تجهیزات تست الکترونیکی و الکتریکی و برق

تجهیزات تست الکترونیکی الکتریکی و برق:
از تجهیزات تست الکترونیکی برای ساخت سیگنال و اخذ پاسخ از تجهیزات الکترونیکیِ تحت آزمایش استفاده می‌شود. به این ترتیب، می‌توان عملکرد صحیح دستگاه ها را تائید و یا خطاهای موجود در تجهیزات را ردیابی کرد. استفاده از تجهیزات تست الکترونیکی برای انجام هر کار جدی در زمینه‌ی سیستم‌های الکترونیکی ضروری است.

مهندسی و مونتاژ عملی تجهیزات الکترونیکی به استفاده از انواع مختلف تجهیزات تست الکترونیکی نیازمند است؛ دامنه‌ی این تجهیزات می‌تواند از دستگاه‌های بسیار ساده و ارزان‌قیمت (مانند یک لامپ تست تشکیل‌شده از فقط یک لامپ و یک لید تست) تا دستگاه‌های بسیار پیچیده و پیشرفته مانند تجهیزات تست خودکار (ATE) باشد. ATE اغلب شامل بسیاری از این تجهیزات به صورت واقعی یا در فرم شبیه‌سازی شده است.

عموماً در هنگام ساخت مدارها و سیستم‌ها، نسبت به زمانی که تست تولید یا عیب‌یابی واحدهای تولیدی موجود در این زمینه را انجام می‌دهیم، به تجهیزات پیشرفته‌تری نیاز داریم. مولتی‌متر یا سنجه‌ی چندکاره ، یک دستگاه اندازه‌گیری است که می‌تواند چندین مشخصه‌ی الکتریکی را اندازه‌گیری کند. یک مولتی‌متر معمولی می‌تواند ولتاژ، مقاومت و جریان را اندازه‌گیری کند که در این حالت می‌توان به آن یک ولت-اهم-میلی‌آمپرمتر (VOM) هم گفت.
مولتی‌مترهای آنالوگ از یک میکرو آمپرمتر، همراه با یک نشانگر متحرک برای نمایش خوانش‌ها استفاده می‌کنند. مولتی‌مترهای دیجیتال (DMM و DVOM)، نمایشگرهای رقمی دارند و باعث منسوخ شدن مولتی‌مترهای آنالوگ شده‌اند؛ به خاطر اینکه ارزان‌تر، دقیق‌تر و از لحاظ فیزیکی هم مقاوم‌تر از مولتی‌مترهای آنالوگ هستند.

هر مولتی‌متر، ترکیبی از یک ولت‌متر DC، ولت‌متر AC، آمپرمتر و اهم‌متر است. مولتی‌متر آنالوگ تقویت نشده، ترکیبی از سنجه ، مقاومت‌های رِنج و سوئیچ‌ها است؛ VTVMs، سنجه‌های آنالوگِ تقویت‌شده بوده و شامل مدارهای فعال هستند.
ولتاژ DC در یک سنجه‌ی آنالوگ:
با یک مقاومت سری متصل‌شده بین سنجه و مدار تحت آزمایش اندازه‌گیری می‌شود. از یک سوئیچ (معمولاً چرخان) برای افزایش مقاومت سری با سنجه استفاده می‌شود تا ولتاژهای بزرگ‌تر هم خوانده شود. حاصل‌ضرب جریان پایه‌ی انحرافی در مقیاس کامل و جمع مقاومت‌های سری و مقاومت خود سنجه، ولتاژ مقیاس کامل آن محدوده را به دست می‌دهد. برای مثال، سنجه‌ای که برای انحراف مقیاس کامل، به جریان 1 میلی‌آمپری نیاز دارد، همراه با یک مقاومت داخلی 500 اهم روی یک محدوده‌ی مولتی‌متر 10 ولتی، 9500 اهم مقاومت سری خواهد داشت.

برای دامنه‌های جریان آنالوگ، شنت‌های تطبیقی با مقاومت کم به صورت موازی به سنجه متصل می‌شوند تا بیشتر جریان را به اطراف سیم‌پیچ منحرف کنند. دوباره برای مثال فرضی 1 میلی‌آمپر، سنجه‌ی 500 اهم در یک دامنه‌ی 1 آمپری، مقاومت شنت باید کمی بیشتر از 5/0 اهم باشد.
تجهیزات سیم‌پیچ متحرک:
تنها می‌توانند به مقدار متوسط جریان عبوری از میان آن‌ها پاسخ دهند. برای اندازه‌گیری جریان متناوب که به صورت تکراری بالا و پایین می‌شود، از یک یکسوساز در مدار استفاده می‌شود تا نیم سیکل‌های منفی معکوس شوند؛ نتیجه‌ی این کار یک ولتاژ DC متغیر و غیر صفر است که حداکثر مقدار آن، با فرض شکل موج متقارن، نصف ولتاژ قله به قله‌ی AC خواهد بود. از آنجایی که مقدار متوسط یکسوشده و مقدار جذر میانگین مربعات (RMS) یک شکل موج، تنها برای یک موج مربعی یکسان است، مدارهای ساده‌ی یکسوساز تنها می‌توانند برای شکل موج‌های سینوسی کالیبره شوند. شکل موج‌های دیگر به ضریب کالیبراسیون متفاوتی برای مرتبط کردن مقدار متوسط و RMS نیاز دارند. این نوع مدارها، معمولاً دامنه‌ی فرکانسی نسبتاً محدودی دارند. از آنجایی که یکسوسازهای عملی، افت ولتاژ غیرصفر دارند، در مقادیر کم ولتاژ AC صحت و حساسیت آن‌ها ضعیف است.
به منظور اندازه‌گیری مقاومت:
سوئیچ‌هایی روی یک باتری کوچک در داخل دستگاه گذاشته شده است تا جریانی را از میان دستگاه تحت آزمایش و سیم‌پیچ سنجش، عبور دهند. از آنجایی که جریان موجود به وضعیت شارژ باتری بستگی دارد که با گذشت زمان عوض می‌شود، مولتی‌متر معمولاً دارای یک کلید تنظیمی برای مقیاس اهم است تا آن را صفر کند. انحراف سنجه در مدارهای معمولی که در مولتی‌مترهای آنالوگ یافت می‌شوند، نسبت معکوسی با مقاومت دارد؛ بنابراین مقیاس کامل برابر با صفر اهم بوده و مقاومت بالا متناظر با انحراف‌های کوچک‌تر خواهد بود. مقیاس اهم فشرده شده است؛ بنابراین رزولوشن در مقادیر مقاومت پایین‌تر، بهتر است.

طراحی شبکه‌های مقاومتی سری و شنت، در دستگاه‌های تقویت‌شده ساده‌تر شده است. مقاومت داخلی سیم‌پیچ از انتخاب مقاومت‌های محدوده‌ی سری و شنت جدا شده است؛ بنابراین شبکه‌ی سری به یک تقسیم‌کننده‌ی ولتاژ تبدیل می‌شود. هر جایی که اندازه‌گیری AC مورد نیاز باشد، می‌توان به منظور افزایش دقت در محدوده‌ی پایین، یکسوساز را پس از طبقه‌ی تقویت‌کننده قرار داد.

دستگاه‌های دیجیتال که لزوماً تقویت‌کننده‌هایی را در خود دارند، برای خوانش مقاومت از اصول یکسانی با دستگاه‌های آنالوگ استفاده می‌کنند. برای اندازه‌گیری مقاومت، معمولاً یک جریان ثابت کوچک از میان دستگاه تحت آزمایش عبور داده می‌شود و مولتی‌متر دیجیتال، افت ولتاژ حاصل را می‌خواند؛ این امر، نیاز به فشردگی مقیاس در دستگاه‌های آنالوگ را از بین می‌برد، اما در عوض به یک منبع جریان دقیق نیاز دارد. یک مولتی‌متر دیجیتال با تعیین دامنه‌ی خودکار می‌تواند شبکه‌ی مقیاس‌بندی را به صورت اتوماتیک تنظیم کند؛ بنابراین مدارهای اندازه‌گیری از دقت کامل مبدل‌های A/D استفاده می‌کنند.

در تمامی انواع مولتی‌مترها، کیفیت المان‌های سوئیچینگ نقشی حیاتی در اندازه‌گیری‌های پایدار و دقیق دارد. بهترین DMMs از کنتاکت‌های با روکش طلا در سوئیچ‌های خود استفاده می‌کنند؛ در سنجه‌های ارزان‌تر با تکیه بر اثرات لحیم‌کاری مدارچاپی برای کنتاکت‌ها، از روکش نیکل استفاده می‌شود و یا اینکه کلاً از روکشی استفاده نمی‌شود. صحت و پایداریِ (مانند تغییرات دمایی، فرسودگی یا سابقه‌ی ولتاژ و جریان قبلی) مقاومت‌های داخلی یک سنجه (و مؤلفه‌های دیگر)، عامل محدودکننده‌ای در صحت و دقت بلندمدت دستگاه است.
کلمپ متر جریان
یک کلمپ جریان در مهندسی برق و الکترونیک که همچنین با عنوان پروب جریان هم شناخته می‌شود یک دستگاه الکتریکی با گیره‌هایی است که برای کلمپ کردن یک هادی الکتریکی، از هم باز می‌شوند. این دستگاه امکان اندازه‌گیری جریان یک هادی بدون نیاز به برقراری تماس مستقیم با آن و یا بدون نیاز به قطع آن به منظور قرار دادن پروب را فراهم می‌کند.

معمولاً از کلمپ‌های جریان برای خوانش دامنه‌ی جریان متناوب (AC) استفاده می‌شود؛ همچنین با به کار بردن تجهیزات اضافی، فاز و شکل موج را هم می‌توان اندازه‌گیری کرد. برخی از کلمپ مترها می‌توانند جریان‌های تا 1000 آمپر و بیشتر را هم اندازه‌گیری کنند. کلمپ‌های نوع پره‌ای و اثر هال هم می‌توانند جریان مستقیم (DC) را اندازه‌گیری کنند.

یک سنجه‌ی الکتریکی با کلمپ جریان AC یکپارچه، با عناوین clamp meter، clamp-on ammeter، tong tester یا در زبان محاوره‌ای به عنوان amp clamp هم شناخته می‌شود.
یک کلمپ متر، جمع برداری جریان‌های موجود در تمام هادی‌های گذرنده از میان پروب که به رابطه‌ی فاز جریان‌ها بستگی دارند را اندازه‌گیری می‌کند. معمولاً تنها یک هادی از میان پروب عبور می‌کند. به طور خاص اگر کلمپ به دور یک کابل دو سیمی حامل برق ورودیِ یک دستگاه بسته شده باشد، جریان یکسانی از یک سیم پایین رفته و از دیگری بالا می‌آید؛ از این رو سنجه به درستی، جریان خالص صفر را می‌خواند. از آنجایی که کابل‌های الکتریکی تجهیزات، هر دوی هادی‌های عایق شده (و احتمالاً یک سیم زمین) را در کنار هم دارند، از کلمپ مترها اغلب همراه با یک سیم کوتاه و دو هادی جدا از هم استفاده می‌شود؛ بنابراین کلمپ را می‌توان به دور فقط یکی از این هادی‌ها قرار داد.

کلمپ متر چند رسانایی همراه با چندین سیم‌پیچ حسگر در اطراف گیره‌های کلمپ، دستگاهی است که اخیراً توسعه داده شده است. می‌توان این دستگاه را به دور کابل‌های تک‌فاز دو یا سه سیمی استاندارد، برای خوانش جریان عبوری از میان بار و بدون نیاز به جدا کردن هادی‌ها، بست.

می‌توان خوانش مربوط به یک هادی حامل جریان بسیار کم را با پیچاندن چند باره‌ی هادی به دور کلمپ افزایش داد؛ قرائت سنجه تقسیم بر تعداد دورها، همان جریان است؛ البته با مقداری تلفات در دقت به دلیل اثرات القایی.
برق‌کارها گاهی اوقات با ادغام کردن کلمپ در یک مولتی‌متر چندمنظوره، از کلمپ مترها استفاده می‌کنند.

با استفاده از ترانسفورماتور جریان مناسب، می‌توان جریان‌های بسیار بزرگ (صدها آمپر) را به سادگی اندازه‌گیری کرد. اندازه‌گیری دقیق جریان‌های کوچک (در حد چند میلی‌آمپر) با یک کلمپ ترانسفورماتور جریان دشوارتر است. محدوده‌ی هر سنجه‌ی معین را می‌توان با عبور دادن چندباره‌ی هادی از میان گیره، افزایش داد. برای مثال می‌توان یک سنجه‌ی 0-200 آمپر را با پیچاندن هادی به میزان 10 دور حول هسته‌ی گیره، به یک سنجه‌ی 0-20 آمپر تبدیل کرد.
کلمپ مترهای ارزان‌قیمت‌تر، از یک مدار یکسوساز استفاده می‌کنند که در واقع جریان متوسط را می‌خواند، اما به گونه‌ای کالیبره شده است تا جریان RMS متناظر با مقدار متوسط اندازه‌گیری شده را نشان دهد؛ البته فقط در صورتی می‌تواند خوانش RMS دقیق را نشان دهد که جریان، یک موج سینوسی باشد. برای سایر شکل موج‌ها، این خوانش نادرست خواهد بود؛ هنگامی که از این سنجه‌های ساده برای بارهای غیرسینوسی مانند بالاست‌های به کار گرفته شده در لامپ‌های فلوئورسنت، لامپ‌های دشارژ با شدت بالا یا اکثر کامپیوترها و تجهیزات الکترونیکی مدرن استفاده شود، خوانش می‌تواند کاملاً نادرست باشد. سنجه‌هایی که به جای جریان متوسط به true RMS پاسخ می‌دهند، «true RMS» نام دارند.

واحدهای معمولی دستی اثر هال می‌توانند جریان‌های زیر 200 میلی‌آمپر را بخوانند؛ همچنین واحدهایی هم وجود دارند که می‌توانند جریان‌های زیر 1 میلی‌آمپر را هم بخوانند.
آمپرمترهای شرکت هابوتست، نمونه‌ای از نوع پره آهنی هستند که برای اندازه‌گیری جریان‌های AC بزرگ تا 1000 آمپر به کار گرفته می‌شوند. گیره‌های آهنی سنجه، میدان مغناطیسی اطراف هادی را به یک پره‌ی آهنی که به سوزن سنجه متصل شده است، هدایت می‌کنند. پره‌ی آهنی متناسب با قدرت میدان مغناطیسی حرکت کرده و بنابراین یک نشانگر سنجه‌ی متناسب با جریان را تولید می‌کند. این نوع آمپرمتر می‌تواند هر دوی جریان‌های AC و DC را اندازه‌گیری کند؛ همچنین می‌تواند یک اندازه‌گیری دقیق از جریان true RMS شکل موج‌های AC اعوجاج یافته یا غیر سینوسی را هم ارائه دهد. سنجه‌های قابل تعویض را می‌توان در مجموعه‌ی کلمپینگ به منظور فراهم کردن مقادیر جریان مختلف مقیاس کامل تا 1000 آمپر نصب کرد. پره‌ی آهنی در یک سیلندر کوچک قرار دارد که در یک فضا در انتهای لولایی گیره‌های کلمپ واقع شده است. اندازه‌ی گیره‌های مختلفی برای کلمپینگ دور هادی‌های بزرگ و شین‌های اصلی تا عرض 2/1 4 اینچ (110 میلی‌متر) وجود دارد. همان‌گونه که در شکل نشان داده شده است، مقیاس بسیار غیرخطی بوده و برای اندازه‌گیری جریان‌های کوچک و همچنین جریان‌های کوچک‌تر از نصف انحراف مقیاس کامل واقع در بخش کوچکی از صفحه‌ی مدرج، نامناسب است.