Test delle resistenze parallele

Autore: Jeff Jowett, Applications Engineer

Gli ohmmetri a bassa resistenza sono caratterizzati principalmente dall'uso di correnti di test elevate e dalla loro capacità di misurare con precisione valori di resistenza molto bassi. Al contrario, i comuni tester portatili come multimetri, multimetri digitali e simili funzionano con batterie integrate, spesso AA, con una conseguente fornitura di corrente scarsa. Per questo motivo, in genere utilizzano correnti di test nell'intervallo di milliampere. Questo limita la loro precisione e risoluzione quando vengono utilizzati per misurazioni a bassa resistenza. Un multimetro digitale di ottima qualità può effettuare misurazioni fino a una risoluzione di 0,01 Ω, ideale per molte applicazioni quotidiane. Tuttavia, c'è un mondo intero di test al di sotto di questo livello e per questo è necessario un ohmmetro a bassa resistenza.

In questo contesto, con il termine "bassa resistenza" si indica generalmente un valore inferiore a 1 Ω e, in questo intervallo, sono necessari ampere (non milliampere) per effettuare misurazioni affidabili e di buona qualità. Lo standard industriale è 10 A, ma sono disponibili tester che utilizzano correnti da uno o due ampere fino a centinaia di ampere. I tester per correnti molto elevate sono utilizzati più spesso nel settore dell'alimentazione per misurare la resistenza dei contatti in interruttori automatici e relè, ma hanno anche altre applicazioni specializzate.

A differenza dei multimetri digitali e degli strumenti multiuso simili, gli ohmmetri a bassa resistenza utilizzano un design basato su un ponte Kelvin a quattro terminali. Due collegamenti di corrente iniettano una corrente di test ampia nell'elemento sottoposto a test (IUT), mentre due collegamenti potenziali, posizionati tra i collegamenti di corrente, misurano la caduta di tensione tra i collegamenti potenziali. Il tester utilizza quindi la corrente e la tensione misurate per calcolare e visualizzare la resistenza.

Un vantaggio importante di questa configurazione di test è che elimina gli effetti della resistenza dei cavi e dei contatti. Questi due parametri estranei influenzano la corrente che scorre nell'IUT, ma la resistenza viene calcolata misurando la tensione tra i cavi potenziali, che non è influenzata dalla resistenza del cavo e del contatto.

Chiaramente, questo vantaggio non interessa strumenti generici come i multimetri digitali che utilizzano un collegamento a due fili. Le misurazioni effettuate con questi collegamenti sono naturalmente influenzate dalla resistenza dei cavi per test e dalla resistenza tra le punte delle sonde per test e l'IUT, ma nelle applicazioni in cui vengono normalmente utilizzati, non pongono un grande problema. Tuttavia, nelle applicazioni in cui è necessaria la massima accuratezza, non è possibile tollerare l'influenza della resistenza del cavo e del contatto. In questi casi, è essenziale utilizzare il ponte Kelvin a quattro fili.

Un ohmmetro a bassa resistenza con design a ponte Kelvin a quattro fili è tutto ciò che serve per effettuare una misurazione isolata tra due punti discreti. Tra gli esempi figurano le operazioni di laboratorio e le misurazioni eseguite su giunti e collegamenti isolati elettricamente in apparecchiature elettriche. Ma in molti casi, esistono percorsi paralleli alternativi per la corrente di test. Questo vale anche per un semplice oggetto metallico di test su un banco da laboratorio, come vedremo più avanti. Quindi, il primo punto all'ordine del giorno quando si esegue un test di bassa resistenza è quello di "conoscere l'oggetto sottoposto a test".

Spesso si dice, in modo errato, che la corrente segue il percorso di resistenza minore. Questa affermazione può essere alquanto fuorviante se applicata al test di bassa resistenza; esaminiamo il tutto più da vicino. Di fatto, la corrente segue tutti i percorsi possibili e si divide in modo strettamente proporzionale alla loro resistenza. Ciò ha un legame importante con le misurazioni effettuate con il tester, poiché questo misura tutta la corrente e utilizza la legge di Ohm (R = V/I) per calcolare la resistenza.

Figura 1: in assenza di percorsi paralleli, la resistenza totale dell'oggetto sottoposto a test è evidente.

Se avete collegato un ohmmetro digitale a bassa resistenza (DLRO) alle estremità di una sezione isolata del filo, la corrente fluisce solo tra i due punti di test (vedere la Figura 1). Si ottiene in questo modo una lettura precisa della resistenza di quella sezione di filo (che, tra l'altro, deve corrispondere alla resistenza tabular di quel misuratore). Tuttavia, se il filo faceva parte di un'installazione (diseccitata, ovviamente), è necessario prendere in considerazione l'intero circuito e in quali punti ulteriori passa la corrente. Se la corrente di test passa attraverso uno o più percorsi ulteriori e attraverso il filo stesso, questi percorsi paralleli influenzeranno la misurazione che si sta effettuando.

Potrebbero essere presenti percorsi paralleli quando si esegue un test di laboratorio su, ad esempio, un oggetto metallico; oppure, se si sta testando l'IUT in loco, potrebbero derivare dai circuiti associati. Quindi, non applicare i cavi in modo casuale su un giunto o un cordone particolare che potrebbero essere interessati senza considerare l'IUT nell'insieme.

È possibile che due punti siano stati saldati insieme e quindi collegati a una struttura o a un apparato più grande. Se uno di questi punti di collegamento è un contatto metallo-metallo, potrebbe esserci un percorso di corrente alternativo che influenzerà la misurazione (vedere la Figura 2). Ciò non significa che non sia possibile eseguire i test, né che sia necessario interrompere tutti gli altri collegamenti. Significa piuttosto che è necessario prendere in considerazione tutti i percorsi di corrente noti e possibili alternativi quando si interpretano i risultati dei test.

Se è presente un percorso alternativo, la misurazione della resistenza sarà inferiore alla reale resistenza del giunto o del cordone di saldatura. Quindi? Potrebbe non essere necessaria una misurazione perfetta. Tuttavia, un metodo che si avvicina molto al risultato reale consiste nell'utilizzare cavi di corrente e potenziale separati e collegare i cavi del potenziale il più vicino possibile al collegamento da misurare. Ciò aiuterà a ridurre l'influenza dei percorsi di corrente alternativi sulla misurazione (vedere la Figura 3).

Figura 2: i percorsi di corrente paralleli possono produrre risultati imprevisti e imprecisi.

Figura 3: il restringimento del percorso di misurazione tramite puntali per test individuali riduce al minimo le imprecisioni.

Figura 4: la corrente di test non uniforme determina un leggero errore di misurazione.

I più diffusi cavi "duplex", in cui i contatti di corrente e potenziale sono contenuti all'interno di una singola sonda, sono più facili da usare perché richiedono una minore manipolazione fisica dell'IUT. Tuttavia, il compromesso è una piccola perdita di precisione perché la densità di corrente non è uniforme nel punto preciso in cui la sonda del potenziale sta effettuando la misurazione. Per ottenere la massima precisione, la densità di corrente deve essere uniforme. Tuttavia, poiché questa deve essere distribuita attraverso l'IUT dal punto in cui è stata iniettata, con i cavi duplex, la sonda del potenziale si trova in una posizione troppo vicina affinché ciò avvenga (vedere la Figura 4). La soluzione consiste nell'utilizzare cavi separati.

Una soluzione ancora migliore consiste nell'utilizzare l'ohmmetro a bassa resistenza DLRO100 Megger con la pinza amperometrica. La pinza amperometrica è stata sviluppata principalmente per aumentare la sicurezza dell'operatore durante la verifica degli interruttori automatici, ma funziona bene in qualsiasi applicazione in cui è necessario eliminare l'influenza dei percorsi di corrente paralleli sulla misurazione della resistenza. Quando la pinza viene utilizzata con gli interruttori automatici, può essere collegata a massa su entrambi i lati durante il test, il che aiuta a garantire la sicurezza dell'operatore anche se si verifica un guasto alla linea durante l'esecuzione del test. La pinza elimina l'effetto del percorso di massa parallelo sulla misurazione della resistenza (vedere la Figura 5).

Figura 5: la configurazione dei test Dual-Ground® consente una messa a terra senza distorsioni.

Infine, quando si esegue un test di bassa resistenza in presenza di percorsi di corrente paralleli, è fondamentale considerare se è necessario un risultato assoluto o se sarà sufficiente un risultato relativo. Se è necessario misurare con precisione la resistenza assoluta attraverso l'IUT, i percorsi di corrente paralleli devono essere rimossi. Ciò potrebbe avvenire in un'applicazione di ricerca e sviluppo, in cui è necessario stabilire la resistenza effettiva dell'IUT, oppure nel caso di test degli interruttori automatici, in cui la posta in gioco è elevata. Per molte applicazioni, tuttavia, una misurazione comparativa ragionevolmente accurata è sufficiente per indicare all'operatore se un collegamento è allentato, una saldatura è scadente, un collegamento si sta corrodendo o se si è verificato uno dei molti altri problemi che possono essere facilmente individuati da un occhio addestrato. In questo caso è fondamentale la valutazione da parte dell'operatore.

Per riassumere: non eseguite operazioni senza preparazione; considerate l'elemento da sottoporre a test e i vostri obiettivi. Se non esistono percorsi di corrente paralleli, procedete con sicurezza. Se esistono percorsi paralleli, adattate le vostre procedure e aspettative di conseguenza.