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        超小熱電阻及其精確測量方法

        發布時間:2019-07-30 08:48:31來源:


              測量電阻通常非常簡單。您將被測設備(DUT)連接數字多功能(DMM)中的兩根導線并在屏幕上讀取結果。然而,隨著熱電阻降低,該方法開始出現問題。由于熱電阻極小,在測試較大熱電阻時可忽略不計的影響開始變得更加重要,不能再被忽視。這意味著在測試時,必須對這些影響進行補償或最小化。
              即使是DMM引線也會引入一些額外的阻力。如果引線的熱電阻為10mΩ且DUT的熱電阻為1Ω,則兩者之間的比率意味著誤差僅為測量值的1%左右。但如果DUT低于100mΩ,那么誤差范圍將上升至測量值的10%左右。已成功用于測量該尺度熱電阻的技術是四線開爾文方法。如下所示,開爾文方法使用一對引線測量電流,另一對測量電壓。
              電流測量源非常精確,阻抗非常低,可自動補償引線熱電阻。電壓電路使用具有非常高輸入阻抗的電壓表,通常在1MΩ區域。當添加到源阻抗時,引線的熱電阻現在非常小,因此在最終測量中失去其重要性。所有用于精密測量的儀器都支持開爾文方法。
              在DUT的熱電阻降至100mΩ以下之前,開爾文技術非常有用。在此熱電阻水平下,精確測試所需的電流高于典型的DMM所能提供的電流,通常約為10mA。如果DUT為10mΩ,則可用電流僅提供0.1mV信號,即使是7.5或8.5位數字萬用表也難以測量。因此,此級別的熱電阻通常需要專用的微歐姆表,其能夠提供1A或更高的電流。當DUT熱電阻降至1mΩ以下時,測量需要一個不同且更復雜的高電流分流器設置,如圖2所示。該設置使用DUT與已知精密熱電阻之間的比率來計算測量值,該精度熱電阻已串聯連接。串聯設置意味著通過兩個熱電阻的電流相同,然后可以使用以下公式計算DUT熱電阻:
              使用這種類型的測量需要高而穩定的電流源以產生適當的電壓信號。通常需要5mV以上,這可從大多數有能力的數字萬用表中獲得。精密熱電阻器需要在被測熱電阻的一個數量級內。例如,已知的1mΩ精密熱電阻可用于測量0.1mΩ至10mΩ范圍內的DUT。
              測量低熱電阻時不可忽視的第二個影響是溫度。熱效應變得重要的原因是由于熱電偶效應,其在引線接觸DUT時產生小電壓。如果測試儀器具有內置補償,或者連接由銅制造,則可以最小化這種影響。已經使用兩種方案來補償熱效應:
              第一個是偏移補償,測量零電流時的熱電壓,然后從最終讀數中減去它。
              第二種方法,電流反轉,在兩個電流極性下進行測量,并給出兩個結果的平均讀數。
              這兩種方法都需要一個接一個地快速進行兩次測量,以補償波動的溫度。如果溫度不穩定,可以使用第三種技術。Delta方法是電流反轉方法的擴展,它可以快速重復雙極性測量,以測量任何電壓漂移。用于測量的電流也會對最終讀數產生影響。高電流被認為有利于獲得更準確的讀數,但如果電流過高則會導致DUT中的大功率耗散,改變其熱電阻,同時增加熱電偶效應。為了解決這種情況,儀器可以脈沖電流,或使用低功耗模式。
              這不僅僅是影響閱讀的電流。由于金屬觸點上的氧化膜,極低的電壓也可能與電流不完全成正比。解決此問題的一種簡單方法是更改??DMM的范圍以檢查一致性。銦或金觸點可以與增加的電壓和偏移補償相結合,以處理非歐姆接觸熱電阻。
              幸運的是,大多數精密測試設備的構建都是為了在測量過程中考慮影響精度的因素。今天的設備可以自動應用補償,以避免任何不準確,并確保真正的阻力讀數。但是,了解如何將不同的效果引入測量過程以及抵消它們的最佳方法仍然很有幫助。
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