*Muy* alta precisión, fuente de corriente *muy* estable

Primero, no necesita una fuente de corriente de precisión. La razón es que, en el fondo, una fuente de corriente funciona midiendo la corriente a través de una resistencia, luego cierra un circuito de retroalimentación alrededor de la medición de corriente y una fuente de voltaje de precisión. Dado que solo desea medir la corriente (y, por lo tanto, la carga) a través de su carga, no necesita el voltaje de referencia de precisión. Puede usar una fuente bastante descuidada, siempre que mida la corriente con precisión.

Entonces, ¿cómo se mide la corriente? Bueno, eso es (en principio) bastante sencillo. Simplemente mida el voltaje a través de una resistencia en serie con su carga, generalmente llamada resistencia de derivación. Por supuesto, no ha indicado que se requiere una estabilidad extrema en el nivel actual, y si es así, debe preocuparse por eso.

Desafortunadamente, ha mordido bastante con sus requisitos. Desea una corriente bastante alta para su estabilidad. Esto jugará un infierno con sus requisitos, ya que el autocalentamiento se convertirá en un jugador importante. Comencemos con un sistema de referencia. Supongamos que desea 1 voltio a través de su derivación a plena corriente. Entonces, la potencia disipada será de 1/2 vatio y la resistencia objetivo será de 2 ohmios. Esto causará un autocalentamiento significativo en la resistencia. Vaya a digikey.com y comience a buscar resistencias de baja temperatura. Consideremos el uso de unidades de 10 ppm/grado C. Si restringe la búsqueda a las resistencias en existencia, notará que las unidades de mayor potencia disponibles aún son de menos de 1/2 vatio y, por lo general, no están en existencia, con compras mínimas de 4000 unidades (es cierto, a 40 centavos por pop, pero eso sigue siendo alrededor de 1600 dólares). Peor,

Una vez que llegue a 1/8 de vatio, puede encontrar unidades de 10 ohmios. Si pone 5 en paralelo, obtendrá 2 ohmios a 0,625 vatios. Esto, sin embargo, va a ser un no-go. Las resistencias individuales están clasificadas para una temperatura de 70 C, o 50 grados por encima de la temperatura ambiente. Esto, por supuesto, producirá una deriva térmica de 500 ppm nominales. De hecho, si tuviera que encontrarlos, necesitaría tempcos individuales de aproximadamente 0,2 ppm.

Con esto en mente, consulte 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 y encontrará 0.2 ppm/deg, 10 ohm, 1/4 W. Puede obtener 4 o 5 para poner en paralelo, y debería estar bien. No solo el TCR es bajo, el PCR es de 5 ppm a 70 °C. De acuerdo, tragarse la mitad de su presupuesto de errores en una sola fuente es simplemente buscar problemas, pero eso es generalmente parte del juego cuando se hacen las cosas a bajo precio. Hay una muy buena razón por la cual las fuentes actuales que ha estado buscando cuestan tanto. Por supuesto, ellos (las resistencias especificadas) le costarán entre 50 y 60 dólares. ¿Es eso un problema? ¿Es eso "barato"?

Bueno, ciertamente es mucho más barato que el tipo de fuente actual que has estado buscando. Y definitivamente es una buena idea considerar el enfriamiento adecuado para su derivación, pero de todos modos será una buena idea.

Y mientras estamos en eso, debe tener en cuenta que los requisitos de su medidor están fuera de los límites habituales de lo económico. Necesita al menos .001% de linealidad y al menos 5 1/2 dígitos de un DMM. Si va a rodar su propio A/D, necesita al menos 17 bits.

Y este tipo de amplio rango dinámico y alta precisión implica una sensibilidad al ruido de entrada que debe tener en cuenta. De acuerdo, si todo lo que quiere hacer es sumar las muestras, obtendrá un promedio considerable del ruido, aunque en este caso una frecuencia de muestreo más alta es mejor que una baja.

En ninguno de los casos está claro por qué desea una tasa de adquisición de datos tan baja. Claro, son muchos datos, pero a menos que haya turnos de trabajadores tomando medidas, 200 horas de datos son solo 720 000 segundos. Suponiendo 10 bytes por muestra, eso es solo un tamaño de archivo de 7,2 Mbyte. Incluso el humilde FAT32 puede contener unas 500 veces esa cantidad. Por otro lado, incluso suponiendo 10 segundos por muestra, ¿realmente va a intentar analizar 72 000 puntos de datos a mano? para varias configuraciones? Es difícil imaginar por qué no tiene sentido automatizar tanto la adquisición como la reducción de datos. Como mínimo, puede hacer un total simple en Excel de manera casi trivial.

Me inclino a estar de acuerdo con Tony Stewart en que este no es un proyecto para principiantes. Si absolutamente debe hacerlo usted mismo, elegiría una derivación bien construida y luego iría con un DAQ comercial de una compañía como Measurement Computing. Puede obtener un DAQ de 8 canales y 24 bits con un software que hará 2 muestras/seg por un poco más de 400 dólares. El tempco de compensación de entrada es inferior a 0,5 uV/grado, por lo que es posible que no necesite pensar en el control climático para su instrumentación. Por otra parte, la ganancia de tempco es del orden de 4 ppm/grado, por lo que probablemente lo haga.

EDITAR: en lugar de usar comentarios para responder a los comentarios, estoy ampliando esta respuesta.

Quizá no haya entendido bien sus requisitos. Según entiendo su publicación, está interesado en la carga total que fluye a través de su(s) carga(s). No ha dicho nada acerca de distinguir entre la corriente en la carga y la corriente a través de la resistencia de derivación. En otras palabras, dio la impresión de que la entrada de carga es igual a la corriente de salida de carga, y si mide una, mide la otra. Bajo estas circunstancias, hay poca necesidad de una fuente de precisión, al menos no en el sentido que parece pensar que es. Si mide la corriente a 10 ppm, bueno, eso es lo mejor que puede hacer. Si varía algo entre las muestras, mientras esa variación no esté correlacionada con el intervalo de la muestra, todo saldrá en el lavado.

Por un lado, sí, es necesaria la estabilidad en algún nivel. Sin embargo, mi punto era que no necesita ser tan bueno como podrías pensar. Sí, si el nivel actual cambia con el tiempo, es necesario realizar un seguimiento. Sin embargo, a menos que los cambios (que pueden considerarse ruido) se correlacionen con el tiempo de muestreo, las ejecuciones largas de datos promediarán este ruido. En otras palabras, los problemas de estabilidad tenderán a filtrarse a lo largo de los plazos largos que se consideren. En principio, siempre existe la posibilidad de que pueda acumular errores, pero esto no debería ser un gran problema. Y la estabilidad en este caso significa estabilidad de más de 10 segundos, lo cual no es difícil de lograr.

Y debo cuantificar mis términos, particularmente la estabilidad. 0,01 % (100 ppm) en una fuente de corriente no es tan difícil ni costoso, aunque 0,1 % es mucho más fácil. Y si usa el tipo de derivación de baja temperatura que sugerí, puede usar ese voltaje para controlar su fuente de corriente, y el voltaje de referencia se convierte en el factor limitante, seguido por la compensación del amplificador.

Además, el control de la temperatura es engañosamente fácil de descartar como "simple", y en algunos aspectos lo es. Sin embargo, a menos que cuantifique su control, no tiene forma de saber si es adecuado. No puede simplemente suministrar un disipador de calor y asegurarse de que el problema esté resuelto. De hecho, ni siquiera sabes si hubo un problema en primer lugar.

Una deriva de 10 ppm es equivalente a 100 dB SNR en CC y esto requiere un sensor de corriente al horno para una detección estable y un regulador de ruido extremadamente bajo. Luego, un ADC con una resolución de 20 bits y una precisión de 18 bits que también debe regularse térmicamente. Keithley puede hacer tal instrumento por $5k. ¿Bricolaje sin experiencia? buen ruck.

Hemos fabricado fuentes de corriente de precisión durante más de 26 años y podemos ofrecer algunas sugerencias. Para el sentido actual, use la serie Vishay VPR221Z o la VCS331Z según su potencia. Para obtener los mejores resultados, caliente el disipador de la resistencia de detección a pesar del Tempco de 0,2 ppm/°C. Utilice amplificadores de grado de instrumentación como el INA103 para la detección de corriente y también para la detección de voltaje en la carga. Para el voltaje de referencia, seleccione la mejor referencia que pueda permitirse, algo como el AD587 y búferlo usando amplificadores operacionales como el AD797 configurado como un filtro de paso bajo. Minimice el ancho de banda actual del bucle del servo tanto como sea posible, incluido el elemento de paso. Elimine las corrientes de aire perdidas protegiendo la placa de circuito. Coloque un 10 ohm en serie con todos los circuitos integrados y un .1uF para regresar. Aísle la sección analógica de la digital con optoaisladores o equivalentes más nuevos. Utilice fuentes de alimentación lineales con capacitancia distribuida en la PCB. Utilice fuentes de alimentación separadas para la sección analógica y NINGÚN retorno común a la sección digital. UTILICE devoluciones separadas con puntos meca para minimizar las compensaciones de cobre. Aísle los diversos vertidos de cobre utilizados para el blindaje de la capa interna de modo que los voltajes analógicos aislados estén separados de los voltajes de fuente de corriente aislados, excepto en un punto cuidadosamente elegido. Planea hacer girar el tablero varias veces. Aísle los diversos vertidos de cobre utilizados para el blindaje de la capa interna de modo que los voltajes analógicos aislados estén separados de los voltajes de fuente de corriente aislados, excepto en un punto cuidadosamente elegido. Planea hacer girar el tablero varias veces. Aísle los diversos vertidos de cobre utilizados para el blindaje de la capa interna de modo que los voltajes analógicos aislados estén separados de los voltajes de fuente de corriente aislados, excepto en un punto cuidadosamente elegido. Planea hacer girar el tablero varias veces.

este enlace muestra un circuito de referencia de corriente de precisión con una estabilidad de aproximadamente 10 ppm http://www.ti.com/lit/an/sbva001/sbva001.pdf

Con estos requisitos, necesitará una caja horneada, componentes de baja deriva, fuentes de energía silenciosas y algo de delicadeza. Un convertidor de corriente a frecuencia y un contador acumularán un valor entero que corresponde a la carga total. La calibración será un desafío, pero si sabe que la precisión que busca es indicativa de algún fenómeno importante, ese fenómeno puede ser su fuente de calibración.

Tenga en cuenta que la temperatura, la presión atmosférica, el campo magnético e incluso la luz dispersa pueden influir en su resultado, por lo que todos deben controlarse.

Su resistencia de detección será horizontal, por lo que el calor que emana de ella no causa una diferencia de temperatura en sus terminales (lo que daría lugar a voltajes de termopar de las conexiones de cables de cobre).

Un baño de aceite agitado podría ser útil.

Las técnicas de muestreo (como la mayoría de los ADC) son su enemigo, NO desea errores de tiempo muerto o de redondeo; con un oscilador como convertidor, no hay tiempo muerto. La mayoría de los sistemas de prueba automatizados están destinados a la verificación rápida de productos de fábrica y no son adecuados para esta precisión durante los días de operación.

Podría usar una fuente de corriente basada en MOSFET ; dado que el FET solo tiene una pequeña corriente de fuga de puerta, el voltaje en la resistencia le dará una buena precisión en la corriente.

Así que tú necesitas:

• Un opamp con bajo ruido y deriva compensada

Para bajo nivel de ruido, ADA4898 es difícil de superar, y no es tan caro, además tiene una desviación de compensación baja...

• Una referencia de voltaje con baja deriva

Los ejemplos son LTZ1000 o LTC6655, etc.

• Una resistencia con poca deriva

Aquí hay un ejemplo , siéntase libre de tocar el motor de búsqueda digikey/mouse y ordenar por tempco;)

Ese es solo un punto de partida, probablemente será bastante difícil... Poner los dispositivos activos dentro de un recinto con temperatura controlada podría ayudar...

Estoy trabajando en una herramienta para proporcionar sistemas tan precisos, pero no estoy lista para el horario de máxima audiencia. Por otro lado, construir la base de datos electrónica para una herramienta de este tipo proporciona muchos experimentos mentales, y una de las principales limitaciones es la detección resistiva de la corriente.

La lámina de cobre tiene un coeficiente de temperatura de 4000 ppm por grado centígrado. Compra una derivación. No intentes construir uno.