ทำไมการใช้ Guarding จึงมีความสำคัญต่อการวัดค่าความต้านทานฉนวน

30/03/69 16:22 น.

การวัดค่า Insulation Resistance ที่คลาดเคลื่อน มักไม่ได้เกิดจากเครื่องมือ แต่เกิดจาก “สิ่งที่เราไม่เห็น” ในระบบการวัด ไม่ว่าจะเป็น noise จากสภาพแวดล้อม หรือ leakage current จาก jig และสายวัด ล้วนส่งผลให้ค่าที่ได้ต่ำกว่าความเป็นจริง บทความนี้จะอธิบายปัญหาเหล่านี้ พร้อมแนะนำแนวทางแก้ไขเพื่อยกระดับความแม่นยำของการวัด

ทำไมการใช้ Guarding จึงมีความสำคัญต่อการวัดค่าความต้านทานฉนวน

การวัดค่า Insulation Resistance (IR) เป็นหนึ่งในวิธีพื้นฐานที่ใช้ประเมินคุณภาพของฉนวนไฟฟ้า โดยอาศัยหลักการง่าย ๆ คือการจ่ายแรงดันไฟฟ้าเข้าไปยังชิ้นงาน (DUT) แล้ววัดกระแสที่ไหลผ่าน ซึ่งเรียกว่า leakage current

ค่าความต้านทานสามารถคำนวณได้จาก: R = V / I
โดยที่:
กระแสรั่วน้อย → ฉนวนดี (ค่า R สูง)
กระแสรั่วมาก → ฉนวนเสื่อม (ค่า R ต่ำ)

ในการใช้งานจริง การวัดกระแสไม่ได้มีเฉพาะกระแสรั่วของ DUT เท่านั้น แต่ยังอาจมีกระแสแปลกปลอม เช่น noise หรือ leakage จากส่วนอื่น ๆ ปะปนเข้ามา ซึ่งจะส่งผลให้ค่าที่วัดคลาดเคลื่อน

Guarding คืออะไร

กระแสส่วนเกินเหล่านี้สามารถแบ่งได้เป็น 2 ประเภทหลัก ได้แก่

Noise หรือ สัญญาณรบกวนจากสภาพแวดล้อม เช่น สนามแม่เหล็กไฟฟ้า
Leakage current จากส่วนอื่น เช่น jig, fixture หรือสายวัด

ปัญหาคือ เครื่องวัดกระแส (Ammeter) ไม่สามารถแยกได้ว่ากระแสที่วัดได้มาจาก DUT หรือมาจากแหล่งอื่น ทำให้ค่าที่ได้มีความคลาดเคลื่อน

ปัญหาสำคัญ: กระแสส่วนเกิน (Excess Current)

ในการวัดจริง กระแสที่ไหลเข้าสู่ Ammeter ไม่ได้มีเพียงกระแสรั่วของ DUT เท่านั้น แต่ยังมีกระแสส่วนเกิน (Excess current) เข้ามาปะปนในการวัด ซึ่งเป็นสาเหตุหลักที่ทำให้ค่าที่วัดคลาดเคลื่อน โดยกระแสส่วนเกินสามารถแบ่งได้เป็น 2 ประเภทหลัก ได้แก่:

1) Noise

เป็นสัญญาณรบกวนที่มาจากภายนอก เช่น สนามแม่เหล็กไฟฟ้า หรืออุปกรณ์ไฟฟ้าใกล้เคียง รวมถึง noise ที่เกิดจากสายวัดเอง เช่น Friction noise ที่เกิดจากการขยับสาย

2) Leakage current จากส่วนอื่น

เช่น กระแสที่ไหลผ่าน jig, fixture หรือวัสดุที่รองรับ DUT ซึ่งไม่ได้เป็นส่วนของ DUT แต่ถูกวัดรวมเข้าไปด้วย

ความแตกต่างระหว่าง Ideal และ Reality

ในกรณีอุดมคติ (Ideal):

เครื่องวัดจะวัดได้เฉพาะ Leakage current ของ DUT
ค่าที่ได้มีความแม่นยำสูง

แต่ในความเป็นจริง (Reality):

เครื่องวัดจะอ่านค่าเป็นผลรวมของ
→ Leakage current ของ DUT + Noise + Leakage จาก jig
ส่งผลให้กระแสที่วัดได้สูงเกินจริง

เมื่อแทนค่าในสมการ: R = V / I

จะทำให้ค่า Resistance ที่คำนวณได้ต่ำกว่าความเป็นจริง และอาจนำไปสู่การประเมินคุณภาพของฉนวนผิดพลาด

แนวทางแก้ไข

เพื่อให้วัดได้ถูกต้อง ต้องทำให้ Ammeter เห็นเฉพาะ Leakage ของ DUT ซึ่งทำได้โดย 4 วิธีหลัก ได้แก่

1) Guarding

Guarding คือเทคนิคที่ใช้เพื่อแยกกระแสที่ไม่ต้องการออกจากระบบวัด โดยทำให้กระแสเหล่านั้นไหลผ่านเส้นทาง guard แทนที่จะเข้าสู่ Ammeter

วิธีนี้ช่วยลดผลกระทบจาก Leakage ที่เกิดจาก jig, หรือกระแสส่วนเกินอื่น ๆ ทำให้เครื่องวัดสามารถวัดได้เฉพาะกระแสของ DUT

2) Shielding

Shielding ใช้เพื่อป้องกัน noise จากภายนอกไม่ให้เข้ามารบกวนการวัด เช่น การใช้สายแบบมีชั้นป้องกัน (shielded cable), การใช้กล่อง Shielded box ครอบ DUT

นอกจากนี้ยังมีการใช้ Triaxial cable ซึ่งประกอบด้วย ชั้นในสำหรับสัญญาณ, ชั้นกลางเป็น Guard, ชั้นนอกเป็น Shield โครงสร้างนี้ช่วยลดทั้ง noise และ leakage ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

3) การจัดการ Friction Noise

Friction noise เป็น noise ที่เกิดจากการเคลื่อนไหวของสายวัด ซึ่งเกิดจากการเสียดสีภายในสาย (triboelectric effect)

วิธีลดผลกระทบคือหลีกเลี่ยงการขยับสายขณะวัด และใช้สายแบบ Low noise cable ที่ออกแบบมาเพื่อลดการเสียดสีภายใน

4) การลด Leakage จาก Jig

กระแสที่ไหลผ่าน jig หรือ fixture เป็นอีกหนึ่งสาเหตุที่ทำให้ค่าคลาดเคลื่อน

แนวทางแก้ไข

ใช้ Guard เพื่อตัดกระแสจาก jig
ใช้วัสดุฉนวนสูง เช่น PTFE
หลีกเลี่ยงการสัมผัสด้วยมือเปล่า (เพราะไขมันจากผิวจะเพิ่ม leakage)

ข้อสรุป

การวัด Insulation Resistance ให้แม่นยำ ไม่ได้ขึ้นอยู่กับเครื่องมือเพียงอย่างเดียว แต่ขึ้นอยู่กับ “การควบคุมกระแสที่ไม่ต้องการ” ในระบบวัด สิ่งสำคัญคือ เครื่องวัดจะวัดกระแสทุกส่วนที่ไหลเข้า โดยไม่สามารถแยกแหล่งที่มาได้เอง

ดังนั้น ผู้ใช้งานต้องใช้ Guard เพื่อแยกกระแสส่วนเกิน ใช้ Shield เพื่อป้องกัน noise และจัดการสายและอุปกรณ์ให้เหมาะสม เพื่อให้สุดท้ายแล้ว Ammeter วัดได้เฉพาะ “Leakage current ของ DUT” เท่านั้น