디지털멀티미터측정에러관련시리즈 시스템케이블연결에러및디지털멀티미터의 DC 전압측정에러 어플리케이션노트 AN 1389-1 개요 디지털멀티미터 (DMM) 를이용하여측정을수행할때일상적인오류가발생하게됩니다. 여기에제시된내용은발생가능한측정오류를제거하고 DMM을최대한정확하게사용할수있도록해줄것입니다. 본문서에서는시스템케이블연결오류및 dc 전압측정오류를다루게됩니다. ac 전압측정오류에관해서는어플리케이션노트 AN 1389-3을참조하시기바랍니다. 저항, dc 전류, ac 전류및주파수와주기측정오류에관해서는어플리케이션노트 AN 1389-2를참조하십시오 (NOTE: 벤치탑 (benchtop) 및시스템으로서모두이용이가능한 Agilent 34401A, 6-1/2 디지트 (digit), 고성능 DMM 이용사례예제로사용합니다 ).
시스템케이블연결오류 무선주파수간섭 - 대부분의전압측정계측기는인접해있는무전기및텔레비전송신기, 컴퓨터모니터, 이동전화기등의대형고주파신호소스가있을경우잘못된판독결과를얻을수있습니다. 또한, 고주파에너지는시스템케이블연결상에서멀티미터와커플링될수도있습니다. 간섭을감소시키려면시스템케이블연결이고주파 RF 소스에노출되는것을최소화하도록해야합니다. 어플리케이션이멀티미터로부터의 RFI 방사에극도로민감한경우, 그림 1에제시한것처럼시스템케이블연결에공통모드초크를사용하여멀티미터의방출을감쇠시켜야합니다. 열 (thermal) EMF 오류 - 저레벨전압측정상의가장일반적인오류인열전기전압오류의원인은회로연결의상이한온도상의서로다른금속으로이루어지는경우발생합니다. 각금속대금속의연결이열전대를형성하여접합온도에비례하는전압을발생시킵니다. 저레벨전압측정시열전대전압및온도편차를최소화하기위해필요한예방조치를취하는것이바람직합니다. 가장적절한연결은구리대구리꼬임 (crimped) 연결을사용하는경우입니다. 그림 2는유사하지않은금속간의연결에대한일반적인열전기전압을나타낸것입니다. 환상면체 DMM으로그림 1. 자계에의한노이즈 - 자계가까이에서측정을실시할때측정연결에서의전압유도를방지하기위해예방조치를취해야합니다. 고정자계의입력연결배선이움직이거나, 또는자계가변화되는경우전압이유도될수있습니다. 접지의자계에서차폐가없고열악하게피복을입힌입력배선을움직이면수 mv 의전압이발생할수있습니다. 또한, ac 전력선주위의자계를변화시켜도수백 mv 까지전압이유도될수있습니다. 대규모전류를전달하는컨덕터 (conductor) 근처에서작업하는경우특히주의가필요합니다. 구리대각금속연결대략적인열전기전압 (μv/ C) 구리 0.3 미만금 0.5 은 0.5 황동 3 베릴륨 ( beryllium) 구리 5 알루미늄 5 Kovar 또는합금 42 40 실리콘 500 구리산화물 1000 카드뮴주석납땜 0.2 주석납납땜 5 그림 2. 변환기로라우트 (route) 케이블연결은가급적전기모터, 발생기, 텔레비전, 컴퓨터모니터등의주변에일반적으로존재하는자계에근접하지않도록해야합니다. 또한, 자계근처에서작동하는경우에는입력배선이안전하게묶이고너무팽팽하지않도록해야합니다. 연선연결을이용하여멀티미터가노이즈픽업루프 (pickup loop) 영역을감소시키게하거나, 가능한한배선이서로근접해지도록해야합니다. 2
R L = 리드저항 R i = 멀티미터절연저항 V ground = 그라운드버스 ( ground bus) 상의전압강하 이상적인미터 그림 3. 그라운드루프 (ground loop) 에그라운드루프를제거하는최상의방법은의한노이즈 - 접지로부터멀티미터를분리시켜유지하는멀티미터와테스트대상디바이스 (DUT) 가것입니다. 입력단자를그라운드에연결해서는모두접지그라운드로기준되어있는회로의안됩니다. 멀티미터가접지에기준화되어야한다면멀티미터와 DUT를동일한공통전압을측정할때그라운드루프가형성됩니다. 그라운드포인트에연결해야합니다. 그림 3에나타낸것과같이두그라운드이를통해디바이스들간의전압차이를기준점 (Vground) 사이의전압차이는측정리드에감소시키거나없앨수있게될것입니다. 전류의흐름을초래할수있습니다. 이는측정된또한가능하다면멀티미터와 DUT를동일한전압에부가되는오프셋전압 ( 보통전력선전기콘센트에연결해야합니다. 관련 ) 이나노이즈등의오류를초래할수있습니다. 3
DC 전압측정오류 공통모드제거 - 이론상으로멀티미터는접지기준회로와완전히절연됩니다. 그러나그림 4에제시한것처럼멀티미터의입력 LO 단자와접지그라운드사이에는제한된저항이존재합니다. 이러한저항은접지그라운드에대해상대적으로부동하는저전압을측정할때오류를초래할수있습니다. 이상적인미터 주입된전류로인한노이즈 멀티미터의전력변압기의잔류캐패시턴스 (capacitance) 는 LO 단자에서접지 그라운드로적은전류가흐르게합니다. 주입된전류의주파수는전력선의 주파수이거나아마도전력선주파수의 고조파일가능성이높습니다. 주입된전류는전력선의구성과주파수에의존합니다. 그림 5에단순화된회로가제시되어있습니다. V f = 부동전압 R s = DUT 소스저항불균형 R i = 멀티미터분리저항 ( LO-접지 ) C i = 멀티미터입력캐패시턴스 ( ~ 200pF LO-접지 ) 오류 ( V)= V f R s R s + R i 그림 4. 주입된전류 (50/60 Hz ac 라인누출전류 ) 그림 5. 4
주 : 주입된전류에의한측정노이즈는 DMM의적분시간을 1 전력선주기 (PLC) 이상으로설정함으로써상당폭감소시킬수있습니다. 연결 A 연결 B 그림 6. 연결 A ( 그림 6 참조 ) 에서주입된전류가회로에 의해제공된접지연결에서 DMM 의 LO 단자 쪽으로흘러측정에대한노이즈는부가되지 않습니다. 그러나연결 B 에서는주입된전류가 저항 R을통과하면서측정에노이즈를추가합니다. 연결 B의경우보다큰R값이 이상적인미터 문제를악화시킬것입니다. 입력저항으로인한로딩에러 - 측정로딩에러는 DUT의저항이멀티미터의자체입력저항에대해상당한비율이될경우 V s = 이상적인 DUT 전압 R s = DUT 소스저항 R i = 멀티미터입력저항 ( 10 MΪ 또는 10 GΪ 미만 ) 오류 ( %)= 100 R s R s + R i 발생합니다. 그림 7은이러한에러소스를보여줍니다. 그림 7. 로딩에러의영향을줄이고노이즈포착을 최소화하기위해 Agilent 34401A 의입력저항을 100 mvdc, 1 Vdc 및 10 Vdc 범위에대해 10 GΪ 이상으로설정합니다. 입력저항은 100 Vdc 와 1000 Vdc 범위에대해서는 10 MΪ 으로유지됩니다. 5
입력편향전류로인한로딩에러 - 멀티미터의입력캐패시턴스는단자가개방회로가될때 ( 입력저항이 10 GΪ 일경우 ) 입력편향전류로인하여 대전 (charge up) 될것입니다. 멀티미터의측정회로는 0 C ~ 30 C 의주변온도에서대략적으로 30 pa의입력편향전류를나타냅니다. 편향전류는 30 C 이상의주변온도에서는매8 C 당두배의증가를보이게될것입니다. 이러한전류는 DUT의소스저항에따라약간의전압오프셋을발생시킵니다. 이러한효과는 100 kϊ 이상의소스저항에대하여또는멀티미터의작동온도가 30 C 보다훨씬높을때검증이됩니다. i b = 멀티미터편향전류 R s = DUT 소스저항 C i = 멀티미터입력캐패시턴스 (capacitance) 그림 8. 오류 (v)= ~ i b R s 이상적인미터 6
결론 34401A 등의최신 DMM은여러가지공통적인에러발생원인으로부터보호해줄수있는많은기능들을포함하고있습니다그러나저레벨또는정밀측정을실시할때측정오류의원인이될수있는조건들을보다상세히파악해야합니다. 온도, RF 신호및전자계변화등의환경적조건이 DMM의측정품질에중요한영향을미칩니다. 일단측정환경이최적화되면그다음으로적절한케이블연결이측정오류에상당한영향을미칠수있습니다. 나머지오류제공조건은계산을통해측정불확도에추가될수있습니다. Agilent 34401A에관한보다자세한정보는웹사이트 www.agilent.co.kr/find/34401a를방문하시기바랍니다. 7
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