Ручной цифровой мультиметр — одна из самых экономных и потому наиболее показательных батарейных нагрузок в промышленной электронике: это точный прибор, который должен работать сотни часов от двух элементов AA, выдерживать падение с четырех метров на бетон и продолжать точно измерять на паровой установке, в гондоле ветротурбины или на нефтеперерабатывающем заводе. Портативные приборы неразрушающего контроля (NDT) — изоляционные тестеры, толщиномеры и измерители покрытий, низкоомные микроомметры — разделяют ту же философию долгого, аккуратного измерительного режима, прерываемого короткими испытательными возбуждениями с более высоким током. Эта первая статья разбирает этот профиль нагрузки под защитной эгидой МЭК 61010-1, стандарта на электрическое испытательное и измерительное оборудование и его категории измерений (ведущие промышленные мультиметры имеют класс CAT III 1000 В / CAT IV 600 В). В ней объясняется, как выборка истинного среднеквадратичного значения и АЦП формируют базовый ток, почему заявленный срок службы батареи составляет примерно от 200 до 1000 часов в зависимости от функции и прибора, как подсветка, звуковой сигнал прозвонки и возбуждение при испытании изоляции создают короткие пики нагрузки, и где — честно — располагаются перезаряжаемые AA-элементы никель-металлгидридных аккумуляторов по сравнению с одноразовыми щелочными и литиевыми первичными элементами в сумке профессионального испытателя.
Прежде чем решать вопрос о батарее, следует рассмотреть систему безопасности. МЭК 61010-1 устанавливает требования безопасности к электрическому испытательному, управляющему и лабораторному оборудованию, а его категории измерения перенапряжений — CAT II у розетки, CAT III в стационарной установке, CAT IV в точке источника питания — определяют пути утечки, зазоры и стойкость к импульсам. Эталонные промышленные мультиметры, такие как семейства Fluke 87V MAX, 289 и 179, имеют класс CAT III 1000 В и CAT IV 600 В, поэтому их входная защита, плавкие предохранители и корпус массивны, хотя их электроника маломощная.
Это важно для конструкции батареи, поскольку архитектура безопасности и измерительный блок используют одни и те же два элемента. Питание должно оставаться чистым и стабильным во время событий входной защиты, переключения диапазонов и в широком промышленном температурном диапазоне, без сброса, который испортил бы показание в середине испытания. Таким образом, предсказуемый низкоимпедансный источник с плоским напряжением разряда способствует воспроизводимости измерений, а не только удобству.
Современные промышленные мультиметры являются приборами с истинным СКЗ: они дискретизируют входную форму сигнала с высокой частотой и вычисляют настоящее среднеквадратичное значение, правильно считывая искаженные токи, потребляемые частотно-регулируемыми приводами и импульсными источниками питания, — семейство 87V даже добавляет специальную фильтрацию VFD. Это непрерывное высокоскоростное преобразование вместе с аналоговым интерфейсом, управлением дисплеем и автоматическим выбором диапазона задает небольшой, но постоянный базовый ток, как правило, на порядки ниже, чем у радиоустройства, но никогда не равный нулю.
Поскольку базовая линия настолько низка, управление рабочим циклом доминирует в потреблении энергии: мультиметр замедляет или переводит преобразования в режим ожидания между показаниями, использует таймер автоматического отключения и затемняет или отключает подсветку, если она не запрошена. Результатом является исключительный заявленный срок службы батареи профессиональных инструментов — Fluke 87V MAX заявляет примерно 800 часов на своих AA-элементах, стандартный 87V — около 400 часов, регистрирующий 289 — около 200 часов, 179 — около 200 часов, а изоляционный мультиметр 1587 FC — около 1000 часов в своем конкретном режиме. Это данные производителей для указанных первичных элементов, и они задают энергетический бюджет, к которому перезаряжаемый AA должен правдоподобно приближаться.
На измерительную базовую линию накладываются короткие события с более высоким током: яркая двухуровневая белая подсветка, включаемая в темном шкафу, зуммер прозвонки, управляющий своим пьезоэлементом и низкоомным испытательным током, обновления гистограммы с высокой частотой выборки и — в изоляционном тестере или микроомметре — целенаправленное испытательное возбуждение напряжением или током, которое гораздо требовательнее простого измерения напряжения. Эти пики коротки по отношению к общему режиму, но именно тогда высокоимпедансный частично разряженный элемент может просесть и нарушить показание.
Поэтому низкое внутреннее сопротивление ценно даже при средней мощности в милливатты: и свежий щелочной элемент, и качественный NiMH-элемент обладают низким импедансом, но старые первичные элементы под нагрузкой и на холоде могут резко проседать, тогда как NiMH удерживает более плоское напряжение на протяжении большей части своей емкости. На первом анимированном рисунке длинная пологая измерительная базовая линия противопоставляется пикам подсветки и прозвонки; на втором показано, как ведет себя шина питания в процессе разряда для низкоимпедансного перезаряжаемого элемента по сравнению с изношенным первичным под повторяющимися малыми пиками.
Подавляющее большинство ручных мультиметров используют два элемента AA — в щелочном исполнении обозначаемые МЭК LR6 — последовательно для номинального питания 3 В, которое мультиметр понижает до своих логических и аналоговых шин. «Срок службы батареи» всегда зависит от испытания: часы измерения сопротивления отличаются от часов регистрации данных с активным дисплеем, которые, в свою очередь, отличаются от испытания изоляции, поэтому при ответственном сравнении используется заявленный производителем режим, а не одна броская цифра.
Для профессионального пользователя экономический и эксплуатационный вопрос заключается в том, могут ли перезаряжаемые элементы заменить постоянный поток первичных. Высокоемкий NiMH AA с низким саморазрядом обеспечивает значительную долю времени работы первичного элемента на один заряд, может перезаряжаться сотни раз и — что крайне важно для сумки с инструментом — представляет известное, свежеперезаряженное состояние в начале каждой смены вместо неизвестного одноразового элемента неопределенного возраста. Его более плоское напряжение также отодвигает предупреждение о низком заряде в функциях с высоким потреблением, хотя щелочной элемент все еще выигрывает по чистой одноразовой продолжительности работы в мультиметре, который используется лишь изредка.
Полевые приборы должны работать на холоде, и здесь сравнение химий должно быть откровенным. Руководства приборов говорят об этом прямо: например, изоляционный мультиметр Keysight U1461A рассчитан на работу до −40 °C с литиевыми первичными элементами, но только до −20 °C со щелочными элементами, с различными гарантированными временами работы. Литиевые первичные элементы — чемпионы по работе в холодную погоду и десятилетнему сроку хранения; щелочные дешевы и повсеместны, но уступают в сильный мороз и под нагрузкой; NiMH перезаряжаем и при разряде холодостоек, а современные типы с низким саморазрядом хорошо работают до типичных промышленных зимних температур, хотя, как и у любой водной химии, его емкость на пределе снижается.
Поэтому профессиональная стратегия смешанная, а не идеологическая: перезаряжаемый NiMH как повседневные элементы для рутинных работ на стенде и на установке, где их многоразовость и стабильное напряжение окупаются, а литиевые или щелочные первичные элементы берутся в качестве холодового или аварийного резерва. Конструкция порога низкого заряда и регулятора мультиметра с расчетом на принятие несколько более низкого номинального плато NiMH 1,2 В во всем его диапазоне — вместо предположения кривой первичного элемента 1,5 В — именно это позволяет этой смешанной стратегии работать без преждевременных предупреждений о низком заряде.
Анализ дает четкую спецификацию для профессионального перезаряжаемого AA: высокая и стабильная по партиям емкость, чтобы приближаться к продолжительности работы первичного элемента на один заряд; низкое внутреннее сопротивление для удержания шины при пиках подсветки, прозвонки и возбуждения изоляции; низкий саморазряд, чтобы элемент, оставленный в сумке с инструментом на недели, был по-прежнему готов; широкий температурный диапазон разряда с охарактеризованным поведением на холоде; и сотни циклов с плавным снижением емкости, чтобы экономика парка благоприятствовала перезарядке.
Следующая статья превращает эту спецификацию в руководство по выбору и конструированию — сравнивая NiMH, щелочные и литиевые элементы по совокупной стоимости владения и электрическому поведению, подбирая размер элементов для набора функций мультиметра, проектируя зарядные устройства и ротацию парка для бригады техобслуживания и согласуя архитектуру низкого заряда с плато NiMH. Третья статья затем охватывает испытания категорий по МЭК 61010-1, квалификацию на проникновение и падение, такие как IP67 и падения с четырех метров, искробезопасность для взрывоопасных атмосфер, а также свидетельства МЭК 61951-2, МЭК 62133-2 и UN 38.3, стоящие за профессиональным перезаряжаемым элементом.
Weijiang Power разрабатывает и производит герметичные никель-металлгидридные элементы и согласованные промышленные сборки для удаленного, автономного и связанного с безопасностью оборудования и поддерживает OEM-партнеров файлами характеристик по МЭК 61951-2, доказательствами безопасности по МЭК 62133-2, характеристикой импульсной нагрузки, испытаниями в широком температурном диапазоне и совместной валидацией зарядного устройства/сборки. Сообщите нам ваш рабочий цикл, пиковый ток, температурный диапазон, целевую автономность и стандарты, которым должно соответствовать ваше изделие, и наши инженеры подберут комбинацию элементов и сборки, которая защитит время работы, надежность и срок службы. Ознакомьтесь с ассортиментом на странице продуктов.
