545A phù hợp khi cần độ chính xác cao hơn, thang đo thấp đến 1000 µΩ và hỗ trợ multiplexer. Phiên bản RM3545A-2 có thể lắp tối đa hai Multiplexer Unit Z3003.

RM3546 phù hợp hơn với hệ thống kiểm tra mối hàn pin, busbar và kết nối có điện trở rất thấp. Khả năng chịu điện trở đường dẫn cao giúp thiết bị dễ tích hợp trong dây chuyền có dây dài và nhiều điểm chuyển mạch.

Người dùng có thể tham khảo danh mục đồng hồ đo điện trở giá trị nhỏ để lựa chọn thiết bị theo dải đo, số kênh và khả năng tích hợp.

Kết luận

Điện trở đường dẫn không chỉ là điện trở của dây đo mà còn bao gồm đầu dò, connector, tiếp điểm relay và các điểm kết nối trong toàn bộ hệ thống.

Phương pháp bốn đầu cực giúp loại bỏ phần lớn ảnh hưởng trực tiếp của điện trở dây khỏi kết quả, nhưng điện trở đường SOURCE quá lớn vẫn có thể khiến máy không duy trì được dòng đo, làm phép đo chậm hoặc thiếu ổn định.

Khi xây dựng hệ thống đo nhiều kênh, doanh nghiệp cần kiểm soát chiều dài dây, số tầng relay, chất lượng đầu dò và giới hạn điện trở đường dẫn của máy. Thiết kế đúng từ đầu sẽ hiệu quả hơn việc liên tục nới ngưỡng PASS/FAIL để xử lý kết quả dao động.

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