Měření okrajových hodnot proudu a napětí

Měření napětí a proudu se jeví jako celkem snadná záležitost. Stačí vzít správný přístroj, připojit a lze měřit. U velmi malých napětí a proudů to ale problém je. Na opačné straně spektra, u velkých proudů a vysokých napětí, je to nejen problém, ale i značně nákladná a nebezpečná záležitost.
V typickém obvodu zdroj generuje proud, který protéká obvodem. Pro měření proudu stačí obvod přerušit a do přerušení umístit ampérmetr. Ideální ampérmetr má nulový odpor, takže lze snadno změřit protékající proud. Ampérmetry však, stejně jako jakákoliv jiná zařízení, nejsou ideální a vnášejí do měření chyby a nejistotu měření. U malých proudů nad 1 mA (10-3 A) jsou chyby stále ještě zanedbatelné. Velmi stručně řečeno je pro měření velmi malých proudů využito principu zesílení proudu zesilovačem a principu mechanického převodu proudu na pohyb (cívky v magnetickém poli). Napětí se měří elektrometry různých konstrukcí (zesilovač, vibrační kondenzátor).
Vliv měřicího prostředí
U malých proudů pod 1 mA lze hovořit o proudech v řádu fA (10-15 A). V těchto případech již vůbec nejde o zanedbatelné vlivy. Jde o chyby způsobené odporem vodičů, vnitřní spotřebou přístroje (např. o snižování náboje ionizačním zářením nebo přenosem přes vzduch mezi součástkami v přístroji), vlivem proudových šumů způsobených triboelektrickými (třecími) efekty, kdy při ohybu kabelů a posunu izolace po vodičích vznikají velmi malé rozdíly v potenciálech a s nimi vznikají i vyrovnávací proudy, piezoelektrické efekty, kdy mechanickým působením vzniká na některých materiálech (obvykle keramických izolantech, ale i některých plastech) velmi malý, ale měřitelný náboj ovlivňující měření. Dále jsou to elektrochemické efekty, kdy např. na desce plošných spojů může vlivem nečistot docházet k přenosu proudu v řádu nA (10-9 A). Nezanedbatelný je i vliv dielektrické absorpce, která vzniká v dielektrikách po odstranění napětí (např. vypnutí zdroje). Náboj v dielektriku – důsledek polarizace dielektrika, který vznikl v důsledku napětí ve vodiči – je zdrojem vyrovnávacích proudů, které tečou obvodem i po vypnutí. V některých případech trvá hodiny, než vyrovnávací proudy ustanou a je možné přistoupit k dalšímu měření. Souhrnně lze říci, že výše uvedené vlivy vytvářejí proudy mezi 10-15 až 10-8 A. Dalším významným vlivem je konduktivní proud protékající mezi vodiči a jejich izolací. Při napětí 15 V a odporu izolantu 15 GΩ se jedná o nezanedbatelný proud 15 nA. Pro odstranění zdrojů chyb existuje mnoho řešení. Některá jsou z oblasti organizačních a procesních opatření (např. dost času na vyrovnání důsledků dielektrické absorpce), některá leží v oblasti kvality a kontroly kvality propojovacích vodičů a jejich izolace a jiná ve způsobu zapojení měřicích obvodů. U měření malých proudů jde tedy především o potlačení vlivů způsobených konstrukčními a fyzikálními vlastnostmi přístrojů a součástek měřicích obvodů. Samotné proudy jsou měřeny pikoampérmetry jak analogovými (pohyblivá cívka v magnetickém poli) tak i digitálními, které si lze celkem snadno opatřit v běžné prodejní síti. Ty nejmenší proudy měří elektrometr.

Celý článek v časopise Elektro 4/20 str. 54