Порог чувствительности измерительной системы. Чувствительность к форме сигнала. Пределы измерений, динамический диапазон, страница 17

Термоэлектричество

Термоэлектричество возникает в том случае, когда проводящая цепь в измерительной системе образована проводниками из двух или более разнородных материалов (точнее: из разнородных материалов или из материалов, находящихся в различном состоянии, если, например, один из них натянут, а другой нет). Это явление можно наблюдать в виде разности потенциалов, индуцируемой тепловыми процессами (контактной разности потенциалов) в месте контакта материалов, температура которых различна. Разность потенциалов зависит от перепада температур на стыке. Поэтому в случае, когда два контакта между отрезками проводников А и В из разных металлов находятся при различных температурах (T₁ ≠ T₂ см. рис. 2.52), между двумя концами проводников А возникает заметное напряжение. Величина этого термоэлектрического напряжения (термоэдс) V почти прямо пропорциональна разности температур T₁ - Т_г.

(а)                                               (b)

Рис. 2.52 Термоэлектричество в качестве аддитивной помехи в электрической системе (а) Простая термопара, образованная двумя контактами разнородных металлов (b) Входные клеммы вольтметра, как частный случаи (а).

Термоэдс зависит также от того, из каких металлов выполнены проводники:

  0,3  мкВ/К

Cu – Pb/Sn:               3 мкВ/К

Cu – ковар:             500 мкВ/К

Cu – CuO:             1000 мкВ/К

В этом списке присутствуют следующие материалы:

- Pb/Sn: обычный припой;

-  Cd/Sn специальный припой для соединений с малыми термоэдс;

- Ковар: материал, используемый для изготовления выводов полупроводниковых приборов;

-  СиО: окисел меди. (Поверхность проводника бывает покрыта слоем окиси. Этот слой необходимо разрушать, крепко скручивая проводники.)

Термоэдс в измерительной системе вызывают ошибки смещения нуля и потому носят характер аддитивной помехи. Чтобы избежать возникновения термоэдс, проводники внутри измерительной системы и те, которые подведены извне к ее входу, должны быть сделаны из одного и того же материала. Если это невозможно, то! следует воспользоваться такой комбинацией металлов, которая порождает, малую термоэдс. Кроме того, систему необходимо сконструировать так, чтобы избежать большой разности температур между входными клеммами.

Токи утечки

Когда изоляция между двумя проводниками, электрические потенциалы которых различны, не совершенна, от одного проводника к другому будет течь нежелательный ток. Величина этого тока зависит от материала изоляции, уровня примеси в нем| влажности окружающего воздуха, скопившегося мусора, поверхностной пленки и т.д. Цепи с большими значениями импедансов (с большим сопротивлением источника .сигнала или с большим входным сопротивлением системы) особенно подвержены возникновению ошибок из-за токов утечки.Обычно токи утечки влияют только на чувствительность измерительной системы. Токи утечки вызывают мультипликативные ошибки, так как они эквивалентны включению дополнительной нагрузки.

Представление о порядке величины тока утечки можно составить, приняв во внимание, что сопротивление между двумя точками на печатной плате на расстоянии 1 см одна от другой через некоторое время с момента изготовления, как правило, не превосходит 10⁸ Ом.

Можно принять ряд мер, чтобы обеспечить малое значение тока утечки, например, создав пыленепроницаемую оболочку Чтобы минимизировать влияние влажности, можно обработать схему водоотталкивающим средством (силиконовым составом) или поместить схему в водонепроницаемый кожух, заполнив его гигроскопическим веществом (силикагелем).

Часто применяемым средством борьбы с токами утечки является преобразование входной цепи измерительной системы таким образом, чтобы свести к нулю напряжение на сопротивлении утечки. Одним из способов достичь этого является активная защита (см. рис. 2.53). Активная защита устраняет не только резистивную утечку, но также и «емкостную утечку». Действительно, если потенциал защитного экрана изменяется вместе с потенциалом защищаемого проводника, то все импедансы утечки, оказавшиеся, исключаются. В схеме на рис. 2.53 благодаря защитному экрану, окружающему незаземленный провод, происходит исключение импеданса утечки Z_l, Если потенциал защитного экрана задается повторителем напряжения с коэффициентом передачи 1 — ε (где ε  — относительное отклонение от идеального случая, когда коэффициент передачи точно равен единице), то лишь ε -я часть исходного напряжения окажется приложенной к Z_l,  В результате этого значение импеданса утечки будет казаться возросшим до величины Z’_l: