Medición de corriente DC de alta precisión

  

Lo que me parece curioso es que es fácil lograr una precisión del 0.05% para la medición de voltaje, y es muy difícil obtener más del 1% para las resistencias. No tiene sentido.

En realidad es bastante simple;)

Los resistores con un valor suficientemente alto pueden fabricarse con tecnología de película (delgada o gruesa) que es muy barata. Esta es la razón por la cual su resistencia de chip SMD promedio cuesta casi nada. Las partes de los orificios de salida son un poco más caras pero no mucho. La alta precisión para precios baratos se logra a través de recorte láser . Bastante impresionante si consideras lo poco que realmente cuestan estas cosas.

Para valores de resistencia bajos, se vuelve más complicado, se requieren películas más gruesas, el recorte es más difícil y, en un escenario de alta densidad de corriente, la forma de corte por láser concentra la corriente en una pequeña parte de la película, lo que disminuye la potencia del pulso. manejo. Si la resistencia está bobinada, no se puede recortar con láser. Básicamente, hay opciones de fabricación menos económicas / precisas disponibles para valores de resistencia bajos.

Además, la resistencia de lo que se sienta entre el elemento resistivo y la PCB (como tapas de conexión, cables, etc.) comienza a importar. Y estos suelen ser de metal, lo cual es inexacto y tiene un coeficiente de resistencia a la temperatura muy bajo. Por ejemplo, si compra una resistencia con cable de 0.02 ohmios, su valor dependerá de la duración de la soldadura de los cables.

Entonces, dices:

  

Cuatro resistencias de potencia de 1 Ohm y solo 5% de tolerancia son dos veces más caras y al menos un orden de magnitud menos precisa.

Este por ejemplo, isn no es caro Ahora, obviamente, tiene un enorme tempco de +/- 300 ppm / ° C, lo que significa que en su carga nominal de 5W, con un aumento de temperatura de 200 ° C según la hoja de datos, solo el tempco causará una desviación de +/- 6%, lo que significa que la precisión será una mierda.

Por lo tanto, seleccionaría una resistencia del 1% . Tiene un tempco mucho mejor (50 ppm / K). También es caro, ya que es más un producto de nicho.

Sin embargo, si desea un 0,1%, está en problemas porque el 0,1% de 1 ohmio es 1 mOhm y esto significa que los extremos y los cables son importantes. Por lo tanto, está atascado con esto producto de lujo que, obviamente, tiene 4 terminales y un paquete TO-220 para que pueda mantenerse fresco con un gran disipador de calor.

Básicamente es oferta y demanda. Los resistores de detección de corriente se usan con bastante frecuencia, pero en escenarios que no requieren una alta precisión, como en la fuente de alimentación, cargadores, etc. Por lo tanto, puede obtener resistores de detección de corriente de bajo valor como 10-100 mOhm en formato SMD a precios bajos. Pero una versión de alta precisión interesará a pocos clientes. Esta es la razón por la que tiene problemas para obtener resistencias baratas de alta potencia y alta precisión: la gente elige una resistencia de potencia cuando se calienta. Si hace calor, tienes problemas de tempco. Por lo tanto, debes hacerlo como todos los demás:

• Repensar el proyecto

Si su necesidad de precisión se deriva de la necesidad de medir de 0 a 3A mientras mantiene una buena precisión cercana a cero, necesita más rangos como en un multímetro. Utilice una resistencia de derivación de mayor valor para corrientes bajas.

• Use un valor de resistencia más bajo (menos calor), por ejemplo, una resistencia 0R1.

Esto requiere un amplificador de compensación menor (o calibración). Esta es probablemente tu mejor opción.

• Utilice detección de 4 cables (elimina las imprecisiones debidas a la resistencia del terminal / cable)

Esto requiere resistencias SMD o resistencias de orificio pasante muy especiales, pero es obligatorio si desea precisión en una resistencia 0R1. Aquí hay un poco de material de lectura. link link (¡el segundo es bastante interesante!)

• Requiere menos precisión al usar la calibración (pero la resistencia aún puede calentarse, por lo que aún necesitas un tempco bajo).

Además, si desea una resistencia que sea: muy precisa, baja deriva, alta potencia de disipación, etc ... obtenga cien resistencias SMD de película delgada al 1% y suelde en una placa de doble cara que realice para este fin usando una de las tiendas chinas de PCB a precio de $ 10. Coloque la tabla verticalmente para que se enfríe con aire por convección. La gran superficie hará maravillas para la disipación. Sin embargo, un diseño adecuado es una necesidad.

  

Como probablemente todos estarían de acuerdo, la corriente se mide en la práctica por   Poner una resistencia de pequeña resistencia en serie y luego medir.   voltaje a través de esa resistencia.

No, no estaría de acuerdo. La corriente se puede medir con un sensor de efecto Hall y si la corriente es de CA, el uso de un transformador de corriente también es una gran opción.

  

Medir el voltaje de manera precisa no es un problema (usar un convertidor AD barato   y un microcontrolador o i2c a un controlador USB da típicamente   precisión mejor que 0.1%).

También estoy en desacuerdo con esto. Usted paga por lo que obtiene y, por lo general, los ADC incrustados son escandalosos en el error de ganancia, error de compensación cero y errores de linealidad integral y, para un ADC de 10 bits, la precisión puede ser superior al 1% con bastante facilidad. La resolución podría ser del 0,1%, pero esa es una historia diferente.

  

Me parece algo gracioso ese elemento pasivo de costos de precisión más pequeños   Más que un elemento activo de mayor precisión!

Esto tendría sentido si se diera cuenta de que un elemento lineal activo tiene una precisión que casi siempre está dictada por la precisión de las resistencias colocadas alrededor de ellos. Seguro que puedes obtener un amplificador operacional con bajo voltaje de compensación de entrada y corrientes de polarización, pero las resistencias externas al dispositivo dictan la ganancia.

  

¿Cuál es la posible solución a ese problema?

Excave y compre una resistencia de calidad de medición decente.

Compre una resistencia de derivación barata del 5%, aplique una corriente conocida a la derivación utilizando una fuente de voltaje de precisión (puede comprar 0.1% por menos de un dólar) y una resistencia conocida (0.1%, valor más alto). Luego use su ADC con una precisión del 0,1% para medir el voltaje en la derivación.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

(por supuesto, solo para Rshunt / R1 < 0.1%)

Estoy usando el siguiente método en uno de mis diseños de fuente de alimentación.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Estoy usando este resistencia como derivación.

INA240 es un amplificador de detección de corriente de bajo ruido y baja desviación. La versión A1 tiene una ganancia de voltaje de 20. Por lo tanto, la salida del amplificador será \ $ V_ {cs} = 0.05 [\ Omega] \ cdot I_ {LOAD} [A] \ cdot 20 = I_ {LOAD-mA} [ mV] \ $, que significa una salida de 1 mV por 1 mA de I _OUT .

En mi aplicación, V _cs es de unas pocas decenas de μV sin carga. Y ADS1118 mide esto como muy cercano a cero. Puedo medir 1mA-5000mA de I _OUT con una precisión de 1mA. La precisión es de ± 1 mA y se verifica con un Fluke 18B calibrado.

La razón por la que estoy haciendo una medición del lado alto es que el cliente solicitó que la carga esté siempre conectada a tierra, incluso si la fuente de alimentación está apagada.

PS: No es un anuncio.

Los multímetros generalmente se leen constantemente sin mucha fluctuación, es decir, que un multímetro en particular leerá 12.1v, por ejemplo, en una fuente de 12v precisa, por lo que se lee un poco alto pero esto solo tiene una pequeña implicación en los cálculos.

La solución puede ser agarrar un grupo de resistencias de tolerancia del 10% (ya sea la mitad o el doble del valor que busca) porque son baratos (1% si lo desea, si su presupuesto lo permite) y conecte dos en serie a Una fuente de alimentación. Luego, puede medir la tensión de alimentación, la corriente, medir la caída de tensión en cada resistencia con su multímetro y calcular la resistencia de cada resistencia en forma comparativa. Supongo que no tendrá demasiados que estén muy cerca de la resistencia especificada porque ya habrían sido ordenados y agrupados con una tolerancia más cercana, pero debería poder encontrar dos resistencias para agregar para obtener el valor que desea, ya sea en Serie o en paralelo.

La tolerancia del 10% en una resistencia no significa una fluctuación del 10% durante la operación, una vez que se fabrican, están prácticamente fijas.

Es habitual en los instrumentos tener una derivación y un ajuste. Esto también elimina la necesidad de que su tolerancia sea tan fuerte.

Bueno, si lo estás haciendo en casa, supongo que esta medida actual no se usa en mil piezas diferentes. Una resistencia con tolerancia de 0.1% significa que si pides una resistencia de 1 ohmio obtienes 1 ohmio +/- 0.1%, pero si tienes la posibilidad de medir tu resistencia de 1 ohmio 1% con una precisión de +/- 0.1%, esto da el mismo resultado.

Entonces, ¿por qué no ordenar una resistencia ordinaria de 1 ohmio y determinar su valor real midiéndolo? ¿O es un multímetro ya parte de un "laboratorio electrónico"?