Date spazio alla precisione nelle misurazioni di basse correnti – Perché la precisione è importante

Quando si sviluppano soluzioni hardware a basso consumo energetico, per ottimizzare la durata della batteria e le prestazioni complessive è fondamentale che la misurazione della corrente sia accurata. Per un esempio pratico, confrontiamo la precisione di due dispositivi di Qoitech - Otii Ace Pro e Otii Arc Pro - con uno strumento di misurazione di uso comune nei laboratori.

Otii Ace Pro offre una precisione di ±(0,05% + 25 nA), quella di Otii Arc Pro è di ±(0,1% + 50 nA), mentre quella dei tipici strumenti è di ±(1% + 1 µA). La differenza si fa evidente quando si misurano le correnti di sospensione nell'intervallo dei microampere.

Ipotizziamo di dover misurare una corrente di sospensione di 1 µA. I tre strumenti indicati sopra darebbero i seguenti risultati:

• Otii Ace Pro → 1 µA ± 25,5 nA (lo 0,05% di 1 µA è 0,5 nA, più altri 25 nA) = 25,5 nA
• Otii Arc Pro → 1 µA ± 51 nA (lo 0,1% di 1 µA è 1 nA, più altri 50 nA) = 51 nA
• Strumento di misurazione standard → 1 µA ± 1 µA (l'1% di 1 µA è 10 nA, più un altro 1 µA) = 1010 nA

Da questi risultati è evidente che l'ultimo strumento non è di grande aiuto quando si misura una corrente di sospensione di 1 µA. Per capire meglio, diamo un'occhiata alla Figura 1 sugli errori assoluti previsti quando si misura la corrente con i diversi strumenti a diverse precisioni di misurazione di basse correnti.

Figura 1: Errori assoluti previsti quando si misura la corrente con Otii Ace Pro, Otii Arc Pro e uno strumento tradizionale, tutti con precisioni diverse per la misurazione di basse correnti. (Immagine per gentile concessione di Qoitech)

Se si prende l'intero intervallo di misurazione, la precisione varia. Potrebbe essere eccellente per un piccolo intervallo di corrente ma molto scarsa per altri intervalli. Vediamolo con errori di misurazione effettivi basati sulle schede tecniche, su un intervallo più ampio di misurazioni della corrente, per diversi strumenti presenti sul mercato (Figura 2).

Figura 2: Intervallo di misurazione della corrente e precisioni di vari strumenti e schede di misurazione disponibili sul mercato. (Immagine per gentile concessione di Qoitech)

Che conclusioni possiamo trarre? Dipende. Quando si seleziona uno strumento di misurazione, per capirne la precisione è fondamentale prendere in considerazione sia le esigenze a breve termine che quelle a lungo termine, esaminando la precisione su tutti gli intervalli indicati nella scheda tecnica. Si potrebbe aver bisogno di uno strumento estremamente preciso, il che implica pagare di più per ottenere una funzione eccellente (curva viola). Oppure, si potrebbe essere disposti ad accettare prestazioni inferiori per un'opzione più economica (curva blu). A seconda dell'applicazione, potrebbe essere sufficiente una precisione ragionevole su un ampio intervallo di misurazioni, abbinata a funzioni che migliorano l'ottimizzazione energetica.

Molti strumenti utilizzano la regolazione automatica per misurare un ampio intervallo di correnti (da nA ad A). Tuttavia, durante la commutazione dell'intervallo, le misurazioni possono essere imprecise o non disponibili, rendendo difficile il monitoraggio di carichi dinamici in cui le correnti di sospensione possono essere nell'intervallo µA a una sola cifra e le correnti operative possono raggiungere centinaia di mA. Otii Ace/Arc Pro allevia questi problemi riducendo al minimo la commutazione, eseguendola solo una volta. Questo è possibile grazie all'utilizzo di una misurazione parallela in un intervallo maggiore con un secondo shunt e un convertitore analogico-digitale, che consente una commutazione dell'intervallo senza soluzione di continuità senza perdita di dati e garantisce misurazioni continue e accurate.

Quindi, la prossima volta che acquisterete uno strumento di misurazione della corrente per il vostro laboratorio, assicuratevi di:

• Comprendere le specifiche della precisione: prestate molta attenzione ai valori di precisione indicati nella scheda tecnica dello strumento, compresi gli errori di guadagno e di offset. Determinano l'affidabilità delle misurazioni.
• Conoscere le vostre esigenze di misurazione: definite chiaramente gli intervalli di corrente da misurare. Ciò vi aiuta a scegliere uno strumento che garantisca la precisione necessaria per soddisfare i vostri requisiti specifici, sia per gli stati di sospensione a basso consumo che per le operazioni ad alta corrente.
• Ridurre al minimo la commutazione dell'intervallo: gli strumenti che passano frequentemente da un intervallo all'altro possono causare interruzioni e dati imprecisi. Optate per strumenti che riducono o eliminano la commutazione da un intervallo all'altro per garantire misurazioni continue e affidabili.