Làm thế nào khả thi để chỉ sử dụng điện trở 1% và hiệu chỉnh lỗi?

Hiện tại, tôi sử dụng điện trở 0,1% để có được phép đo điện áp chính xác thông qua bộ chia điện áp. Tuy nhiên, chi phí cao, vì vậy tôi đã nghĩ đến việc sử dụng điện trở 0,5% hoặc 1% và hiệu chỉnh lỗi trong phần mềm bằng cách sử dụng tham chiếu điện áp chính xác trong quá trình sản xuất. Có ai đã làm điều này thành công? Những cạm bẫy nào tôi có thể gặp phải?

Vậy là bạn đã có:

          R_x         R_fixed
Vcc -----^v^v^----+----^v^v^------- Gnd
                  |
                  |
                  +--- V_sensed --- ADC input

Rx là một số điện trở không xác định (có thể là một loại cảm biến của một số loại). Và bạn đang sử dụng R_fixed ở mức 0,1% ngay bây giờ để tính R_x hiệu quả, nhưng bạn muốn sử dụng một điện trở cố định rẻ hơn với sai số thấp hơn có thể là 1%. Làm như vậy bạn muốn thực hiện một số loại hiệu chuẩn trong quá trình sản xuất để sửa lỗi tăng lên, đúng không?

Cách bạn kết thúc việc này là đặt một byte vào EEPROM (hoặc một số bộ nhớ không bay hơi khác) hoạt động như một "phần bù" trong tính toán của bạn và đó là một việc hoàn toàn khả thi. Vấn đề là nó sẽ khiến bạn mất một thời gian trong quá trình sản xuất để thực hiện hoạt động hiệu chuẩn. Để thực hiện hiệu chuẩn, bạn sẽ cần một trong những điện trở 0,1% đó (gọi là R_cal) có giá trị tương đương với điện trở 1% của bạn để thay thế vào mạch cho R_x. Đo V_sensed, bạn có thể suy ra chính xác hơn giá trị của R_fixed (nghĩa là tương đương 0,2%).

Nếu R_cal và R_fixed trên cùng một giá trị, bạn sẽ mong đợi V_sensed bằng Vcc / 2. Bạn sẽ lưu trữ độ lệch đo được từ Vcc / 2 dưới dạng byte bù hiệu chuẩn và luôn thêm nó vào V_sensed theo cảm nhận của ADC.

Điều đáng tiếc, như tôi thấy, là có một loạt các công việc liên quan đến việc thực hiện phép đo và sau đó là lưu trữ giá trị. Một điều khác được coi là một cạm bẫy là nhiệt độ có thể đóng một vai trò trong việc làm cho điện trở bị lệch khỏi giá trị danh nghĩa của nó, vì vậy bạn sẽ muốn có một môi trường hiệu chuẩn được kiểm soát nhiệt độ hợp lý. Cuối cùng, đừng quên sử dụng thiết bị đo đã hiệu chuẩn, vì đó là một lỗi phụ gia tiềm năng khác. Một điều đáng tiếc cuối cùng tôi có thể nghĩ đến là byte hiệu chuẩn nên được lưu trữ theo đơn vị lsb của ADC của bạn (vì vậy nếu bạn có ADC 12 bit, đơn vị byte bù hiệu chuẩn phải là "Vcc / 2 ^ 12 Volts") .

Biên tập

Nếu bạn đang sử dụng hai điện trở cố định để phân chia điện áp lớn xuống thang đo thấp hơn như sau:

        R1_fixed       R2_fixed
V_in -----^v^v^----+----^v^v^------- Gnd
                   |
                   |
                   +--- V_sensed --- ADC input

Phần chỉnh sửa lại

Vì vậy, bây giờ bạn muốn sử dụng một tham chiếu điện áp chính xác (gọi nó là V_cal) để kích thích V_in trong bước hiệu chỉnh trong sản xuất. Những gì bạn đã có là trên lý thuyết:

V_sensed = V_predicted = V_cal * R2_fixed / (R1_fixed + R2_fixed) = V_cal * slope_fixed

Nhưng những gì bạn có trong thực tế là:

V_sensed = V_measured = V_cal * R2_actual / (R1_actual + R2_actual) = V_cal * slope_actual

Trong thực tế, bạn có độ dốc hàm truyền khác nhau trong thực tế so với những gì bạn dự đoán từ các giá trị điện trở. Độ lệch so với hàm truyền phân chia dự đoán sẽ là tuyến tính đối với điện áp đầu vào và bạn có thể giả định rằng 0V in sẽ cung cấp cho bạn 0V, do đó, thực hiện một phép đo tham chiếu điện áp chính xác sẽ cung cấp cho bạn đủ thông tin để mô tả hệ số tỷ lệ tuyến tính này . Cụ thể là:

V_measured / V_predicted = slope_fixed / slope_actual 
slope_actual = slope_fixed * V_measured / V_predicted

Và bạn sẽ sử dụng dốc_actual làm giá trị hiệu chỉnh của mình để xác định điện áp dưới dạng hàm của điện áp đo được.

bên dưới lịch sự của @markrages

Để có được độ nhạy dốc thực tế với các giá trị điện trở đòi hỏi phải phân biệt một phần:

Với tôi, nó sẽ khó khăn, tuy nhiên không phải là không thể.

• Thông thường điện trở định mức 0,1% có hệ số TC = nhiệt độ thấp hơn, miễn nhiễm với độ ẩm hơn, hàn (sốc nhiệt), có độ trôi thấp hơn theo thời gian, ... hơn điện trở định mức 1%. Vì vậy, nhiều nguồn thay đổi kháng chiến nên được xem xét.
• Ở hiệu ứng tự làm nóng ở mức 40V có thể có ý nghĩa, do đó nên sử dụng các điện trở có định mức công suất phù hợp.
• có điện trở 1% chất lượng tốt, có TC <20ppm / độ và TC tương tự từ điện trở đến điện trở (chênh lệch + - 10ppm) nhưng điều này đúng với cùng loại, giá trị danh nghĩa và điện trở công suất. Việc sử dụng đúng loại điện trở này trong bộ chia điện áp sẽ loại bỏ ảnh hưởng của TC trung bình. Chỉ có sự khác biệt trong TC sẽ có ảnh hưởng đến điện áp đầu ra. Vì vậy, có thể có được các bộ chia chính xác, sử dụng các điện trở có cùng giá trị.
• Điện trở của các giá trị danh nghĩa khác nhau có thể có nhiều TC khác nhau. Và quá trình làm nóng sẽ có ảnh hưởng khác nhau - công suất tiêu tán nhiều hơn trên điện trở có điện trở cao hơn sẽ làm nóng nó nhiều hơn và thay đổi điện trở.
  Kết luận: Nếu bạn đang sử dụng nhiều điện trở trong sản xuất (chuỗi dài của cùng một bảng / bộ chia) và chi phí của điện trở là đầy đủ, bạn có thể xem xét thay thế. Nếu không thì có lẽ nó không đáng để nỗ lực.

Cách tiếp cận đó hoạt động tốt đi từ 5% đến 1%. Đi từ 1% đến 0,1%, tôi nghi ngờ rằng bạn sẽ bắt đầu bị hủy hoại độ chính xác của mình do biến động nhiệt độ thay đổi điện trở và do đó điện áp.

Nếu, vì một số lý do không xác định, bạn đang hoạt động trong môi trường đẳng nhiệt và điện trở của bạn đều là dòng điện không đổi, do đó, việc tự sưởi ấm là có thể dự đoán được, nó vẫn khả thi.

Bạn có thể hiệu chỉnh:

• Dung sai sản xuất [2] [3], (+/- 1 *%) = có thể được hiệu chuẩn
• Nhiệt hàn [2] [3], thay đổi điện trở do hàn (+/- 0,2 * đến 1%) = có thể được hiệu chuẩn

Nhưng đừng quên tất cả các dung sai khác:

• TCR [2] [3], điện trở hệ số nhiệt độ (+/- 50 đến 100 * ppm / C)
• VCR [2], điện trở hệ số điện áp (+/- 25 * ppm / V)
• Các yếu tố môi trường, sức đề kháng thay đổi trong suốt cuộc đời (<= + / - 3% * ở 155 C, 225 000 h) [2] [3] [4]

* Lưu ý rằng tất cả các giá trị có thể khác nhau giữa các nhãn hiệu và sản phẩm điện trở.

[1] https://www.vishay.com/docs/28809/driftcalculation.pdf

[2] https://www.digikey.se/sv/ptm/v/vishay-beyschlag/mm-hv-high-volcharge-thin-film-melf-resistors/tutorial

[3] https://industrial.panasonic.com/cdbs/www-data/pdf/RDA0000/AOA0000C304.pdf

[4] MIL-STD R-10509