Visión general:
Hoy en día, la mayoría de las empresas que fabrican y/o integran cables y mazos de cables prueban la integridad eléctrica con comprobadores multiconductores automáticos y programables, equipos que ahorran tiempo y aumentan la productividad y comprueban y localizan fallos en todos los conductores de la unidad bajo prueba (UUT) sin la intervención del operador.
La capacidad de medición de resistencia dentro de un probador de cables multiconductores no es simplemente para medir los valores de las resistencias.
Además de medir cualquier resistencia integrada, la función de medición de resistencia de un comprobador de cables es necesaria para medir la calidad de la conexión y la calidad de la no conexión. Esta prueba se recomienda independientemente de si los productos tienen o no resistencias integradas.
Para comprobar la calidad de una conexión, hay que comprobar si hay buenas conexiones intencionadas, así como buenas no conexiones (Fig. 2), y para ello se necesita un comprobador que a) mide la resistencia, b) le permite establecer límites, también conocidos como umbrales duales, y c) le permite comprobar si hay conexiones intermitentes.
Si no realiza estas comprobaciones, corre el riesgo de liberar o aceptar un producto defectuoso. Es importante conocer y comprender los parámetros con los que se ha juzgado que su cable o arnés ha “pasado”.
Figura 2: Buenas conexiones y no conexiones
¿Qué son los “umbrales duales”?
Se requiere una configuración de umbral doble para verificar la calidad de la conexión (Fig. 3).
Sin medir la resistencia, el probador le dirá cuándo está conectada la conexión deseada (pasando una simple verificación de continuidad), pero no si esa conexión está comprometida por algo que afecta la resistencia total de esa conexión, tal vez, por ejemplo, debido a una soldadura deficiente. En resumen, la capacidad de medición de resistencia dentro de un probador no es simplemente para medir los valores de las resistencias.
Para la mayoría de los cables, no es necesario medir la resistencia real de cada cable. Más bien, le gustaría confirmar que la resistencia de una buena conexión no supera un límite máximo y que el aislamiento entre cables no conectados no cae por debajo de un límite mínimo. Nos referimos a estos dos límites como umbrales.
Figura 3: Umbrales duales
CableEye mide las resistencias integradas automáticamente cuando el valor de la resistencia se encuentra entre los umbrales alto y bajo. Al guardar un cable en la base de datos, los valores de resistencia asociados a las resistencias integradas se guardan junto con la tolerancia, la lista de cables y otra información sobre el cable. Por lo tanto, las resistencias integradas se convierten en una de las características del cable almacenado y deben estar presentes en un cable de prueba para que coincidan con éxito con los datos guardados.
Para este ejemplo (Fig. 4), la resistencia máxima del conductor permitida se ha definido por el usuario dentro del software como 0,5 Ω y la resistencia mínima de aislamiento permitida se ha establecido en 1 MΩ. El cable medido contiene una resistencia entre los pines 5 y 5. La resistencia de 2,70 kΩ se encuentra no solo entre los límites superior e inferior de medición que se muestran en el dibujo anterior (por ejemplo, 0,02 Ω y 6 MΩ para el modelo M4), sino también entre los límites de resistencia programados por el usuario, por lo que se muestra como una resistencia integrada.
Los conductores entre SH, 1, 2, 3, 4, 6, 8 y 9 están todos por debajo de 0,5 Ω y se muestran como conexiones de buena calidad. La conexión entre los pines 7 y 7 está por encima de 0,80 Ω, que está por encima de la resistencia máxima del conductor permitida. Esta línea se resalta como una falla y el cable está fallado.
Puede experimentar fácilmente con su propio probador si tiene una selección de resistencias y un accesorio de interfaz de prueba con terminales de tornillo. Conecte las resistencias al accesorio de interfaz de prueba y ajuste los umbrales de resistencia para ver cómo el probador muestra los resultados.
Figura 4: Ejemplo de resultados de netlist (arriba) y cableado (abajo)
¿Qué constituye una resistencia de conexión aceptable?
La resistencia máxima permitida del conductor establece el valor más alto de resistencia aceptable para una “buena” conexión.
Las conexiones de cables en un cable que excedan su umbral de resistencia máxima se marcarán como defectuosas. Las conexiones de alta resistencia como esta pueden deberse a engarzados incompletos, a un acoplamiento insuficiente entre el pasador de la cuchilla y el conductor del cable en los cables planos IDC, o a juntas de soldadura en frío en las conexiones soldadas. Estas conexiones marginales pueden provocar un mal funcionamiento del circuito, conexiones intermitentes o calentamiento físico en el cable si fluye suficiente corriente a través de esa conexión.
En un taller de montaje de cables bien gestionado, rara vez se producen conexiones de alta resistencia. Sin embargo, las pruebas de resistencia son necesarias para garantizar que no haya absolutamente ningún cable defectuoso en el producto de un cliente. Esto es especialmente importante para los productos destinados a aplicaciones de misión crítica, como la industria aeroespacial, la militar y los dispositivos médicos. Por ejemplo, puede configurar la continuidad de la serie HVX de CableEye y los sistemas HiPot para verificar una resistencia de conexión aceptable de tan solo unos pocos miliohmios (consulte la Fig. 3 para ver otros modelos). Esta comprobación de baja resistencia se recomienda a menudo para proyectiles y escudos.
Los mejores sistemas de prueba le permitirán optimizar su prueba al permitirle establecer diferentes umbrales para diferentes conductores en su cable o arnés. Por ejemplo, puede establecer la resistencia máxima permitida del conductor en un valor muy pequeño solo para las carcasas y los blindajes, y otros valores para los otros conductores.
Si establece este valor en menos de 5 Ω, el tiempo de medición puede aumentar en un factor de dos o más debido a la mayor sensibilidad que está solicitando, y puede obtener valores de resistencia marginalmente más altos que no tendrán ningún efecto en la función del cable. Aparte de las carcasas y los blindajes, utilice el umbral más pequeño de 0,5 Ω o menos solo cuando pruebe los cables de alimentación o cualquier cable que se espera que transporte una corriente significativa (cable de calibre 20 o más grueso).
¿Qué constituye un cortocircuito?
La resistencia de aislamiento mínima permitida establece el valor más bajo de resistencia de aislamiento aceptable para cables no conectados.
Además de certificar que una conexión de cable pasa una prueba de baja resistencia, también debemos asegurarnos de que no existan cortocircuitos internos. Si bien esto parece obvio, necesitamos definir exactamente qué constituye un cortocircuito.
Para ciertos dispositivos electrónicos sensibles, especialmente en aplicaciones médicas, puede existir un “cortocircuito” en un cable cuando aparece una ruta de resistencia de hasta 1 MΩ (o más) entre dos pines.
Por el contrario, la capacidad de accionamiento de alto rendimiento de los circuitos digitales CMOS actuales puede mantener fácilmente el voltaje mínimo lógico ‘1’ a través de un cortocircuito de tan solo varios cientos de ohmios.
Idealmente, nos gustaría una resistencia infinita entre conductores aislados. Sin embargo, en la práctica, una cantidad menor será bastante adecuada para la mayoría de las aplicaciones. Recomendamos un umbral de aislamiento mínimo de 1 MΩ para fines generales, aunque puede establecer el umbral de aislamiento en un valor más alto, según el modelo de comprobador. Consulte la Fig. 2 para determinar el valor máximo en el que puede establecer el umbral de aislamiento.
Tenga en cuenta que la resistencia de contacto de la piel humana seca es de aproximadamente 2 o 3 MΩ. Para minimizar la probabilidad de falsos negativos durante las pruebas de producción, recomendamos establecer el umbral de aislamiento por encima de 1 MΩ solo cuando esté probando cables que se utilizarán en una aplicación de alto voltaje o corriente extremadamente baja.
¿Por qué comprobar si hay conexiones intermitentes?
Definimos una conexión intermitente como un cambio temporal pero radical en la resistencia entre dos puntos que ocurre de manera impredecible cuando se aplica movimiento o tensión o cuando un cambio en la temperatura causa la expansión o contracción de un contacto eléctrico.
Las clavijas mal acopladas, los cables rotos y la mala unión, entre otras cosas, pueden causar conexiones intermitentes. Las comprobaciones de fallos intermitentes se realizan después de una comprobación exitosa de la continuidad estática y la resistencia.
Un circuito abierto intermitente se aplica a una conexión de baja resistencia que, durante un corto período de tiempo, se desconecta (alta resistencia). Un cortocircuito intermitente se aplica a dos conductores normalmente no conectados que, durante un breve período de tiempo, se cortocircuitan juntos (baja resistencia).
La prueba de intermitencia es dinámica: durante la prueba, flexiona los conectores y aplica tensión (incluida la tracción) al cable (Fig. 1) mientras el probador envía un flujo continuo de pulsos de prueba en tiempos de ciclo rápidos. Un ciclo completo comprende un barrido completo a través de todos los puntos de prueba.
El software CableEye ofrece dos métodos para comprobar si hay conexiones intermitentes; Uno detecta solo diferencias de continuidad (aperturas/cortocircuitos) y otro detecta e informa variaciones de resistencia. Además, para informar de las variaciones de resistencia hay dos opciones, mediciones de resistencia de 2 o 4 hilos. La prueba de solo continuidad ofrece la velocidad de escaneo más rápida.
La prueba se realiza correctamente cuando la frecuencia de muestreo es lo suficientemente alta como para capturar estadísticamente suficientes eventos aleatorios para elevar el nivel de confianza en el resultado de la prueba a un grado aceptablemente alto. Las empresas que ejecutan programas de calidad estrictos (como Six Sigma) buscarán el tiempo de ciclo más rápido posible. Necesitan evaluadores que entreguen información de diagnóstico por encima de un simple PASA/FALLA, para que puedan proporcionar datos cuantitativos y cualitativos a su ciclo de retroalimentación de mejora de procesos.
En probadores avanzados como los sistemas CableEye, cuando se ejecuta la prueba, sonará un tono si se encuentra alguna falla, el recuento de errores aumentará y un diagrama de cableado mostrará todas las conexiones intermitentes acumuladas resaltadas (Fig. 4). En este caso, vemos que se detectó un cortocircuito intermitente entre los pines 2 y 3 y una apertura intermitente entre 1 y 1. Con 19 ciclos de prueba completos completados cada segundo, en 570 ciclos de prueba, se detectaron 22 eventos de error.
Está claro que se trata de un cable defectuoso y esta prueba lo ha identificado correctamente como tal, además de identificar y localizar los errores. Si no se hubiera realizado esta prueba dinámica, se habría determinado falsamente que este cable era “PASS”: todos los indicadores, etiquetas e informes del probador se mostrarían incorrectamente como “PASS”.
Tenga en cuenta que con una frecuencia de ciclo de prueba más lenta, se habrían detectado menos de estos eventos de error. A un ritmo lo suficientemente lento, a pesar de ejecutar una prueba de intermitencia, es posible que no se detecte ninguna, lo que resulta en un falso “PASA”. Es importante prestar atención a la configuración de la velocidad del ciclo.
Claramente, verificar si hay fallas de esta manera podrá decirle exactamente qué cable, si es que hay alguno, tiene una rotura. Generalmente, la ubicación más probable de una rotura es al final del cable, es decir, en el conector. Si se ha tirado de un cable (se ha experimentado tensión), es posible que se produzca una rotura a lo largo de la longitud. Los cables para aplicaciones robóticas pueden romperse a lo largo de la longitud, especialmente si el movimiento repetitivo hace que el cable roce contra un punto duro o exceda el radio de curvatura recomendado.
Figura 5: Las pruebas de intermitencia en tiempo real identifican a) el número de pasadas y errores, b) el tipo de error (codificado por colores), c) la ubicación del error.
Conclusión
Es un error común pensar que la medición de la resistencia solo es necesaria si el producto tiene resistencias integradas. Hemos demostrado la importancia de comprobar la calidad de las conexiones y que esto requiere la capacidad de medir la resistencia, establecer límites superiores e inferiores y comprobar si hay conexiones intermitentes.
También es un error común asumir que un cable está libre de fallas solo porque se encendió una luz PASS del probador, o porque tiene un informe impreso generado automáticamente con un título “PASS”.
Asegúrese de comprender los parámetros de aprobación con los que el probador está tomando la determinación.
Compruebe que su sistema de prueba es capaz de medir la calidad de las conexiones, y que ha sido configurado para hacerlo con los valores adecuados para su producto y su aplicación.
Si está subcontratando la fabricación de arneses y cables, pida a su proveedor que confirme esta información y, si es necesario, que restablezca los criterios de aprobación en su probador.
Nuestro agradecimiento a CAMI Research Inc. por este artículo. Si desea comunicarse con CAMI, puede hacerlo al (978) 266 2655 o dirigirse a camiresearch.com.