Laboratoryjne testery BT3563 i BT3562 sprawdzają akumulatory, mierząc dokładnie i w szerokim zakresie ich rezystancję wewnętrzną oraz napięcie.

Testery akumulatorów BT3563 (fot. 1) i BT3562 są przyrządami mierzącymi małe rezystancje, używając do tego metody czteroprzewodowej oraz prądu przemiennego o częstotliwości 1 kHz. Oba testery wyróżniają się szerokim zakresem pomiaru rezystancji wewnętrznej od 3 mΩ do 3 kΩ, a ponadto precyzyjnym pomiarem napięcia (z dokładnością równą 0,01%) i to w szerokim zakresie do 300 V (w przypadku BT3563) lub do 60 V (w przypadku BT3562). Przyrządy zaprojektowano do testowania dużych pakietów akumulatorów o małej rezystancji wewnętrznej.
W ciągu prawie 20 lat, które upłynęły od wprowadzenia na rynek pierwszego akumulatora litowo-jonowego, akumulatory te stały się popularne w przenośnych urządzeniach, takich jak telefony komórkowe, cyfrowe aparaty i kamery fotograficzne oraz przenośne komputery, a ostatnio nawet w pojazdach zasilanych elektrycznością.
Konstruktorzy pracujący nad akumulatorami do zastosowań w pojazdach elektrycznych i przemysłowych starają się nieustannie zwiększyć ich wydajność prądową, przy jednoczesnym zmniejszeniu rezystancji wewnętrznej. W efekcie tych działań rezystancja wewnętrzna poszczególnych cel produkowanych obecnie akumulatorów spadła już poniżej 1 mΩ, co spowodowało, że istniejące przyrządy testujące akumulatory przestały nadawać się już do tego celu. Należy jeszcze dodać, że przyrządy tego typu powinny odznaczać się dużą dokładnością pomiaru napięcia (równą lub lepszą od 0,01%), aby mogły rejestrować niewielkie zmiany tego napięcia występujące w stanie rozładowywania własnego akumulatora. Napięcia pakietów akumulatorów stosowanych w pojazdach elektrycznych i elektrycznych motocyklach przekraczają obecnie 100 V. Stąd też przyrządy testujące takie akumulatory muszą spełniać również te wymagania. Aby spełnić nowe potrzeby producentów i użytkowników akumulatorów odnośnie zakresu i rozdzielczości wskazania oraz dokładności pomiaru, firma Hioki opracowała testery BT3563 i BT3562. Oba mają identyczny wygląd i właściwości, różnią się tylko maksymalnym mierzonym napięciem stałym.

Funkcje pomiarowe
W trakcie testu przyrząd pomiarowy wymusza przepływ przez badany akumulator prądu przemiennego o stałej wartości i częstotliwości 1 kHz, a następnie mierzy i wyświetla wartość rezystancji wewnętrznej. Przyrząd mierzy też i wyświetla napięcie stałe panujące na zaciskach badanego akumulatora. W trakcie testu przyrząd jest połączony z akumulatorem czterema przewodami, co pozwala wyeliminować niekorzystny wpływ na pomiar (zmniejszenie dokładności) impedancji doprowadzeń pomiarowych i styków tych doprowadzeń (wtyków i chwytaków) z przyrządem i badanym akumulatorem. Ze względu na to, że przewody te muszą jednocześnie mierzyć stosunkowo duże napięcie, firma Hioki opracowała specjalnie do tego celu przewody pomiarowe L2100 zakończone sondami szpilkowymi o dopuszczalnym maksymalnym napięciu równym 600 V.

Podzakresy pomiarowe
Cały zakres pomiarowy rezystancji wewnętrznej testerów BT3563 i BT3562 podzielono na 7 podzakresów: 3, 30, 300 mΩ, 3, 30, 300 i 3000 Ω. Podzakresem, który nadaje się idealnie do testowania cel o bardzo małej rezystancji, czyli o dużym wydatku prądowym, jest podzakres 3 mΩ. Maksymalna wyświetlana wartość na tym podzakresie wynosi 3,1000 mΩ, a rozdzielczość wskazania jest równa 0,1 µΩ. Prąd pomiarowy na dwóch najniższych podzakresach wynosi 100 mA i rośnie wraz z przełączaniem podzakresu na wyższy. Częstotliwość tego prądu jest taka sama na wszystkich podzakresach pomiarowych i jest równa 1 kHz. Dzięki stosunkowo dużemu prądowi pomiarowemu pomiar rezystancji wewnętrznej jest stabilny. Gdy prąd pomiarowy jest odpowiednio duży, to układ pomiarowy testera akumulatorów jest mniej wrażliwy na sygnały zakłócające doprowadzane do wejścia pomiarowego w sytuacjach, w których akumulator pracuje w układzie i pod obciążeniem.
Drugim parametrem niezbędnym do określenia stanu akumulatora jest napięcie stałe panujące na jego zaciskach. Tester BT3563 mierzy je na podzakresach 6 i 300 V, a BT3562 na podzakresach 6 i 60 V. Dolny podzakres, który charakteryzuje się rozdzielczością wskazania 10 µV i dokładnością pomiaru 0,01%, nadaje się idealnie do precyzyjnych pomiarów napięcia. Testera o takich parametrach pomiaru napięcia stałego wymagają obecnie producenci i użytkownicy sprawdzający cele akumulatorów.

Czas pomiaru
Firma Hioki opracowała i zastosowała w testerach BT3563 i BT3562 specjalny układ pomiarowy umożliwiający czterokrotne skrócenie czasu pomiaru w porównaniu z czasem dostępnym w laboratoryjnych testerach akumulatorów produkowanych wcześniej przez tę firmę. Krótki czas pomiaru jest szczególnie ważny przy produkcji masowej akumulatorów. W przypadku testerów BT3563 i BT3562 ich użytkownik może wybrać zależnie od swoich potrzeb pomiarowych jeden z czterech czasów (szybkości) pomiaru tj., pomiar bardzo szybki, trwający zaledwie 4 ms, szybki (12 ms), wykonywany ze średnią szybkością (42 ms) oraz wolny (157 ms).

Ocena wyniku pomiaru
Oba testery są wyposażone w dwa niezależne komparatory oceniające jednocześnie na bieżąco zmierzone wartości rezystancji wewnętrznej i napięcia stałego. Wyniki oceny są wyprowadzane zarówno na wyświetlacz, jak i przez wyjście interfejsu zewnętrznego sterowania EXT I/O. Jest też emitowany krótki sygnał dźwiękowy.
Każdy z komparatorów prowadzi ocenę, czy bieżący wynik pomiaru rezystancji wewnętrznej lub napięcia mieści się w zakresie wyznaczonym wartościami granicznymi. Wynik pomiaru może być mniejszy od dolnej wartości granicznej, ocena komparatora jest wtedy „Lo”, większy od górnej wartości granicznej (ocena „Hi”) lub mieścić się w przedziale wyznaczonym przez wartości graniczne dolną i górną (ocena „In”). Użytkownik może specyfikować jako progi nie tylko wartości graniczne górną i dolną, lecz również wartość standardową i odchylenie od tej wartości w procentach.
Gdy tester zostanie skonfigurowany do pracy w trybie komparatora ręcznego, to może być wtedy uruchomiony tylko w razie potrzeby przez naciśnięcie przycisku nożnego lub doprowadzenie sygnału ze sterownika PLC.
Komfort korzystania z efektów pracy komparatora zwiększa możliwość ustawienia różnych (dwóch) tonów oceny, dzięki czemu w trakcie pomiaru z użyciem komparatora (np. sortowaniu) nie trzeba obserwować wskazań wyświetlacza.

Funkcje pamięciowe
Jedna z dwóch pamięci wewnętrznych testera może zgromadzić maksymalnie 400 wyników pomiarów. Zapisanie w niej bieżącego wyniku pomiaru następuje po doprowadzeniu sygnału wyzwalającego przez interfejs zewnętrznego sterowania EXT I/O. Dane z pamięci można w razie potrzeby przesyłać do komputera przez interfejs RS-232C, a w wersjach testerów oznaczonych dodatkowo symbolem „-01” przez interfejs GPIB.
Druga pamięć wewnętrzna testera przechowuje ustawienia konfiguracyjne. Ma pojemność 126 ustawień, takich jak kryteria oceny komparatorowej. Zapisaną konfigurację przywołuje się, doprowadzając sygnał przez interfejs zewnętrznego sterowania EXT I/O.

Funkcje zaawansowane
Oprócz już wymienionych funkcji pomiaru czteroprzewodowego i pamięciowych testery mają też szereg innych, ważnych funkcji, takich jak wykrywanie błędu pomiarowego, kalibracji własnej, uśredniania oraz obliczeń statystycznych.
Funkcja wykrywania błędu „wyczuwa” obecność złych styków i przerwania przewodów pomiarowych, zapewniając tym stuprocentową rzetelność otrzymywanych wyników. Funkcja samokalibracji automatycznie koryguje wszelkie większe dryfty i fluktuacje wzmocnienia w układzie pomiarowym, utrzymując na stałym poziomie wysoką dokładność pomiaru. Stabilność otrzymywanych wskazań zapewnia z kolei funkcja uśredniania. Liczba dostępnych uśrednień mieści się w przedziale od 2 do 16. Do zastosowań w procesach produkcyjnych przeznaczono funkcję obliczeń statystycznych. Można je prowadzić, wykorzystując maksymalnie 30000 punktów danych pomiarowych zapisanych w pamięci testera.

Interfejsy
Firma Hioki montuje standardowo w obu testerach interfejsy RS-232C i zewnętrznego sterowania EXT I/O, a w wersjach oznaczonych symbolem „-01” jeszcze interfejs GPIB i wyjście analogowe (fot. 2). Sygnał na tym wyjściu (od 0 do 3,1 V) jest wprost proporcjonalny do mierzonej wartości rezystancji. Można go doprowadzać do wejść przyrządów rejestrujących dane pomiarowe, takich jak rejestratory i loggery, a dane z testera łączyć z danymi pomiarowymi innego typu.
Korzystając z interfejsu RS-232C można przesyłać dane do komputera w celu umieszczenia ich w arkuszu kalkulacyjnym lub przechowania nad dysku w plikach CSV. Interfejs RS-232C może być też wykorzystywany do zdalnego sterowania pomiarem, uruchamianego przez naciśnięcie przycisku na klawiaturze komputera lub doprowadzenie zewnętrznego sygnału wyzwalającego. Program do obsługi interfejsu można pobrać bez opłat ze strony internetowej firmy Hioki.

Akcesoria pomiarowe
W wyposażeniu testerów BT3563 i BT3562 nie ma przewodów pomiarowych. Trzeba je zamówić dodatkowo jako wyposażenie opcjonalne. Oprócz wymienionych przewodów pomiarowych L2100 firma Hioki oferuje inne przewody o różnej długości i zakończeniu (w postaci chwytaków krokodylowych lub sond szpilkowych).

mgr inż. Leszek Halicki