Corrientes pequeñas: medición, consejos y soluciones con multímetros digitales

En la actualidad existen diversas aplicaciones, especialmente dispositivos portátiles, que funcionan con muy poca energía con el objetivo de aumentar la autonomía de la batería. Para diseñar y testear dichos dispositivos, se necesita un instrumento que pueda medir corrientes muy pequeñas, probablemente en el rango de microamperios y resolución de picoamperios. En este contexto se antoja imprescindible obtener una medida fiable que proporcione una imagen real de la corriente bajo test.

Al medir corrientes muy bajas, se deben tener en cuenta tres preocupaciones principales que afectan a la precisión de la medición:

  • Voltaje de carga: es la variación de potencial cuando la corriente fluye a través de la resistencia de derivación de un #Multímetro Digital (#DMM).
  • Ruido: cuando se mide una pequeña corriente, el ruido externo o interno no deseado del circuito de medición afecta a la precisión.
  • Rango dinámico: garantizar la configuración de rango adecuada para una precisión óptima al medir la corriente dinámica es siempre un desafío.

Hay muchos tipos de instrumentos de medición de corriente, incluidos #osciloscopios con sondas de corriente, unidades de medida de fuente, #analizadores de #potencia de CC y analizadores de forma de onda de corriente dedicados. Sin embargo, cuando el presupuesto o la flexibilidad son una preocupación, se puede usar un multímetro digital para lograr muchas de estas medidas.

Corriente eléctrica general

Consejos para resolver los principales problemas que afectan la precisión de la medición de corriente

Estos consejos abordan las tres preocupaciones al usar un multímetro digital para medir pequeñas corrientes con precisión.

Voltaje de carga

La medición de corriente en el #circuito requiere que los usuarios coloquen los cables del instrumento de medición en serie en el circuito bajo prueba. Idealmente, el DMM aparecería en el circuito como un cortocircuito. La realidad es que siempre hay alguna resistencia pequeña pero potencialmente significativa de la derivación de corriente, los interruptores, los fusibles y los cables del medidor. El voltaje de carga es la caída de voltaje que ocurre en el DMM como resultado de esta impedancia adicional. Al medir corrientes de bajo nivel en componentes altamente sensibles, debe tener en cuenta los efectos de la tensión de carga.

La Figura 1 muestra el DMM colocado en serie en el camino de retorno del circuito. Al agregar un pequeño voltaje sobre el mínimo ya existente de la fuente de alimentación, el mínimo de su dispositivo podría estar por encima de su tolerancia de diseño.

Voltaje

Figura 1. Resistencia de derivación de corriente del DMM colocada en serie en la ruta de retorno del circuito.

Ruido

Al medir corrientes bajas, las mediciones son más susceptibles al ruido en el ambiente. También, algunas marcas de DMM pueden introducir ruido de corriente inyectada en el circuito. Estos tipos de fuentes externas de ruido pueden afectar las mediciones:

  1. Ruido de campo magnético: este ruido puede provenir de aparatos eléctricos comunes de alta corriente, como motores eléctricos, generadores, televisores etc… Se debe evitar tomar medidas en cercanía de estos elementos o proteger el circuito y los cables del multímetro digital.
  2. Ruido de bucle de tierra: se forma un bucle de tierra cuando se miden señales pequeñas en circuitos donde el multímetro y el dispositivo bajo prueba (DUT) están referenciados a una tierra común. Esto puede ser lo suficientemente significativo como para provocar errores de medición. Una forma de evitar este problema es aislar el circuito de medición de la tierra. Si no se puede evitar realizar una medición aislada a tierra, se debería colocar el DMM y el DUT lo más cerca posible en términos de tierra del circuito para minimizar estos bucles.
  3. Ruido termoeléctrico: este tipo de ruido ocurre cuando las conexiones del circuito con diferentes metales se someten a variaciones de temperatura más altas. El ruido térmico se vuelve más pronunciado con las variaciones de temperatura elevadas. La mejor solución es utilizar conexiones de circuito cobre-cobre.

Desafortunadamente, no todos los diseños de instrumentos de medición evitan el ruido de corriente inyectada. La figura 2 muestra que la corriente inyectada depende de la configuración y la frecuencia de la línea eléctrica. Las capacitancias residuales en el transformador de potencia del multímetro pueden hacer que fluyan pequeñas corrientes desde el terminal LO a tierra.

Corriente inyectada

Figura 2. Corriente inyectada introducida por el terminal LO del DMM a tierra

Rango dinámico

La Figura 3 muestra el perfil de corriente típico de un transceptor de radio portátil. Como se puede ver, el consumo de corriente es complejo debido que existe una amplia gama de modos de funcionamiento: suspensiónespera y activo. El rango dinámico de la corriente es amplio porque las corrientes en modo activo están consumiendo aproximadamente de 30 a 40 mA, mientras que las corrientes de stand-by son solo de 1 a 10 μA.

Consumo de corriente tipico

Figura 3. Perfil de consumo de corriente típico de una radio portátil

Aunque dentro del portfolio de Keysight existen sistemas de mayor rendimiento y precio que permiten obtener lecturas precisas para distintos rangos de corriente, todo en un mismo intento de medida gracias a la tecnología AUTORANGE de Keysight (Como la serie de Analizadores de Potencia N6700-05C), si no se tiene el suficiente presupuesto para adquirir estos instrumentos u otros analizadores dedicados, la serie Truevolt DMM de Keysight permite también medir con la misma precisión y confianza en estos niveles de señal.

En este caso se deben realizar varios barridos de lectura con diferentes rangos. Un método para capturar el perfil de la señal sería ejecutar el DUT varias veces. Primero para capturar las corrientes de los modos de suspensión y espera (que podrían compartir rango) y posteriormente las corrientes del modo activo, que tienen un rango superior.

En la primera captura, se configuraría el DMM en el rango de 100 mA y 0.001 PLC (20 μs por muestra). Esta configuración captura la señal de corriente completa, incluidos los valores del modo activo de 30 a 40 mA, pero proporciona menos resolución en las mediciones de corriente más baja. Una vez que se hayan capturado las lecturas, se pueden guardar los datos en la memoria y analizarlos en PC.

A continuación, se puede configurar el DMM en un rango de corriente más bajo para las corrientes de espera y suspensión. Hacer esto permite capturar corrientes de muy bajo nivel de aproximadamente 2 a 10 μA. Cualquier valor medido por encima del 120% del rango dará el aviso de “sobrecarga”.

¿Cómo pueden los multímetros digitales de la serie Truevolt de Keysight ayudar a medir corrientes de bajo nivel?

Los multímetros digitales Truevolt 34465A y 34470A de Keysight pueden medir corrientes muy bajas, en el rango de 1 µA con resolución pA, lo que permite realizar mediciones en dispositivos de muy baja potencia.

Los multímetros digitales Truevolt 34465A y 34470A de Keysight también tienen capacidades avanzadas de disparo y digitalización para permitir capturar formas de onda en los eventos de tiempo exactos que se necesitan. Se puede digitalizar la forma de onda a una velocidad de hasta 50.000 muestras / segundo y almacenar su forma de onda con hasta 1.000.000 de muestras por trigger.

La tecnología Truevolt de Keysight tiene en cuenta los errores de medición creados por estos factores del mundo real, lo que aporta una total confianza en las mediciones.

La Figura 4 compara un DMM Truevolt con marcas de DMM similares en términos de ruido y corriente inyectada. Los multímetros digitales Truevolt contribuyen con menos del 30% de la corriente inyectada en comparación con las alternativas. En comparación con algunas alternativas de menor precio, los DMM Truevolt ofrecen casi un 100% menos de ruido.

Comparativa de ruido y corriente

Figura 4. Comparativa de ruido y corriente inyectada entre la serie Truevolt de Keysight y otras marcas.

Si necesitas más datos, te gustaría conocer más en profundidad esta serie #DMM de #Keysight (u otros productos) para poder encajarlos en tus necesidades, necesitas una demostración en tus instalaciones o directamente oferta económica, no dudes en contactarnos.

Autor: Sergio Cuesta Ramos

Publicación original: 04/03/2021

Texto original: https://www.linkedin.com/pulse/precauciones-consejos-y-soluciones-para-medidas-de-con-cuesta-ramos?trk=public_profile_article_view

Publicación por Ayscom dataTec: 29/03/2021

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