Ở mức vài chục nanovolt, hai đầu dây đồng nối vào một cọc đồng thau đã đủ sinh ra một sức điện động nhiệt điện lớn hơn tín hiệu bạn muốn đo. Đó là lý do một đồng hồ vạn năng 6½ chữ số thông thường không giải quyết được nhóm bài toán này. Bài viết đi qua các ứng dụng thực tế của Keysight 34420A — thiết bị chuyên dụng cho phép đo mức thấp.
Keysight 34420A khác đồng hồ vạn năng thông thường ở đâu?
34420A không phải một DMM đa dụng làm thêm việc đo nhỏ. Nó là thiết bị được tối ưu riêng cho hai đại lượng: điện áp một chiều rất nhỏ và điện trở rất nhỏ. Ba đặc điểm tạo nên khác biệt.
| Hạng mục | Giá trị |
|---|---|
| Độ phân giải | 7½ chữ số |
| Độ nhạy điện áp một chiều | 100 pV |
| Độ nhạy điện trở | 100 nΩ |
| Độ chính xác DCV cơ bản (1 năm) | 30 ppm |
| Tốc độ đọc tối đa | 250 số đọc/giây |
| Bộ nhớ | 1.024 số đọc |
| Đo nhiệt độ | ±0,003 °C với đầu dò SPRT |
| Bộ quét tích hợp | scanner 2 kênh nhiễu thấp |
| Giao tiếp | GPIB, RS-232 |
Thứ nhất là ngưỡng phân giải. 100 pV và 100 nΩ là những con số mà DMM đa dụng không chạm tới. Thứ hai là bộ quét 2 kênh nhiễu thấp tích hợp sẵn — cho phép so sánh hai điện áp mà không chèn thêm rơ-le ngoài, vốn là nguồn nhiệt điện mới. Thứ ba là khả năng đo nhiệt độ ±0,003 °C với đầu dò SPRT, đưa máy vào nhóm thiết bị dùng được cho công tác chuẩn đo lường.
Năm ứng dụng đo lường thực tế
1. Đo điện trở tiếp xúc và điện trở mối hàn
Điện trở tiếp xúc của một connector tốt thường nằm ở mức vài chục micro-ohm. Đo được đại lượng này cho phép bạn phát hiện mối hàn nguội, tiếp điểm bị oxy hoá hay bulông tiếp địa xiết chưa đủ lực — trước khi chúng gây sự cố phát nhiệt. Đây là bài đo phổ biến trong kiểm định tủ điện, thanh cái và hệ thống tiếp địa.
2. Đặc trưng hoá cảm biến nhiệt điện và vật liệu
Cặp nhiệt điện tạo ra tín hiệu cỡ vài chục microvolt trên mỗi độ C. Khi hiệu chuẩn cặp nhiệt điện hoặc nghiên cứu vật liệu nhiệt điện, bạn cần phân giải tốt hơn nhiều so với bước tín hiệu đó. Với độ nhạy 100 pV, 34420A đo được cả những chênh lệch rất nhỏ giữa hai mẫu vật liệu.
3. Đo điện trở suất của vật liệu dẫn điện tốt
Với mẫu kim loại hoặc màng dẫn điện, điện trở cần đo thường nằm dưới một mili-ohm. Phương pháp bốn dây kết hợp ngưỡng 100 nΩ cho phép xác định điện trở suất mà không bị điện trở dây đo làm sai lệch kết quả.
4. Công tác chuẩn đo lường và phòng hiệu chuẩn
Trong phòng hiệu chuẩn, 34420A đóng vai trò thiết bị so sánh: đo hiệu điện áp giữa một chuẩn và một thiết bị cần hiệu chuẩn. Bộ quét 2 kênh tích hợp phục vụ đúng nhu cầu này — bạn chuyển giữa hai nguồn tín hiệu mà không đưa thêm mối nối vào mạch đo. Khả năng đo nhiệt độ ±0,003 °C với SPRT bổ sung năng lực cho các phép hiệu chuẩn phụ thuộc nhiệt.
5. Kiểm tra dòng rò và cách điện ở mức thấp
Bằng cách đo sụt áp trên một điện trở chuẩn đã biết, bạn suy ra được dòng rò rất nhỏ — hữu ích khi đánh giá chất lượng cách điện hoặc kiểm tra rò rỉ trong linh kiện thụ động.
Nhiệt điện: kẻ thù thật sự của phép đo nanovolt
Đây là phần quan trọng nhất của bài viết, vì mua đúng máy chỉ giải quyết một nửa vấn đề.
Bất kỳ chỗ nối nào giữa hai kim loại khác nhau đều tạo thành một cặp nhiệt điện. Mối nối đồng–đồng thau sinh khoảng vài microvolt trên mỗi độ C chênh lệch nhiệt độ. So sánh con số đó với ngưỡng phân giải 100 pV của máy: chỉ cần một mối nối lệch nhiệt một phần trăm độ C là bạn đã có sai số lớn hơn hàng chục lần độ phân giải. Bàn tay chạm vào cọc đấu trước khi đo cũng đủ tạo trôi kéo dài nhiều phút.
Bốn biện pháp thực dụng:
- Dùng dây và cọc đấu đồng nguyên chất, hạn chế tối đa số mối nối giữa các kim loại khác nhau trên đường tín hiệu.
- Che chắn khỏi luồng gió từ điều hoà hoặc quạt — gió thổi trực tiếp lên cọc đấu tạo chênh lệch nhiệt độ liên tục.
- Chờ ổn định nhiệt sau khi đấu nối. Vài phút yên tĩnh thường tạo khác biệt lớn hơn mọi thiết lập lọc trên máy.
- Dùng kỹ thuật đảo cực: đo hai lần với cực tính ngược nhau rồi lấy trung bình, cách này khử được thành phần nhiệt điện gần như tĩnh.
Khi nào 34420A là thừa?
Nói thẳng: phần lớn công việc đo điện không cần tới thiết bị này. Nếu bạn đo điện áp nguồn, kiểm tra thông mạch, đo điện trở vài ohm trở lên hay dòng tải thông thường, một DMM để bàn 5½ hoặc 6½ chữ số đã thừa sức và rẻ hơn nhiều lần. Tham khảo bài Keysight EDU34450A trong 5 ngành cho nhóm ứng dụng phổ thông đó, hoặc Ứng dụng Keysight U1231A nếu bạn cần thiết bị cầm tay.
Ranh giới khá rõ ràng: nếu đại lượng cần đo nằm dưới khoảng một milivolt hoặc dưới một mili-ohm, và nếu sai số của phép đo ảnh hưởng trực tiếp tới kết luận kỹ thuật, thì Đồng Hồ Vạn Năng Để Bàn Keysight 34420A là công cụ đúng. Ngoài ngưỡng đó, bạn đang trả tiền cho năng lực không dùng đến.
Kết luận
34420A giải một nhóm bài toán hẹp nhưng rất khó thay thế: đo điện áp và điện trở ở ngưỡng mà nhiễu nhiệt điện trở thành yếu tố chi phối. Độ phân giải 7½ chữ số, độ nhạy 100 pV / 100 nΩ và bộ quét 2 kênh nhiễu thấp tích hợp cho bạn phần cứng cần thiết — phần còn lại phụ thuộc vào kỷ luật đấu nối và kiểm soát nhiệt tại bàn đo.
Xem các cấu hình đang phân phối tại chuyên mục Đồng Hồ Vạn Năng Để Bàn. Đội kỹ thuật Techmaster có thể tư vấn cấu hình Keysight 34420A cùng phụ kiện đấu nối phù hợp với mức tín hiệu bạn cần đo.
