การใช้ตัวต้านทาน 1% และปรับเทียบข้อผิดพลาดเป็นอย่างไร?

ในตอนนี้ฉันใช้ตัวต้านทาน 0.1% เพื่อให้ได้การวัดแรงดันที่แม่นยำผ่านตัวแบ่งแรงดัน อย่างไรก็ตามค่าใช้จ่ายสูงดังนั้นฉันจึงคิดที่จะใช้ตัวต้านทาน 0.5% หรือ 1% และปรับแก้ข้อผิดพลาดในซอฟต์แวร์โดยใช้การอ้างอิงแรงดันไฟฟ้าที่แม่นยำในระหว่างการผลิต มีใครทำเช่นนี้สำเร็จหรือไม่ สิ่งที่ฉันอาจพบข้อผิดพลาด?

ดังนั้นคุณจะได้รับ:

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

Rx เป็นความต้านทานที่ไม่รู้จัก (อาจเป็นเซ็นเซอร์บางชนิด) และคุณกำลังใช้ R_fixed ที่ 0.1% ในขณะนี้เพื่อคำนวณ R_x อย่างมีประสิทธิภาพ แต่คุณต้องการใช้ตัวต้านทานคงที่ที่ถูกกว่าโดยมีความอดทนน้อยกว่า 1% ในการทำเช่นนั้นคุณต้องการทำการสอบเทียบบางประเภทระหว่างการผลิตเพื่อแก้ไขข้อผิดพลาดที่เพิ่มขึ้นใช่ไหม?

วิธีที่คุณทำเช่นนี้คือการใส่ไบต์ใน EEPROM (หรือหน่วยความจำแบบไม่ลบเลือน) ที่ทำหน้าที่เป็น "ออฟเซ็ต" ในการคำนวณของคุณและมันเป็นสิ่งที่ทำงานได้อย่างสมบูรณ์ สิ่งที่จะทำให้คุณเสียเวลาในระหว่างการผลิตเพื่อทำกิจกรรมการสอบเทียบ ในการทำการสอบเทียบคุณจะต้องมีตัวต้านทาน 0.1% ตัวใดตัวหนึ่ง (เรียกว่า R_cal) ที่มีมูลค่าเทียบเท่ากับตัวต้านทาน 1% ของคุณเพื่อทดแทนวงจรสำหรับ R_x การวัด V_sensed คุณสามารถอนุมานค่าของ R_fixed ได้อย่างแม่นยำมากขึ้น (เช่นบางอย่างเช่น 0.2%)

ถ้า R_cal และ R_fixed เป็นค่าเดียวกันคุณคาดหวังว่า V_sensed จะเท่ากับ Vcc / 2 คุณจะเก็บค่าเบี่ยงเบนที่วัดได้จาก Vcc / 2 เป็นไบต์ออฟเซ็ตการปรับเทียบและเพิ่มไว้ใน V_sensed ตามการรับรู้ของ ADC

หลุมพรางที่ผมเห็นก็คือมีงานเกี่ยวข้องในการวัดและเก็บค่า อีกสิ่งที่ควรพิจารณาในฐานะหลุมพรางคืออุณหภูมิสามารถมีบทบาทในการทำให้เกิดความต้านทานต่อการเบี่ยงเบนจากค่าเล็กน้อยดังนั้นคุณจะต้องการสภาพแวดล้อมการสอบเทียบที่ควบคุมอุณหภูมิได้ดีพอสมควร ในที่สุดอย่าลืมใช้อุปกรณ์การวัดที่สอบเทียบเนื่องจากเป็นข้อผิดพลาดเพิ่มเติมที่เป็นไปได้อีกประการหนึ่ง ข้อผิดพลาดสุดท้ายที่ฉันคิดได้คือไบต์การสอบเทียบควรถูกเก็บไว้ในหน่วยของ lsb ของ ADC ของคุณ (ดังนั้นถ้าคุณมี ADC ขนาด 12 บิตหน่วยของการปรับเทียบออฟเซ็ตควรเป็น "Vcc / 2 ^ 12 Volts") .

แก้ไข

หากคุณใช้ตัวต้านทานคงที่สองตัวเพื่อแบ่งแรงดันไฟฟ้าขนาดใหญ่ลงไปที่ระดับล่างดังนี้:

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

มาตราที่แก้ไขใหม่

ดังนั้นตอนนี้คุณต้องการใช้การอ้างอิงแรงดันไฟฟ้าที่มีความแม่นยำ (เรียกว่า V_cal) เพื่อกระตุ้น V_in ในระหว่างขั้นตอนการสอบเทียบในการผลิต สิ่งที่คุณมีอยู่ในทฤษฎี:

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

แต่สิ่งที่คุณมีในความเป็นจริงคือ:

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

ในความเป็นจริงคุณมีความชันของฟังก์ชั่นการถ่ายโอนที่แตกต่างกันในความเป็นจริงมากกว่าที่คุณคาดการณ์จากค่าตัวต้านทาน ความเบี่ยงเบนจากฟังก์ชันถ่ายโอนตัวหารที่ทำนายไว้จะเป็นแบบเชิงเส้นเทียบกับแรงดันไฟฟ้าขาเข้าและคุณสามารถสรุปได้อย่างปลอดภัยว่า 0V ในจะให้คุณ 0V ออกดังนั้นการวัดแรงดันอ้างอิงความแม่นยำหนึ่งค่าควรให้ข้อมูลเพียงพอ . กล่าวคือ:

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

และคุณจะใช้ slope_actual เป็นค่าสอบเทียบของคุณเพื่อกำหนดแรงดันเป็นฟังก์ชันของแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้

ด้านล่างมารยาทของ @markrages

ในการรับค่าความชันของความชันที่แท้จริงกับค่าตัวต้านทานต้องใช้การแยกส่วนบางส่วน:

โดยฉันมันจะเป็นเรื่องยาก แต่ก็เป็นไปไม่ได้

• โดยทั่วไปแล้วตัวต้านทานที่ได้รับการจัดอันดับ 0.1% จะมีค่า TC = ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิที่ต่ำกว่ามีความต้านทานต่อความชื้นมากกว่าการบัดกรี (การช็อกความร้อน) มีเวลาในการดริฟท์ที่ต่ำกว่า ... มากกว่า 1% ดังนั้นควรพิจารณาการเปลี่ยนแปลงแหล่งต้านทานหลายแหล่ง
• ที่ระดับความร้อน 40V เอฟเฟกต์การทำความร้อนด้วยตนเองอาจเป็นความหมายที่สมบูรณ์ดังนั้นจึงควรใช้ตัวต้านทานที่มีพิกัดกำลังไฟที่เหมาะสม
• มีตัวต้านทาน 1% คุณภาพดีมี TC <20ppm / deg และ TC ที่คล้ายกันจากตัวต้านทานต่อตัวต้านทาน (ความแตกต่าง + - 10ppm) แต่สิ่งนี้เป็นจริงสำหรับประเภทเดียวกันค่าเล็กน้อยและตัวต้านทานพลังงาน การใช้ตัวต้านทานชนิดนี้อย่างเหมาะสมในตัวแบ่งแรงดันจะยกเลิกอิทธิพลของค่าเฉลี่ย TC ความแตกต่างใน TC จะมีผลกับแรงดันเอาต์พุต ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะได้ตัวหารความแม่นยำโดยใช้ตัวต้านทานที่มีค่าเท่ากัน
• ตัวต้านทานที่มีค่าเล็กน้อยต่างกันอาจมีค่า TC ต่างกัน และความร้อนในตัวเองจะมีอิทธิพลที่แตกต่าง - กำลังงานที่มากขึ้นในตัวต้านทานความต้านทานสูงจะทำให้ความร้อนสูงขึ้นและเปลี่ยนความต้านทาน
  สรุป: หากคุณใช้ตัวต้านทานจำนวนมากในการผลิต (ชุดยาวของบอร์ด / ตัวหารเดียวกัน) และค่าตัวต้านทานมีความหมายเต็มคุณสามารถพิจารณาเปลี่ยนได้ ไม่อย่างนั้นอาจจะไม่คุ้มค่ากับความพยายาม

วิธีการนี้ใช้งานได้ดีตั้งแต่ 5% ถึง 1% จาก 1% เป็น 0.1% ฉันสงสัยว่าคุณจะเริ่มต้นความแม่นยำของคุณที่ถูกทำลายโดยความผันผวนของอุณหภูมิที่เปลี่ยนความต้านทานและแรงดันไฟฟ้า

หากด้วยเหตุผลที่ไม่ทราบสาเหตุคุณกำลังทำงานในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิความร้อนสูงและตัวต้านทานของคุณเป็นกระแสคงที่ทั้งหมดดังนั้นการทำความร้อนด้วยตนเองจึงสามารถคาดเดาได้

คุณสามารถปรับเทียบ:

• ความทนทานต่อการผลิต [2] [3], (+/- 1 *%) = สามารถปรับเทียบได้
• Solder heat [2] [3], ความต้านทานเปลี่ยนเนื่องจากการบัดกรี (+/- 0.2 * ถึง 1%) = สามารถสอบเทียบ

แต่อย่าลืมเกี่ยวกับความคลาดเคลื่อนอื่น ๆ ทั้งหมด:

• TCR [2] [3], ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิ (+/- 50 ถึง 100 * ppm / C)
• VCR [2], ค่าสัมประสิทธิ์แรงดัน (+/- 25 * ppm / V)
• ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมการเปลี่ยนแปลงความต้านทานระหว่างอายุการใช้งาน (<= + / - 3% * ที่ 155 C, 225 000 ชั่วโมง) [2] [3] [4]

* โปรดทราบว่าค่าทั้งหมดอาจแตกต่างกันระหว่างแบรนด์ตัวต้านทานและผลิตภัณฑ์

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

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

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

[4] MIL-STD R-10509