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黄金城最新网站667722:如何来精确表征一个分流器



这些丈量每每必要总偏差达到以致低于0.1%的丈量精度。但实际历程中,总丈量精度会受限于丈量历程中的多少个身分的制约,包括分流器、引线、丈量情况、以及数字万用表本身。

数字万用表可对电流进行异常正确的丈量,然则当电流跨越10A时,许多半字万用表内置电流表的量程可能就不敷用了。这时人们可能会采纳卡钳式电流探头丈量电流。这个措施的应用方便,但精度有限,大年夜约0.5%~1%,而且短光阴内就会孕育发生漂移,必须常常进行手动归零。是以,要丈量几十至上百安培的电流,工程师平日应用分流电阻,构建定制办理规划,使用欧姆定黄金城最新网站667722律,经由过程分流电阻值和丈量的压降,谋略出电流值。然则这种措施会引入许多偏差,必须花费大年夜量精力应用外部手段验证测试结果,但纵然这样,也很难确定终极的精度。是以,大年夜电流和动态电流的正确丈量,是异常具有寻衅性的。

缺陷缘故原由

市场上常见的高精度电阻分流器的标称技巧指标可以达到0.5%,以致有些可低至0.1%的偏差。但即便只有0.1%偏差的分流器,在未斟酌其它可能引入的偏差之前,就会让我们难以实现0.1%总丈量偏差的目标。更为严重的是,因为分流器的阻值会跟着温度发生变更,而我们无法调剂它的绝对电阻值来校准它,而必须进行更多的表征。同时,必须用高精度的万用表来丈量电压和电阻的变更。通俗的数字万用表因为分辨率的限定,不能直接用于正确表征毫欧级的分流器。

那么,若何来正确表征一个分流器呢?一种措施是将其与预先表征过的分流器串联,应用程控电源为该串联电路施加电流。应用串联电路中已知特点的分流器来丈量电流,再丈量必要表征的分流器上的电压,便可谋略出这个分流器的电阻。在表征历程中黄金城最新网站667722,您必须等待分流器达到热平衡,以获取这个分流器受温度影响而发生的变更值。在一个电流值完成表征后,随即必要按必然的步进前进电流值,再重复这个历程,直到最大年夜的预期电流值,以表征分流器徐徐增添的自热效应。这个历程极其耗时耗力。

有一点必须斟酌的是,鉴于分流器的电阻值仅为毫欧级,以是电路引线中的电阻也不容漠视。在应用10m?分流器时黄金城最新网站667722,纵然引线额外增添仅仅10??电阻,也会导致偏差增添0.1%.为了预防引线电阻值加到被表征的分流器电阻值上,从而影响丈量结果,应该应用4线Kelvin连接措施。

图1:使用Kelvin 4线连接的分流电阻器

温度变更引入的偏差:

当温度变更时,所有电阻器的值都邑发生或多或少的漂移(图2)。这种效应被量化为电阻温度系数(TCR),单位平日为ppm/℃(见公式1)。通俗铜线的TCR大年夜约为4000ppm/℃。周详型分流器应用特殊合金进行补偿,将TCR低落到最低水平,可以实现10ppm或更出色的机能。然而,TCR毫不会减小到0,以是您必须谋略其效应,分外是在电阻器功耗达到数瓦的时刻,以确保情况温度变更或自热导致的温度上升不会侵害丈量精度。对付25ppm电阻器,温度每上升40℃,偏差将增添0.1%.此外,因为电阻随温度而改变,在电流发生变更之后,分流器两端电压的显示值必要很长的光阴才能稳定下来,直到分流器达到热平衡。热稳准光阴取决于分流器材料的外形、质量和热导率。对付物理尺寸较大年夜的器件,它们可能长达几分钟。因为等待分流器温度稳定必要光阴,这将会严重影响测试速率。

图2:分流电阻的热漂移。

数字电压表引入的偏差:

虽然高机能数字电压表能够丈量微伏级电压,然则在低旌旗灯号电日常平凡,数字电压表自身的偏置偏差是抉择分流器系统总体精度的最紧张缘故原由。数字电压表的丈量偏差包括了读数偏差和偏置偏差。偏置偏差是有仪表本身抉择的,与选用的量程和温度有关,而与被丈量的旌旗灯号无关,这个值平日在微伏级。是以,这就抉择了数字电压表在丈量分流器的低电压旌旗灯号时,存在一个弗成小视的偏差下限。

热电动势引入的偏差:

当电路由两种不合金属构成,而且在不合端存在温度差时,就会发生热电效应,即Seebeck电压。Seebeck电压的大年夜小取决于打仗的金属种类及温度差,平日为uW/℃的量级。热电偶便是使用Seebeck热电效应来丈量温度。但在应用分流器的电流丈量中,Seebeck热电效应会是常见的偏置偏差源。要最大年夜限度减小热电效应,必须审慎选择材料,维持系统的等温状态。是以,您应只管即便让分流器丈量电路阔别可能导致温度变更的热源,例如散热风扇排出的气流,并尽可能低落分流器自身的功耗。连接器电镀触头、继电器到分流器合金的铜线连接(图3),都可能构成意外的热电偶接点,其温度相关的偏置电压对丈量结果会孕育发生晦气影响。例如:对付3.33uV/℃的材料,一旦温度变更3℃,就会孕育发生10uV的Seebeck偏置电压,可能导致10 mV的旌旗灯号丈量孕育发生0.1%偏差。

图3:自热导致分流器温度上升。

选择分流器

要进行正确的电流丈量,首先应应用高品德的电阻。对付通俗的电阻,因为引线电黄金城最新网站667722阻、较大年夜的TCR、以及非抱负的特点,最好不要应用它作为电流丈量的分流器。此外,丈量大年夜、小电流的要求会互相抵触,任何一个实际的测试系统可以丈量的最大年夜和最小电流值是有限的。

对付大年夜电流,经由过程将分流器的功耗限定到适当水平,以此确定该分流器的电流丈量上限。根据P_D=I^2 R ,100A电流畅过1m?电阻将耗损10W功率,孕育发生100mV的压降。在10W功耗前提下,TCR可能会导致分流器的电阻值发生异常大年夜的变更,必要应用散热器,或更大年夜体积的器件以限定温度的上升。

分流器上的瞬态压降可能也会限定分流器电流丈量的实际上限。在被测件端,实际输入电压等用电源输出电压将减去分流器和导线上的压降。常用的措施是把电源远端感应线跨过分流器,连接到被测件端。这样电源可以供给额外的补偿电压,以稳定被测件真个电压(图4)。然而,假如呈现电流的忽然变更,分流器仍将导致瞬态电压偏置,?V=?IR,之后电源才会稳定到新的事情点。分流器瞬态压降与电源固有的瞬态压降相叠加,有可能导致被测件重置或孕育发生其它差错行径。

图4:包括远端感应连接的电源。

对付小电流的丈量,根据V=IR ,必须应用大年夜分流电阻以使天生的足够高的偏置电压,低落丈量偏差,供给丈量精度。假如丈量的电流是变更的,有大年夜电流和小电流,在应用单分流器系统的时刻,就可能呈现问题。一方面,必要分流器能适用于足够高的电流,必要降服功耗和瞬态相应身分的限定。另一方面,在小电流的丈量时又要确保足够的精度,但这时,数字电压表和Seebeck热偏置电压造成的偏差将是弗成吸收的。

您可能想再应用一个额外的分流器和旁路开关,为小电流丈量天生较大年夜的、更轻易丈量的电压旌旗灯号。然而,将这个额外的分流器切换到电路中进行丈量,必要进行大年夜量编程事情,由于它必须与被测件活动导致的电流变更维持同步。在大年夜分流器上,意外的高瞬态电流可能导致电源电压下降,造成被测件中断事情。假定抱负的大年夜电流旁通开关可以实现,那么忽然增添或削减被测件电流路径中的阻抗,仍有可能导致电源系统的输出瞬变。

替代办理规划

鉴于设计和准确验证分流系统的艰苦性,我们可以更多来关注一下高机能电源平日内置的、卓越的计量级丈量手段。Agilent N7900A电源系列可以丈量高达200A的电流,而增益偏差不跨越0.04%.先辈的设计不仅包管了电流和电压丈量精度,它们还在极限情况前提下颠末测试和标定。此外,N7900A系列还采纳了热模型,来实时预计分流元件的温度,并对温度导致的偏差进行数字校对。与未进行任何补偿的系统比拟,这个历程可改良精度,并极大年夜缩短测试光阴。N7900A系列内部还具有无缝切换的黄金城最新网站667722高电流和低电流量程,可方便地对高动态电流进行丈量,无需应用外部分流器和相关的节制电路。从丈量角度来看,量程变更不会对电源输出孕育发生任何滋扰,完全是没有间断和毛刺的。

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