|
变温测试方法评述
要说明的是，这种变温的方法以前Jambalaya就用过（水浴），后来被Aeon发挥，先用冷水然后在水里用加热器加温。最近3609使用冷热箱进行变温，并把自动测试数据导入Excel中用散点法做图，加上趋势线，并从趋势线公式的系数中提取温度系数值。
1、把电阻和温度传感器放在一起缓慢加温（或者降温），同时进行采集
加温或降温采用汽车冰箱，小型的，半导体制冷或加热。温度传感器采用llycomm的GPIB卡上的，把18B20拆下并用引线引出，采集电阻的同时有温度信息。
2、转到Excel里，按温度和阻值做成散点图
3、添加趋势线，可以根据图形采用线性或2次曲线
无论用什么线，Excel的趋势线是按最小二乘的方式得到的。最小二乘，就是所有差异的二次方之和，为最小的一个曲线，这样才能保证整体误差最小。
4、如果趋势线的颜色或格式不理想，可以改变
5、添加公式
此公式就是电阻-温度预测曲线的公式，包含了温度系数
6、若嫌公式的系数的有效位数太少，可以改变
5、计算电阻温度系数
根据刚才得到公式y = -0.00082 x2 + 0.06779 x + 4998.79423
两边除上电阻常数4.998.79423成为：
y/4998.79 = 1 + 13.56E-6 x + 0.16E-6 x2
这样，一次项系数13.56ppm/C就是α温度系数（0度时的），二次项系数0.16ppm/C2就是β温度系数。而常数4998.79423 就是0度下的电阻。
这种测试方法的最大优势，是直观、可靠、方便。
所谓直观，是因为有图，可以把温度系数与曲线联系起来；所谓可靠，是因为测试点非常多，等价于进行了多次重复，免除了手工测试的单个数据变化会颠覆整个测试结果的弊病；所谓方便，是测试数据的读取和大部分计算都可以自动进行。
电阻测试方法的完善
1、公式范式化
上一段得到的α温度系数，是在温度为0的情况下的值，也就是α0。而我们常用20度下的α即α20，甚至要计算α23，这就要转换公式，过程如下：
y = -0.00082 x2 + 0.06779 x + 4998.79423
y = -0.00082 (x-20+20)2 + 0.06779 (x-20+20) + 4998.79423
y = -0.00082 [(x-20)2 + (x-20)*40 + 20*20] + [0.06779 (x-20) + 0.06779*20)] + 4998.79423
y = -0.00082 [(x-20)2 + (x-20)*40 + 400] + [0.06779 (x-20) + 1.3558] + 4998.79423
y = -0.00082(x-20)2 - 0.0328 (x-20) - 0.328 + 0.06779 (x-20) + 1.3558 + 4998.79423
y = -0.00082(x-20)2 + 0.03499 (x-20) + 4999.822
两边除上电阻常数4.999.822成为：
y/4998.822 = 1 + 7.0E-6 (x-20) + 0.16E-6 (x-20)2
这样，一次项系数7ppm/C就是α温度系数（在20度下的斜率），二次项系数0.16ppm/C2就是β温度系数，而常数4999.822 就是20度下的电阻。
2、去掉明显偶然错误数据点
鼠标放在数据点上，就能显示信息，通过查找的方法定位、删除
3、做出双轴折线图，观察按时间排序的走势，以便直观判断数据的可靠性
4、删除无关数据
显然，最开始的部分不很理想，尤其是后面温度超过38度的地方，在计量中很少能用到，因此可以删除
删除后曲线变得更加有规律，同时公式的系数也改变了
5、温度系数的常规计算
新的公式为：
y = -0.00077 x2 + 0.06571 x + 4998.81321
范式化后为：
y = -0.00077 (x-20)2 + 0.03491 (x-20) + 4999.819
过程略。方法是：
2次项系数不变
1次项系数为老的1次项系数加上40倍的2次项系数
常数项为老公式中当x=20的y值
因此，
α20 = 0.03491/4998.81321*1E6 = 6.98ppm/C，
β= -0.00077/4998.81321*1E6 = 0.154ppm/C2
这一过程可以用Excel来完成，在绿色部分输入原始公式的常数后，两个温度系数就可以自动计算出来
当然，也可以用Excel的Linest函数（线性回归）来进行2次曲线回归，只不过要增加一列温度的平方辅助列
6、温度测试的校准
尽管llycom的卡上用的18B20已经是能找到的最好的了，但分辨0.1度（可以改成0.06度）、误差可能达到0.5度，仍然不尽人意。
不过，在小范围内，线性应该不错，因此在常用的温度范围内找一点进行校准，就可以消除大部分偏离。
校准可以用2等水银温度计进行，同时读一个温度，记录偏差。
7、改变加热或制冷方式，让温度变化缓慢进行
这样，留出足够的时间让被测物适应，这对于大体积的被测基准尤其重要
小冰箱一般没有控制，加热就是个全功率的，因此造成加热过快。要想慢速加热，必须控制输入电压。对于制冷也类似。
由于测试最好是在高温和低温（相对于常温）两个方向同时进行，而不是仅仅测试加热或者仅仅测试制冷，这就要求有制热和制冷的转换。
另外，最好要考虑让温度能够线性变化，这样一方面要逐渐改变加热、制冷的量，另一方面也要考虑加热和制冷的不同。制冷要消耗能量才行因此抵消了制冷效果。加热仍然是热泵原理因此消耗的能量有助于加热，这样就造成小冰箱制冷差（比如低于环境温度20度最大）、但加热好（可以高于环境40度）的原因。
8、进行温度循环，借以验证变温法的可行性，并找到最佳变温周期
变温如果太快，那么将存在内部温度滞后，引起误差，要求慢速变温。但是，速度太慢了也影响测试速度，同时中稳将其作用，削弱并淹没温度变化结果。因此，存在一个最佳变温速度。
通过温度循环，就可以看到因温度上升和因温度下降而引起的电阻变化曲线并不重合，这样就可以看出变温的影响。
在上下曲线的差异比较小的时候，我们可以保留全部的点进行自然平均，就得到比较理想的温度曲线来。而如果曲线差异较大，那就要重新你测试了。
9、增加开关/扫描器进行多重采样
冰箱的温度变化是缓慢的，也不能快起来。在一个温度循环周期内，大部分时间是空闲的、等待温度平衡。如果能利用开关，同时测试多个样品，将大大提高工作效率。
开关如果是小型的，甚至可以放到恒温箱内部，这样可以大大减少穿壁引线。
在使用开关的场合测试电阻，可以把其中一路接上Pt100传感器，这样能更准确的测试温度车用冰箱及控制
车用冰箱由于体积不大，而且采用半导体制冷片因此具备制冷和加热两种模式，价格也不贵，因此很适合做温度测试。
这种7.5L的内控空间还凑合，放两个BZ3标准电阻，或者放一个大号的标准电阻很合适
耗电是3A左右。开始上电的时候由于温差大，电流大约3.2A，很快会降低到3A，最后稳定在2.8A左右。用12.5V而不是12V，是因为补偿一下引线电阻的压降。实际上电源适用范围可以宽一些，比如9V到13.8V。电压大功率也大，电压小制冷、制热效果也差。但不建议大幅度用电压来调节功率，否则电压太低风扇就会堵转。
由于该冰箱不能恒温，因此并不适合老的手工方式测试电阻温度系数。用自动方式多点测试，可以跟踪温度的微小变化，因此使得用此冰箱测试成为非常不错的选择。
但是，采用直接加电的方法，要么就是最大制冷，要么就是最大制热，温度变化太快。这样当被测试物品体积比较大的时候，例如标准电阻或者成品基准，快速的温度变化将产生温度差异，使得很多滞后没有释放，产生测试误差。因此，有必要采用缓慢控制温度变化的手段。
拟采用的方法是，用PWM方式来控制加热或制冷。这样，控制器部分工作于开关状态，消耗很小，而由于有比较大的热惰性，对温度平稳并无不良影响。控制可以从制冷开始，持续一段时间，待温度达到规定温度后，开始测试，同时逐渐减少制冷量，这样就因为冷气流失使得温度逐渐上升。当温度接近环境温度时，转变成加热，并使得加热功率由小到大，使得温度持续线性上升。最后，达到某控制最大时，保持一段时间后测试结束。
由于加热效率高于制冷效率，因此，加热量调节要缓慢起来，这样才能保证在比较大的范围内，温度上升为线性。
为了能够实现自动从制冷到加热的转换，需要改输入电压的方向。但由于原散热风扇是无刷电子的，只能一个方向供电，因此要改动这部分电路。解决的办法，一个是单独引出线来，一直加电，这样麻烦而且没有必要。另一个办法可以在风扇上加个整流桥，这样无论电源正负，风扇都正转。PWM休息的时间风扇不转也可以，这样就不需要外部引线了。
拆开控制部分看，很简单，只有开关、LED等
把风扇引线断开，串联个整流桥
由于电路板原来串联了两个二极管用于两个方向的风扇供电，要取下，并直接跳线到加热半导体接线处
这样，无论外部电源是正还是负，风扇都能工作。同时，加热和制冷LED的显示也永远正确。只不过在外部电源反过来的时候，当开关打在加热的时候，实际上是制冷。这样，通过控制外部电源的大小（通过PWM）和方向，就可以完全控制。
为了能够做好控制，首先对小冰箱的制冷和加热能力特性做了测试，是把一个大的标准电阻做热惰，把温度传感器放到电阻里面的温度测量空中。
开始一段是制冷，可见温度下降不是很快，三个小时下降了10度，这已经接近其最大制冷能力了。
然后停止一段时间，此时温度上升速率不亚于刚才的下降速率，说明小冰箱的绝热不是很好。
第三段是加热段，温度上升比较快，不到1小时温度可以上升25度，因此要控制好上升率。
最后一段是停止加热自然冷却。
控制部分可以采用CMOS电路。
时钟由HC14产生，宽度可调，借此调节了总时间
8位计数器进行记录，达到最终计数后全体断开
简单的ADC（可以用R-2R）输出所需要的模拟量，对应调节量
当电压达到0点电压时，在时钟电路上并联一个电容，达到减缓上升的要求
PWM也由HC电路产生
控制采用VMOS桥
小冰箱内部的均温问题很重要，可以采取两个办法：
1、用铝盒。带来的可能问题是成本、合适的铝盒难找、测试时间变长
2、用风扇。带来的可能问题是干扰、稍微发热、不好安装
引线处理
原来的冰箱是整体密封的，但为了测试，不得不钻孔引线：
1、监视用玻璃温度计，单独孔眼大约直径6mm
2、搅拌风扇电源线，单独孔眼大约直径3mm
3、测量引线，2根网线至少部分测试结果
3609测试的某5k电阻，直观看线性非常好，因此可以认为β=0，取线性模型。
由于是直线，斜率在任何点都是一样的，所以α=0.0151/4999.8 = 3.02ppm/C
对于线性模型，可以简单的在EXCEL里用函数slope来计算出斜率。结果一样。
3609测试的4.8k VHP202Z电阻
线性不错，温度系数为-2.3/4.8=-0.48ppm/C
几种精密电阻的初步测试结果：
VHP101，金封金属箔，大部分在1.0ppm/C之内；
VHP202Z，金封金属箔，大部分在1.0ppm/C之内；
AE 金封金属箔，我只有1个样品，-0.4ppm/C
S102C正品全新，三个样品，均在0.5ppm/C之内
拆机杂牌塑封金属箔，大部分在2.0ppm/C之内
国产RJ711新品塑封金属箔（正和），大部分在3.0ppm/C之内
Fluke金封线绕，早期的大部分<4ppm，后期的<2ppm，优质的<1ppm
2/3 首页 上一页 1 2 3 下一页 尾页 |
