首先,您不需要精密电流源。原因在于,从本质上讲,电流源的工作原理是测量通过电阻器的电流,然后关闭电流测量和精密电压源周围的反馈回路。由于您只想测量通过负载的电流(以及充电量),因此不需要精确的参考电压。只要您精确测量电流,您就可以使用相当草率的源。
那么,如何测量电流呢?嗯,这(原则上)非常简单。您只需测量与负载串联的电阻器上的电压,通常称为分流电阻器。当然,您并没有表示需要当前级别的极端稳定性,如果是,您确实需要担心这一点。
不幸的是,你已经对你的要求做了很多。您需要相当高的电流以保持稳定性。这将满足您的要求,因为自热将成为主要参与者。让我们从基线系统开始。让我们假设您希望在全电流下通过分流器的电压为 1 伏。那么耗散的功率将为 1/2 瓦,目标电阻为 2 欧姆。这将在电阻器中引起显着的自热。访问 digikey.com,开始查看低温度系数电阻器。让我们计算一下使用 10 ppm/摄氏度单位。将搜索限制在库存电阻器中,您会注意到可用的高功率单元仍然小于 1/2 瓦,而且它们通常没有库存,最低购买 4000 个单元(诚然,40 美分一个流行,但这仍然是大约 1600 美元)。更差,
一旦达到 1/8 瓦,您就可以找到 10 欧姆单位。如果你把 5 个并联,你会得到 0.625 瓦的 2 欧姆。然而,这将是不可行的。各个电阻器的额定温度为 70 C,或高于环境温度 50 度。这当然会产生标称 500 ppm 的热漂移。事实上,如果你要找到它们,你需要大约 0.2 ppm 的单个温度系数。
考虑到这一点,请查看https://www.digikey.com/products/en/resistors/chip-resistor-surface-mount/52?k=&pkeyword=&pv2085=u10+Ohms&pv2=4&FV=ffe00034%2C4400c9&mnonly=0&ColumnSort =0&page=1&stock=1&quantity=0&ptm=0&fid=0&pageSize=25你会发现 0.2 ppm/deg, 10 ohm, 1/4 W. 你可以把 4 或 5 并联起来,你应该没问题。不仅 TCR 低,PCR 在 70C 时为 5 ppm。诚然,在单一来源中吞下一半的错误预算只是自找麻烦,但这通常是廉价做事的游戏的一部分。您一直在寻找的当前资源成本如此之高是有充分理由的。当然,它们(指定的电阻器)将花费您大约 50 - 60 美元。那是问题吗?那是“便宜”吗?
嗯,它肯定比你一直在寻找的那种电流源便宜得多。考虑为分流器进行适当的冷却绝对是个好主意,但无论如何这都是个好主意。
当我们这样做时,您应该意识到您的仪表要求超出了通常的廉价界限。您需要至少 0.001% 的线性度和至少 5 1/2 位数字万用表。如果您要推出自己的 A/D,则至少需要 17 位。
这种宽动态范围和高精度意味着您需要注意对输入噪声的敏感性。当然,如果您要做的只是将样本相加,您将获得相当大的噪声平均,尽管在这种情况下,更高的采样率总比低的好。
在这两种情况下,都不清楚为什么需要如此低的数据采集率。当然,这是很多数据,但除非您要让工人轮班进行测量,否则 200 小时的数据只有 720,000 秒。假设每个样本 10 个字节,那么文件大小仅为 7.2 MB。即使是低级的 FAT32 也可以容纳大约 500 倍的数量。另一方面,即使假设每个样本 10 秒,你真的会尝试手动处理 72000 个数据点吗?几个设置?很难想象为什么将数据采集和数据缩减都自动化是没有意义的。至少,您几乎可以轻松地在 Excel 中进行简单的总计。
我倾向于同意托尼·斯图尔特的观点,即这不是一个适合初学者的项目。如果您绝对必须自己做,我会选择一个制作精良的分流器,然后使用像 Measurement Computing 这样的公司提供的商业 DAQ。您可以获得一个 8 通道、24 位 DAQ 软件,该软件将执行 2 个样本/秒,价格略高于 400 美元。输入偏移温度系数小于 0.5 uV/deg,因此您可能不需要考虑仪器的气候控制。再说一次,增益温度系数约为 4 ppm/度,所以你可能会这样做。
编辑 - 我没有使用评论来回复评论,而是扩展了这个答案。
也许,我误解了您的要求。据我了解您的帖子,您对流经负载的总电荷感兴趣。您没有说过区分流入负载的电流和通过分流电阻的电流。换句话说,您给人的印象是负载输入等于负载输出电流,如果您测量一个,则测量另一个。在这种情况下,几乎不需要精确的来源,至少在您认为的意义上不是。如果您将电流测量到 10 ppm,那么这是您能做的最好的事情。如果它在样本之间发生一些变化,那么只要该变化与样本间隔不相关,它就会全部出现在洗涤中。
一方面,是的,一定程度的稳定性是必要的。然而,我的观点是,它不需要像你想象的那么好。是的,如果当前级别随时间变化,则有必要对其进行跟踪。然而,除非变化(可以被认为是噪声)与采样时间相关,否则长时间的数据运行将平均掉这种噪声。换句话说,稳定性问题往往会在考虑的长期运行中被过滤掉。原则上,您总是有可能获得累积错误,但这应该不是什么大问题。在这种情况下,稳定性意味着超过 10 秒的稳定性,这并不难。
我应该量化我的条款,尤其是稳定性。电流源中的 0.01% (100 ppm) 并不困难或昂贵,尽管 0.1% 更容易。如果您使用我建议的那种低温度系数分流器,您可以使用该电压来控制您的电流源,参考电压成为限制因素,其次是放大器偏移。
此外,温度控制很容易被误导为“简单”,在某些方面确实如此。然而,除非你量化你的控制,否则你无法知道它是否足够。您不能只提供散热器并确保问题得到解决。就此而言,您甚至不知道一开始是否存在问题。