Genel Bakış
Tarihsel olarak, elektrik metrolojisinde iki nokta arasındaki küçük voltaj farklarını ölçmek veya 
iki noktadaki voltajların aynı olduğu sıfır akım durumunu tespit etmek için analog sıfır dedektörler veya sıfır sayaçlar kullanılmıştır. Bunlar, bir standart ile test edilen bir cihaz arasındaki voltaj farkının karşılaştırılması ve ölçülmesini içerebilir, örneğin iki birincil seviye standardın karşılaştırılmasında veya bir birincil standart ile bir ikincil kalibrasyon standardı arasında, cihazlarla doğrudan veya bir yardım aracılığıyla arayüz oluşturularak karşılaştırılır. Sıfır dedektörü tarafından ölçülen voltajdaki küçük farklılıklar, voltajların standartlarda ayarlanmasına izin verir, böylece iki nokta veya iki cihaz arasında etkin bir voltaj farkı olmaz. Sıfır voltajı veya sıfır koşulu yeteneği, elektrik metrolojisi için çok önemlidir.
Hassas dijital multimetreler (DMM'ler) boş dedektörlerle karşılaştırılabilir çözünürlük ve hassasiyetler ile birlikte kullanıma sunulduğunda, hızlı bir şekilde kabul gördü ve boş dedektörler bir kenara bırakıldı. Ancak, ölçüm devresi özelliklerine ve DMM'nin benzersiz özelliklerine bağlı olarak, önemli ölçüm hataları oluşturulabilir.
Bu uygulama notu, bir DMM'yi boş dedektör olarak kullanırken nelerin dikkate alınması gerektiğini açıklar. Yeni DMM'lerdeki gelişmeler bu sorunların bazı etkilerini azalttığı için bu özellikle önemlidir. Ancak, her durumda, bunların anlaşılması ve uygun şekilde değerlendirilmesi gerekir.
1960'lardan bu yana, dc voltajı çok düşük seviyelerden - milivolt seviyesinden 1 kilovolta kadar nispeten yüksek değerlere kalibre etmek için ticari voltaj ve oran kalibrasyon sistemleri mevcuttur. Bu sistemlerin kritik bir bileşeni, analog yüksek empedanslı voltmetre/boş dedektördü. Bu cihazlar son derece yüksek giriş empedansı (10 ila 100 MΩ),
mükemmel hassasiyet (bölüm başına 0.1 µv) ve yüksek izolasyon (1012 Ω düzeyinde) ile tasarlanmıştır.
Bir seri cihaz olan Fluke 845 Serisi Yüksek Empedanslı Voltmetre Sıfır Dedektörleri ile, sızıntı arasından kaynak yüklemesini güç hattı, şasi topraklaması veya koruma bağlantılarından bağımsız olarak neredeyse tamamen ortadan kaldırılmıştı. Giriş voltajları, bir giriş bölücü ve filtre devresi aracılığıyla foto-kırpıcı stabilize edilmiş bir yükselticiye uygulandı. Giriş filtresi, kaynak gürültüsünün etkilerini en aza indirdi ve foto-kırpıcı ile stabilize edilmiş amplifikatör, giriş akımını birkaç pikoampere indirdi. 845AB pille çalıştırılabilirdi, böylece hat gücünden yalıtılır, sıfırlama işlemleri için bir analog girişe sahipti, iyi bir ölçüm yanıt süresi sağlıyordu (1 µv aralığında 5 saniye) ve genel olarak kullanımı kolaydı.
Hassas Dijital Multimetrelerin Tanıtımı
1970'lerin ortalarından sonlarına kadar metroloji kullanımı için yüksek hassasiyetli dijital multimetreler ortaya çıkmaya başladı. DC ve düşük frekanslı ac elektrik metrolojisi için tercih edilen ölçüm aracı haline geldiler. Bir bonus olarak, kullanımı kolay, çok işlevli ve otomatikleştirmeleri kolaydı. Bazı uygulamalarda kolayca boş dedektörlerin yerini aldılar, ancak dc giriş yükselticileri boş dedektör özelliklerini tam olarak eşleştirmek için gereken gelişmiş tasarıma sahip değillerdi. Bazı kritik açılardan ciddi eksiklikleri vardı. Bir kilit konu, sayacın giriş öngerilim akımıydı.
Sapma Akımıyla İlgili Hatalar
Bir DMM'nin girişinde kullanılanlar gibi işlemsel yükselteçlerin ideal olmayan yönlerinden 
biri giriş sapma akımıdır. Bu durum, amplifikatörden akımın DMM'nin giriş terminalleri üzerinden aktığı bir durumdur. DMM'ler, bu etkiyi en aza indiren CMOS amplifikatörleri kullanır, ancak pikoamper sırasına göre bir akım hala mevcuttur. Gerilim kaynağının ölçüldüğü gerilim ölçümlerinde gerilim kaynağına seri bağlı bir miktar kaynak empedansı vardır. Küçük bir kaynak empedansı üzerinden küçük bir sapma akımı, ihmal edilebilir bir ofset voltajı oluşturur. Bu ofset, ölçülen voltaj ile seri halindeyken, nanovoltların sadece bir kısmını oluşturduğundan, neredeyse hiçbir zararlı etkisi yoktur.
Bununla birlikte, ölçülen voltajdan (onlarca k ohm cinsinden) oldukça büyük bir kaynak direncinin olduğu belirli ölçüm konfigürasyonlarında, sapma akımından kaynaklanan bu ofset voltajı birkaç mikrovoltluk ofset hatalarına neden olabilir. Bu ofset, ölçülen voltajla doğrudan seri halindedir ve bu tür uygulamalarda kritik ölçümler için bir DMM kullanılacaksa, ele alınması gereken ciddi bir hatadır. Böyle bir hata, denenmekte olan voltaj ölçümünü kolaylıkla aşabilir.Ancak, bu sapma akımı özelliğinin boş bir dedektör kullanırken bir faktör olmadığını unutmayın, bu nedenle asla ele alınması gereken bir şey değildi. Bu tür hataları ortadan kaldırmak, bir DMM kullanırken bu sapma akımı ofsetlerini telafi etmek ve ortadan kaldırmak için ekstra ölçüm adımları gerektirir.
Gerilim bölücülerin kullanımı
Elektriksel metroloji, izlenebilirlik oluşturmak için birincil seviye voltaj standartlarını ve çalışma standardı voltaj kaynaklarını kalibre etmek için çalışma seviyesi voltaj standartlarını kullanır. Günümüzde voltaj standartları genellikle 10 volt düzeyinde olduğundan ve çalışma standardı voltaj kaynakları milivolt aralığından kilovolt aralığına kadar değiştiğinden, kaynakları 10 volt voltaj standartlarıyla karşılaştırmayı basitleştirmek için voltaj bölücüler kullanılır. Örneğin, 100 voltluk bir kaynak, 10 voltluk çalışma standardına kıyasla 10 voltluk bir seviye oluşturmak için 10'a bölünür. Başka bir örnek, 1,9 volt gibi 10’un katı olmayan bir voltajda hassas bir voltmetreyi kalibre etmektir. Böyle bir test için kesin bir voltaj oluşturmak için, 10 voltluk bir voltaj standardı, sayacı kalibre etmek için 1,9 voltluk bir seviye oluşturmak üzere 0,19 oranında ölçeklendirilir. Bu örnekten, oranların her ikisi de onluk değerler olmalıdır; yani, 10'un katları (1:10, 1:100, 10:1 ve 100:1) ve diğer değişken oranlar – örneğin 0,999999 ila 0,00001 arası. Ortak kullanımda bu tür birçok bölücü vardır.
Fluke 752A Referans Bölücü gibi sabit oranlı standartlar ve Fluke 720A Kelvin Varley Referans Bölücü gibi değişken oranlı standartlar vardır. Bunlar, yukarıda belirtilen voltajlar arasında kalibrasyon yaparken, bir voltajı ikinci bir voltajın seviyesine uyacak şekilde bölmek için düzenli olarak kullanılır.
Metrolog, amaçlanan kalibrasyon için uygun oranlara sahip olduklarından emin olmak için bölücüleri onaylamalı veya ayarlamalıdır. Bu bölücüler kullanımdan önce dengelenmelidir. Bu tür bir dengeleme, uygun bir oranı ayarlamak ve doğrulamak için boş bir dedektör ölçüm stili gerektirir.
DMM sapma akımlarından kaynaklanan bölücü dengeleme hataları
En yaygın olarak kullanılan sabit veya değişken oranlı standartlar, dirençli bölücülerdir. Bölücüler dengelendiğinde, iki dengeleme noktası arasında her zaman bir direnç vardır. Bu direnç genellikle 25 kOhm ile 40 kOhm arasındadır. Bu nedenle, 50 pA'lık maksimum sapma akımlarına sahip olduğunuzda, bölücü birkaç mikrovoltluk istenmeyen ofset voltajları üretebilir. Bu tür bölücüleri kullanan metroloji ölçümleri genellikle sıfır volttan mikrovolt fraksiyonlarına kadar olan voltaj seviyelerini ölçer; bu nedenle, bu istenmeyen yanlı akım ofsetlerinin ciddi bir etkisi vardır.
Neyse ki, bu hataları ortadan kaldırmaya yönelik teknikler geliştirilmiş ve Fluke metrologları tarafından teknik incelemelerde sunulmuştur. Bu incelemelerden birinin güncellenmiş bir sürümü Fluke Calibration web sitesinde yer almaktadır, böylece boş dedektör yerine hassas DMM kullanımıyla ilgili tüm ayrıntılar için bu belgeye başvurabilirsiniz.
Akım Ofset Voltajlarını Saptırmak İçin Önerilen Çözümler
BIAS akım sorununu düzeltmenin en iyi yolu, dengeleme ve boş dedektör ölçümleri için kullanılan DMM'yi doğru şekilde seçmektir. Farklı DMM'ler farklı tasarımlara sahiptir ve mevcut sapma durumlarında farklılık gösterir.
1.Daha yeni tasarlanmış bir DMM kullanın:
1970'lerden bu yana hassas DMM tasarımları, 50 pA'ya kadar öngerilim akımına sahip amplifikatör devresine sahiptir. En yeni Fluke Kalibrasyon Referans Multimetreleri (8588A ve 8558A), maksimum 20 pA'da önemli ölçüde daha az SAPMA akımına sahiptir. Bu önyargı akımı, orijinal olarak test edildiklerinde etkin bir şekilde sıfır pA olacak şekilde ayarlanır. Bu, SAPMA akımı ofset problemini neredeyse ortadan kaldırır. Ayrıca,sapma akımı zamanla çok az değiştiği için, gelecekte uzun bir süre boyunca bu seviyenin yakınında kalır.
2.Ofseti belirleyin ve buna göre düzeltme yapın
İlk dengeleme işleminde, DMM'nin bölücüye bağlandığı ve test için yapılandırıldığı başlangıç noktasında, ancak herhangi bir harici voltaj kaynağı uygulanmadan önce voltaj giriş terminallerini kısa devre yapın (ve , bir Fluke 752A kullanıyorsanız, ayırıcının Referans Standart Terminalleri) ve DMM'deki ofsetleri gözlemleyin. Ölçülen herhangi bir voltaj, bölücünün kaynak empedansı yoluyla sapma akımlarının sonucu olacaktır. Herhangi bir ofset belirtilirse, ofsetin nispeten gürültüsüz olup olmadığını ve zaman içinde kararlı olup olmadığını gözlemleyin. Hem kararlı hem de aşırı gürültülü değilse, o zaman dengeleme ölçümlerinden matematiksel olarak çıkarılabilir. Gözlenen ofset, DMM'de bir ölçüm ofset düzeltmesi yapılarak matematiksel olarak çıkarılabilir.
3. Kararsız SAPMA akımları olan DMMS'yi dikkate almayın:
Hassas bir DMM, genel metroloji ölçümleri için çok iyi çalışabilir. Ancak, bu araçların küçük bir azınlığı aşırı gürültülü veya kararsız önyargı akımlarına sahiptir. Bunlar bölücüleri dengelemek için kullanılamaz.
4.Birçok Fluke Kalibrasyon DMM'sinin kabul edilebilir sapma akımlarına sahip olmasını bekleyin:
Çoğu Fluke Kalibrasyon Referans DMM'si, üretildiklerinde minimum sapma akımına göre ayarlanır. Sonuç olarak, sapma akımlarını maksimum özelliklerinin çok küçük bir bölümünde göreceksiniz. Bu nedenle, 5 pA veya daha az olduğunu gösteren öngerilim akımları ile yukarıda belirtilen ofset testinde ölçülebilir ofsetler görünmeyecektir.
5.Sapma akımları için test yapın :
En yüksek doğrulukta ölçümler yapılıyorsa, sapma akımı, sayaç için normal sıfır işlemi gerçekleştirilerek ve ardından voltaj ölçüm modundayken giriş terminallerine yüksek değerli bir direnç bağlanarak herhangi bir DMM için test edilebilir. 100 MΩ direnç için bu, giriş sapma akımı 5 pA ise DMM'de 500 µV okuma ile sonuçlanacaktır.
Çözüm:
Fluke Calibration 8588A Referans Multimetre ve 8558A Dijital Multimetre, önceki nesil 8508A Referans Multimetre gibi analog boş dedektörler için uygun alternatiflerdir. Sayaç giriş terminallerinden çıkan akım için uygun düzeltmeler yapılmalıdır. Sıfır dedektörü olarak başka herhangi bir dijital multimetre kullanılmadan önce, devre için hata oluşumunun önemini belirlemek için giriş öngerilim akımı ve diğer akım kaynakları dikkate alınmalıdır.
Öğrenmeye devam edin:
Metrolojik uygulamalar için analog sıfır metreler yerine hassas dijital multimetrelerin kullanılması
Önerilen ürünler:
8588A Referans Multimetre