* Rất * độ chính xác cao, * rất * nguồn ổn định

Nền tảng của tôi: vật lý thực nghiệm. Không phải là kỹ sư điện, nhưng tôi có một số kinh nghiệm kết hợp các mạch điện tử cơ bản cho các thí nghiệm vật lý. Vì vậy, hãy tử tế và giải thích như thể tôi là một người mới. Cảm ơn bạn!

Những gì tôi đang cố gắng thực hiện: Một phép đo điện tích rất chính xác (<10 ppm, lý tưởng 5ppm) truyền qua một tải trong khoảng thời gian hàng trăm giờ. Dòng điện thường nằm trong khoảng từ 50 mA đến 500 mA.

Thông thường, điều này được thực hiện bằng cách sử dụng nguồn dòng chính xác có độ chính xác cao <10 ppm có thể lập trình để điều khiển tải và đo dòng điện riêng ở phía thấp bằng điện trở có độ chính xác hiệu chuẩn và đồng hồ vạn năng có độ chính xác cao. Các phép đo từ vạn năng sau đó được tích hợp để ước tính coulomb. Các điện trở hiệu chuẩn và vạn năng được ổn định nhiệt độ trong một lò ấp để giảm thiểu sự trôi dạt nhiệt.

Bây giờ vấn đề của tôi là các nguồn hiện tại chính xác này rất tốn kém và tôi cần xây dựng một vài trong số các thiết lập này với giá tương đối rẻ.

Vì vậy, tôi cần xây dựng độ chính xác <10ppm, nguồn và bồn hiện tại 50-500 mA sẽ ổn định và ít tiếng ồn trong hàng trăm giờ. Độ chính xác điểm đặtkhông quan trọng lắm, vì dù sao tôi cũng sẽ đo dòng điện một cách riêng biệt. Nhưng hiện tại cần phải rất ổn định và chính xác, do đó tôi không phải lấy quá nhiều mẫu để có độ chính xác cao trên các coulomb tích hợp. (Hãy nhớ rằng phép đo sẽ diễn ra trong hàng trăm giờ, do đó, việc lấy mẫu cứ sau mười hoặc hai mươi giây là thực tế, nếu không sẽ có quá nhiều dữ liệu để xử lý). Nguồn hiện tại không cần lập trình, miễn là tôi có thể thay đổi điện trở tỷ lệ hoặc hai để thay đổi điểm đặt cho thử nghiệm cụ thể. (điện trở mở rộng và nguồn nói chung có thể được ổn định nhiệt độ trong lò ấp)

Bây giờ tất cả các ghi chú kỹ thuật và diễn đàn tôi đọc là cho độ chính xác 0,01% (100 ppm) hoặc 0,005% (50 ppm). Tôi cần thứ gì đó tốt hơn thế nhiều và tôi không tìm thấy chiến lược nào để thực hiện điều đó trực tuyến. Bất kỳ ý tưởng về làm thế nào điều này có thể được thực hiện?

Cảm ơn trước sự giúp đỡ của bạn!

Đầu tiên, bạn không cần một nguồn chính xác hiện tại. Lý do là, tại trung tâm, một nguồn hiện tại hoạt động bằng cách đo dòng điện qua điện trở, sau đó đóng một vòng phản hồi xung quanh phép đo hiện tại và nguồn điện áp chính xác. Vì bạn chỉ muốn đo dòng điện (và tính phí) thông qua tải của mình, bạn không cần điện áp tham chiếu chính xác. Bạn có thể sử dụng một nguồn khá cẩu thả, miễn là bạn đo chính xác hiện tại.

Vì vậy, làm thế nào để bạn đo hiện tại? Vâng, đó là (về nguyên tắc) khá đơn giản. Bạn chỉ cần đo điện áp trên một điện trở nối tiếp với tải của bạn, thường được gọi là điện trở shunt. Tất nhiên, bạn đã không chỉ ra rằng sự ổn định cao độ ở mức hiện tại là bắt buộc, và nếu đó là bạn cần phải lo lắng về điều đó.

Thật không may, bạn đã cắn khá nhiều với yêu cầu của bạn. Bạn muốn một dòng điện khá cao cho sự ổn định của bạn. Điều này sẽ chơi địa ngục vui vẻ với yêu cầu của bạn, vì tự sưởi ấm sẽ trở thành một người chơi chính. Hãy bắt đầu với một hệ thống cơ bản. Hãy hình dung bạn muốn 1 volt trên shunt của bạn ở mức đầy đủ. Sau đó, công suất tiêu tán sẽ là 1/2 watt, và điện trở mục tiêu sẽ là 2 ohms. Điều này sẽ gây ra tự làm nóng đáng kể trong điện trở. Truy cập digikey.com và bắt đầu xem xét các điện trở tempco thấp. Chúng ta hãy sử dụng các đơn vị 10 ppm / deg C. Hạn chế tìm kiếm đối với điện trở trong kho, bạn sẽ nhận thấy rằng các đơn vị công suất cao hơn có sẵn vẫn dưới 1/2 watt và chúng thường không có trong kho, với số lượng mua tối thiểu 4000 đơn vị (phải thừa nhận, ở mức 40 xu một pop, nhưng đó vẫn là khoảng 1600 đô la). Tệ hơn

Khi bạn đạt đến 1/8 watt, bạn có thể tìm thấy 10 đơn vị ohm. Nếu bạn đặt 5 song song, bạn sẽ nhận được 2 ohms ở mức .625 watt. Điều này, tuy nhiên, sẽ là không có. Các điện trở riêng được đánh giá ở nhiệt độ 70 C, hoặc 50 độ trên môi trường xung quanh. Điều này, tất nhiên sẽ tạo ra sự trôi dạt nhiệt trên danh nghĩa 500 ppm. Trên thực tế, nếu bạn tìm thấy chúng, bạn cần tempcos riêng lẻ khoảng 0,2 ppm.

Với suy nghĩ này, hãy xem https://www.digikey.com/products/en/resistors/chip-resistor-surface-mount/52?k=&pkeyword=&pv2085=u10+Ohms&pv2=4&FV=ffe00034%C00 = 0 & page = 1 & stock = 1 & quant = 0 & ptm = 0 & fid = 0 & pageSize = 25 và bạn sẽ tìm thấy 0,2 ppm / deg, 10 ohm, 1/4 W. Bạn có thể lấy 4 hoặc 5 để đặt song song và bạn sẽ ổn. TCR không chỉ thấp, PCR là 5 ppm ở 70C. Được cấp, nuốt một nửa ngân sách lỗi của bạn trong một nguồn duy nhất chỉ là vấn đề rắc rối, nhưng đó thường là một phần của trò chơi khi thực hiện mọi thứ với giá rẻ. Có một lý do rất chính đáng tại sao các nguồn hiện tại bạn đang xem chi phí rất nhiều. Tất nhiên, họ (các điện trở được chỉ định) sẽ chạy cho bạn khoảng 50 - 60 đô la. Đó có phải là vấn đề không? Đó có phải là "giá rẻ" không?

Chà, nó chắc chắn rẻ hơn rất nhiều so với loại nguồn hiện tại bạn đang xem. Và đó chắc chắn là một ý tưởng tốt để xem xét làm mát thích hợp cho shunt của bạn, nhưng dù sao đó cũng sẽ là một ý tưởng tốt.

Và trong khi chúng tôi đang ở đó, bạn nên lưu ý rằng các yêu cầu về đồng hồ của bạn nằm ngoài ranh giới thông thường của giá rẻ. Bạn cần ít nhất 0,001% tuyến tính và ít nhất 5 1/2 chữ số từ DMM. Nếu bạn sẽ cuộn A / D của riêng mình, bạn cần ít nhất 17 bit.

Và loại dải động rộng và độ chính xác cao này ngụ ý độ nhạy với nhiễu đầu vào mà bạn cần phải biết. Cấp, nếu tất cả những gì bạn muốn làm là thêm các mẫu bạn sẽ nhận được trung bình đáng kể từ tiếng ồn, mặc dù trong trường hợp này, tỷ lệ mẫu cao hơn là tốt hơn thấp.

Trong cả hai trường hợp không rõ tại sao bạn muốn tỷ lệ thu thập dữ liệu thấp như vậy. Chắc chắn, đó là rất nhiều dữ liệu, nhưng trừ khi bạn sẽ có sự thay đổi của công nhân thực hiện các phép đo, 200 giờ dữ liệu chỉ là 720.000 giây. Giả sử 10 byte cho mỗi mẫu, đó chỉ là kích thước tệp 7,2 Mbyte. Ngay cả FAT32 thấp cũng có thể chứa khoảng 500 lần số tiền đó. Mặt khác, thậm chí giả sử 10 giây cho mỗi mẫu, bạn có thực sự sẽ cố gắng bẻ khóa 72 nghìn điểm dữ liệu bằng tay không? cho một số thiết lập? Thật khó để tưởng tượng tại sao nó không có ý nghĩa để tự động hóa cả việc thu thập và giảm dữ liệu. Ít nhất, bạn có thể thực hiện tổng cộng đơn giản trong Excel gần như không đáng kể.

Tôi có khuynh hướng đồng ý với Tony Stewart rằng đây không phải là một dự án cho người mới bắt đầu. Nếu bạn hoàn toàn phải tự làm điều đó, tôi sẽ tìm một shunt được xây dựng tốt, và sau đó đi đến với một DAQ thương mại từ một công ty như Đo lường máy tính. Bạn có thể nhận được DAQ 8 kênh, 24 bit với phần mềm sẽ thực hiện 2 mẫu / giây với hơn 400 đô la. Tempco bù đầu vào nhỏ hơn 0,5 uV / độ, do đó bạn có thể không cần phải suy nghĩ về kiểm soát khí hậu cho thiết bị của mình. Sau đó, một lần nữa, đạt được tempco theo thứ tự 4 ppm / deg, vì vậy bạn có thể làm.

EDIT - Thay vì sử dụng các bình luận để trả lời các bình luận, tôi sẽ mở rộng câu trả lời này.

Tôi có thể, có lẽ, đã hiểu sai yêu cầu của bạn. Theo tôi hiểu bài đăng của bạn, bạn quan tâm đến tổng số điện tích chảy qua (các) tải của bạn. Bạn chưa nói gì về việc phân biệt giữa dòng điện với tải và dòng điện qua điện trở shunt. Nói cách khác, bạn đã cho ấn tượng rằng đầu vào tải bằng với dòng đầu ra tải và nếu bạn đo cái bạn đo cái kia. Trong những trường hợp này, có rất ít nhu cầu về một nguồn chính xác, ít nhất là không phải theo nghĩa mà bạn dường như nghĩ nó là. Nếu bạn đo dòng điện tới 10 ppm, thì đó là điều tốt nhất bạn có thể làm. Nếu nó thay đổi một số giữa các mẫu, thì chừng nào biến thể đó không tương quan với khoảng thời gian mẫu thì tất cả sẽ xuất hiện trong quá trình rửa.

Một mặt, có, sự ổn định ở một mức độ nào đó là cần thiết. Quan điểm của tôi là, tuy nhiên, nó không cần phải tuyệt vời như bạn nghĩ. Có, nếu mức hiện tại thay đổi theo thời gian, cần phải theo dõi nó. Tuy nhiên, trừ khi các thay đổi (có thể được coi là nhiễu) tương quan với thời gian lấy mẫu, các lần chạy dữ liệu dài sẽ loại bỏ nhiễu này. Nói cách khác, các vấn đề ổn định sẽ có xu hướng được lọc ra trong thời gian dài được xem xét. Về nguyên tắc, luôn có khả năng bạn có thể bị lỗi tích lũy, nhưng điều này không phải là vấn đề lớn. Và sự ổn định trong trường hợp này có nghĩa là sự ổn định trong 10 giây, điều này không khó thực hiện.

Và tôi nên định lượng các điều khoản của mình, đặc biệt là sự ổn định. 0,01% (100 ppm) trong một nguồn hiện tại không khó hoặc đắt, mặc dù 0,1% dễ dàng hơn nhiều. Và nếu bạn sử dụng loại shp tempco thấp mà tôi đã đề xuất, bạn có thể sử dụng điện áp đó để kiểm soát nguồn hiện tại của mình và điện áp tham chiếu trở thành hệ số giới hạn, sau đó là bù khuếch đại.

Ngoài ra, kiểm soát nhiệt độ dễ bị coi là "đơn giản", và trong một số khía cạnh, nó là. Tuy nhiên, trừ khi bạn định lượng kiểm soát của mình, bạn không có cách nào để biết liệu nó có đủ hay không. Bạn không thể chỉ cung cấp một bộ tản nhiệt và chắc chắn rằng vấn đề đã được giải quyết. Đối với vấn đề đó, bạn thậm chí không biết nếu có vấn đề ở nơi đầu tiên.

Độ trôi 10 ppm tương đương với 100 dB SNR tại DC và điều này đòi hỏi phải có cảm biến dòng điện trong lò để cảm biến ổn định và điều chỉnh tiếng ồn cực thấp. Sau đó, một ADC với độ phân giải 20 bit và độ chính xác 18 bit cũng cần được điều chỉnh nhiệt. Keithley có thể làm một nhạc cụ như vậy với giá 5k. Tự làm không có kinh nghiệm? tốt ruck.

Chúng tôi đã sản xuất các nguồn hiện tại chính xác trong hơn 26 năm và có thể đưa ra một số gợi ý. Đối với ý nghĩa hiện tại, sử dụng dòng Vishay VPR221Z hoặc VCS331Z tùy thuộc vào công suất của bạn. Để có kết quả tốt nhất, tản nhiệt điện trở có ý nghĩa mặc dù Tempco là 0,2ppm / ° C. Sử dụng các bộ khuếch đại cấp thiết bị như INA103 cho ý nghĩa hiện tại và cũng cho cảm giác điện áp trên tải. Đối với điện áp tham chiếu, chọn tham chiếu tốt nhất mà bạn có thể đủ khả năng, một cái gì đó như AD587 và đệm nó bằng cách sử dụng các ampe kế như AD797 được cấu hình làm bộ lọc thông thấp. Giảm thiểu băng thông vòng lặp servo hiện tại càng nhiều càng tốt, bao gồm cả phần tử pass. Loại bỏ các luồng không khí đi lạc bằng cách che chắn bảng mạch. Đặt một chuỗi 10 ohm với tất cả các IC và .1uF để trả về. Cô lập phần tương tự từ kỹ thuật số với các bộ cách ly quang hoặc tương đương mới hơn. Sử dụng nguồn cung cấp năng lượng tuyến tính với điện dung phân tán trên PCB. Sử dụng các nguồn cung cấp điện riêng cho phần tương tự và KHÔNG quay trở lại phần kỹ thuật số. NÊN sử dụng lợi nhuận riêng biệt với điểm thánh địa để giảm thiểu bù đắp đồng. Cô lập các loại đồng khác nhau được sử dụng để che chắn lớp bên trong sao cho điện áp tương tự bị cô lập tách biệt với điện áp nguồn bị cô lập ngoại trừ tại một điểm được chọn cẩn thận. Kế hoạch quay bảng nhiều lần. Cô lập các loại đồng khác nhau được sử dụng để che chắn lớp bên trong sao cho điện áp tương tự bị cô lập tách biệt với điện áp nguồn bị cô lập ngoại trừ tại một điểm được chọn cẩn thận. Kế hoạch quay bảng nhiều lần. Cô lập các loại đồng khác nhau được sử dụng để che chắn lớp bên trong sao cho điện áp tương tự bị cô lập tách biệt với điện áp nguồn bị cô lập ngoại trừ tại một điểm được chọn cẩn thận. Kế hoạch quay bảng nhiều lần.

liên kết này hiển thị mạch tham chiếu hiện tại chính xác với độ ổn định khoảng 10ppm http://www.ti.com/lit/an/sbva001/sbva001.pdf

Với những yêu cầu này, bạn sẽ cần một hộp lò nướng, các bộ phận có độ trôi thấp, nguồn năng lượng yên tĩnh và một số sự tinh tế. Bộ chuyển đổi tần số hiện tại và bộ đếm sẽ tích lũy một giá trị nguyên tương ứng với tổng điện tích. Hiệu chuẩn sẽ là một thách thức, nhưng nếu bạn biết rằng độ chính xác bạn tìm kiếm là dấu hiệu của một số hiện tượng quan trọng, hiện tượng đó có thể là nguồn hiệu chuẩn của bạn.

Xin lưu ý rằng nhiệt độ, áp suất khí quyển, từ trường và thậm chí ánh sáng đi lạc có thể ảnh hưởng đến kết quả của bạn, vì vậy tất cả chúng nên được kiểm soát.

Điện trở cảm giác của bạn sẽ nằm ngang, do đó nhiệt tăng từ nó không gây ra chênh lệch nhiệt độ trên các cực của nó (điều này sẽ làm tăng điện áp cặp nhiệt điện từ các kết nối dây đồng).

Một bồn tắm dầu khuấy có thể hữu ích.

Các kỹ thuật lấy mẫu (giống như hầu hết các ADC) là kẻ thù của bạn, bạn KHÔNG muốn lỗi thời gian chết hoặc vòng lặp; với một bộ tạo dao động như bộ chuyển đổi của bạn, không có thời gian chết. Hầu hết các hệ thống kiểm tra tự động nhằm kiểm tra nhanh hàng hóa nhà máy và không phù hợp với độ chính xác này trong nhiều ngày hoạt động.

Bạn có thể sử dụng nguồn hiện tại dựa trên MOSFET ; do FET chỉ có dòng rò cổng nhỏ, điện áp trên điện trở sẽ cho bạn độ chính xác tốt trên dòng điện.

Vì vậy bạn cần:

• Một opamp với độ ồn thấp và độ lệch bù

Đối với tiếng ồn thấp, ADA4898 rất khó để đánh bại, và không quá đắt, cộng với nó có độ lệch bù thấp ...

• Một tham chiếu điện áp với độ trôi thấp

Ví dụ là LTZ1000 hoặc LTC6655, v.v.

• Một điện trở có độ trôi thấp

Dưới đây là một ví dụ , vui lòng nhấn vào công cụ tìm kiếm digikey / mouser và sắp xếp theo tempco;)

Đó mới chỉ là điểm khởi đầu, có lẽ sẽ khá khó khăn ... Việc đặt các thiết bị hoạt động bên trong vỏ bọc được kiểm soát nhiệt độ có thể giúp ...

Tôi đang làm việc trên một công cụ để cung cấp các hệ thống chính xác như vậy, nhưng chưa sẵn sàng cho thời gian chính. Mặt khác, việc xây dựng cơ sở dữ liệu điện tử cho một công cụ như vậy cung cấp rất nhiều thử nghiệm suy nghĩ và một hạn chế chính là cảm biến điện trở của dòng điện.

Lá đồng có 4.000 ppm mỗi độ hệ số nhiệt độ C. Mua một shunt. Đừng cố gắng xây dựng một cái.