Der Schwachsignal-Engpass ist in der Regel der Schalter
Thermoelemente, Dehnungsmessstreifen, Druckzellen und ähnliche Wandler geben Mikrovolt- oder Millivolt-Signale aus und sind vor der ersten Verstärkerstufe am verletzlichsten. Ein Schalter in diesem Pfad kann seinen eigenen thermischen Offset einspeisen, einen Leckstromweg nach Masse hinzufügen oder das Signal direkt dämpfen. In vielen Messketten ist der Multiplexer – nicht der Verstärker oder der ADC – das Element, das die Genauigkeitsgrenze setzt.
Thermische EMK ist ein Offset, den man nicht durch Glück wegkalibrieren kann
Eine Verbindung zweier ungleicher Metalle erzeugt eine Seebeck-Spannung. In einem gewöhnlichen Relais kann die Summe dieser Verbindungen bis zu Zehner von Mikrovolt betragen — genug, um über ein Thermoelement vom Typ T als erheblicher Temperaturfehler zu lesen. Die Niederthermo-Linie von SHR AUTOSENSOR kontrolliert Kontaktmaterialien, Anschlussmaterialien und Verbindungssymmetrie, um den zusätzlichen thermischen Offset innerhalb von ±1 µV zu halten, sodass das Relais fast keine eigene Spannung zum Messknoten beiträgt.
Schutzschirm und Spannungsfestigkeit
Ein niedriger thermischer Offset adressiert einen Fehlerterm; hochohmige Schaltungen fügen einen weiteren hinzu. Diese Relais enthalten einen internen elektrostatischen Schirm, der an ein Guard-Potenzial gelegt werden kann, das Leckströme vom Messknoten wegführt und das Signal-Rausch-Verhältnis in hochohmigen Frontends anhebt. Wo derselbe Kanal auch Isolation braucht, trägt die Familie eine hohe Spannungsfestigkeit – die BT-Serie spezifiziert zum Beispiel mindestens 2000 V Dielektrikum, sodass thermisch armes Schalten und Isolation nicht auf zwei Bauteile aufgeteilt werden müssen.
Pikoampere- und Femtoampere-Eingänge erfordern TΩ-Isolation
Das Schalten von Strömen im pA- oder fA-Bereich erhöht die Isolationsanforderung auf etwa 1014–1015 Ω, denn unterhalb dieses Bereichs wird das Leck durch den Schalter mit der zu messenden Größe vergleichbar. Hermetisch abgedichtete Kontakte auf Keramik- oder hochwertiger Polymerisolation machen diesen Wert erreichbar. Die HVFR-Serie adressiert diese Aufgabe mit mehreren Konfigurationen und hält die Hochisolations-Architektur bei Schaltspannungen bis zu 1.0 kVDC aufrecht.
HVFR- und BT-Serie auf einen Blick
- Schaltspannung: bis zu 1.0 kVDC
- Isolationswiderstand, Kontakt zu Kontakt: typischerweise bis 1012 Ω (1014 Ω in Sonderausführungen)
- Isolationswiderstand, Kontakt zu Spule: typischerweise bis 1013 Ω (1015 Ω in Sonderausführungen)
- Spannungsfestigkeit, Kontakt zu Kontakt: 1.5 kVDC
- Spannungsfestigkeit, Kontakt zu Spule: 4.5 kVDC
- Thermischer Offset: unter 10 mV Standard; unter 1.0 mV in der BT-Serie
Typische Anwendungen
- Thermoelement-Abtastung und Temperaturkalibrierung
- Multiplexen von Druck- und Dehnungswandlern
- Elektrometer- und Ionisationskammer-Auslesung
- Messung niedriger Leckströme und des Isolationswiderstands
- Parametrischer Halbleitertest bei Mikrovolt- und Pikoampere-Pegeln
Layout-Praktiken, die die Spezifikation erhalten
Ein thermisch armes Relais kann eine Platine nicht retten, die gegen es arbeitet; das umgebende Design muss seinen Teil beitragen.
- Steuern Sie den elektrostatischen Schirm von einem niederohmigen Guard an, der dem Signal folgt, sodass Leckströme von Guard zu Guard fließen, statt den Messknoten zu überqueren.
- Halten Sie die Übergänge im Signalpfad isotherm. Ein Temperaturgradient über einer Klemmenleiste oder einem Draht erzeugt seine eigene thermische EMK zusätzlich zum Relais-Offset.
- Lassen Sie nach dem Betätigen ein Einschwingintervall zu, bevor Sie eine Mikrovolt-Messung vornehmen – der Kontaktübergang braucht einen kurzen Moment, um das thermische Gleichgewicht zu erreichen.
- Halten Sie die Isolation des Signalknotens sauber und flussmittelfrei; Oberflächenverunreinigungen bilden einen Leckwiderstand, den keine Relaisspezifikation überwinden kann.
Wahl zwischen den Familien
Für eine Mikrovolt-Kette ist die BT-Serie der Ausgangspunkt wegen ihres thermischen Offsets im Sub-Millivolt-Bereich und ihrer 2000 V Spannungsfestigkeit. Für Kanäle, die Ströme hinunter in den Femtoampere-Bereich bei erhöhter Spannung führen, wechseln Sie zur HVFR-Serie und ihren 1014–1015 Ω Isolationsoptionen. Das Abstimmen des Relais auf den dominanten Fehlerterm — Offset bei niedriger Spannung, Isolation bei niedrigem Strom — ist das, was verhindert, dass der Schalter zur Genauigkeitsgrenze wird.
Über SHR AUTOSENSOR
SHR AUTOSENSOR TECH LIMITED (SHR AUTOSENSOR) fertigt Hochspannungs-Reed-Relais, quecksilberbenetzte Relais und Hochspannungs-DC-Schütze. Kontakt: [email protected] | +86 13761571029 | www.reed-relay.com