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从小电阻的高精度测量到大电流分流器的定标

发布时间:2021-01-06

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电阻测量可能是最简单和最常用的测量之一,大家在中学物理就学过。但任何事情到了极致就可能变得不那么简单,例如极小的电阻测量。


极小电阻现在应用非常广泛,例如电路和系统中大电流的取样:在光伏风电设置或汽车快充设备中,电流可能从数百安培起步。这时候,即使取样电阻低至1毫欧,发热功率也可能有数百瓦甚至上千瓦!另外,电动汽车的充电头的接触电阻也必须非常低至数毫欧,甚至微欧,否则后果不堪设想。

因此,在这些应用中,工程师必须精确测量和评估这些极小的电阻,以防器件在使用环境中产生自热效应,产生较大的误差,甚至被损坏。

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相信大家都会想到,小电阻的精确测量必须使用4线 (开尔文)测量,以去除引线和接触电阻这个测试方法在高端的六位半数字表中是必备的功能。

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但是,事情会如此简单吗?

我们来看一下用是德科技的最高端六位半数字表34465A测量10mΩ标准电阻。

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我们用的是最好的开尔文四线测量夹具,但是,测量结果居然是16.5mΩ!相信没有人能接受这个测试结果!但问题出在哪里了?

我们来看一下数字表的规格书, 关注一下电阻测量和电压测量的指标:



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从规格书上,我们看到,这台万用表的电阻最小量程是100Ω,在这个量程下提供的激励电流只有1mA. 根据欧姆定律,这时候电阻两端的压降只有10uV!

而这款表的电压最小量程是100mV,两者相差10000倍!这里量程误差已经导致这款表无法精确测量了。 

如何解决这个问题?一个有效的方案是利用一个更大的高精度电流源,提升测量电流,来精确测量电阻。这就让我们想到了源表。

我们选了一台是德科技的B2912A六位半的源表,其电压测量精度与34465A相当,但激励电流输出不仅可以调整,而且精度也非常高。来看一下测量结果: 

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设置100mA 的测试电流的结果10.09mΩ


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设置1A的激励结果,10.004mΩ

果然,激励的电流越大,测试的准确性越高!


但事情还没有结束,如果希望获得大电流分流器在真实工作场景下的阻值,也就是说在数百安培,甚至上千安培工作时,在不同环境温度下的真实阻值。这个难度非常大,这是因为,如果希望获得0.5%精度, 就意味着至少需要一台或几台数百安培的电流源, 其精度需要在0.05%!这谈何容易!

如此高难度的测试,是德科技自然是当仁不让了!我们采用最新的RP7900 APS系列高性能电源系统,单机的电流可达800A,而电流测量精度,更是达到空前的0.03%!

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RP7900 APS系列高性能电源系统


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APS输出50A时的显示分辨率居然为uA级


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APS的硬指标:0.03%的电流编程和测量精度!


这样我们就可以构建一套高精度电流分流器实际工作场景的测试方案:

  • PR79 APS电源提供标准的电流源
  • 34401A 6 1/2数字万用表精准测量电压
  • DAQ970A监控温度
  • 用BenchVue软件来统一控制、获得数据、处理测试结果


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75mΩ,100A分流器的测试实例


这样,我们就轻松获得了阻值相对于电流的曲线,以及阻值相对于温度的曲线。


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分流器电阻随工作电流的变化


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分流器温度随工作电流的变化



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------转自是德科技