Współczynnik temperaturowy rezystancji w pomiarze prądu
Rezystancja jest łącznym skutkiem czynników, które powodują, że ruch elektronów odbiega od idealnej ścieżki w sieci krystalicznej metalu lub stopu metali.
Ilustracja 3: Porównanie rezystorów Power Metal Strip firmy Vishay z typowymi rezystorami metalowymi i grubowarstwowymi. (Źródło ilustracji: Vishay Dale)
Ilustracja 4: Typowa konstrukcja rezystora Power Metal Strip firmy Vishay. (Źródło ilustracji: Vishay Dale)
Wpływ konstrukcji na współczynnik temperaturowy rezystancji (TCR)
Serie Power Metal Strip i Power Metal Plate oferują doskonały współczynnik temperaturowy rezystancji (TCR) w porównaniu z tradycyjnymi, całkowicie metalowymi, grubowarstwowymi rezystorami do pomiaru prądu. Rezystor grubowarstwowy do pomiaru prądu wykorzystuje materiał, który zawiera głównie srebro, z końcówkami ze srebra i miedzi. Srebro i miedź mają podobnie duże wartości współczynnika temperaturowego rezystancji (TCR).
Seria rezystorów Power Metal Strip wykorzystuje lite zaciski miedziane (pozycja 2 na ilustracji 4), które są przyspawane wiązką elektronów do stopu oporowego o niskim współczynniku temperaturowym rezystancji (TCR) (pozycja 1), osiągając niskie wartości zaledwie 0,1mΩ przy niskim współczynniku temperaturowym rezystancji (TCR). Jednak końcówka miedziana w porównaniu ze stopem oporowym (<20ppm/°C) ma wysoki współczynnik temperaturowy rezystancji (TCR) (3900ppm/°C), co nadal odgrywa rolę w ogólnej analizie współczynnika temperaturowego rezystancji (TCR), gdy wymagane są niższe wartości rezystancji.
Miedziany zacisk zapewnia połączenie o niskiej rezystancji ze stopem oporowym, co umożliwia równomierny rozkład przepływu prądu do elementu rezystancyjnego w celu dokładniejszego pomiaru prądu w zastosowaniach wysokoprądowych. Jednak współczynnik temperaturowy rezystancji (TCR) zacisku miedzianego jest wysoki (3900ppm/°C) w porównaniu ze stopem oporowym (<20ppm/°C), co ma istotny wpływ na współczynnik temperaturowy rezystancji (TCR) przy bardzo niskich wartościach rezystancji. Przedstawiono to na ilustracji 5, ukazującej, wpływ połączenia miedzianego zacisku i stopu oporowego o niskim współczynniku temperaturowym rezystancji (TCR) na rezystancję całkowitą. W przypadku najniższych wartości rezystancji określonej konstrukcji rezystora miedź staje się bardziej istotna w ocenie współczynnika temperaturowego rezystancji (TCR) i efektów.
Ilustracja 5: W przypadku niższych wartości rezystancji dla określonej konstrukcji rezystora, miedź staje się bardziej istotna w ocenie współczynnika temperaturowego rezystancji (TCR) i efektów. (Źródło ilustracji: Vishay Dale)
Wpływ ten może wystąpić przy różnych zakresach wartości rezystancji dla różnych części. Na przykład współczynnik temperaturowy rezystancji (TCR) dla komponentów WSLP2512 wynosi 275ppm/°C przy 1mΩ, podczas gdy dla WSLF2512 wynosi 170ppm/°C przy 1mΩ. WSLF ma niższy współczynnik temperaturowy rezystancji (TCR), ponieważ miedziany zacisk ma mniejszy udział rezystancji dla tej samej wartości rezystancji.
Zacisk Kelvina kontra 2 zaciski
Konstrukcja Kelvina (4 zaciski) zapewnia dwie korzyści: lepszą powtarzalność pomiaru prądu i lepszy współczynnik temperaturowy rezystancji (TCR). Konstrukcja z nacięciem zmniejsza ilość miedzi w obwodzie z pomiaru. Tabela 2 ilustruje korzyści płynące z zacisku Kelvina w komponentach WSK2512 w porównaniu z 2 zaciskami komponentu WSLP2512.
Zakres rezystancji (mΩ)WSLP2512WSK25120,50,9940035012,927525034,91507552007535
Tabela 2: porównanie komponentu WSK2512 z zaciskiem Kelvina z komponentem 2-zaciskowym WSLP2512. (Źródło ilustracji: Vishay Dale)
Ilustracja 6: Konstrukcja z nacięciem (pokazano tutaj rezystor WSL3637 firmy Vishay Dale) zmniejsza ilość miedzi w obwodzie pomiaru prądu. (Źródło ilustracji: Vishay Dale)
Pojawiają się dwa kluczowe pytania (przykład na ilustracji 6 dotyczy komponentu WSL3637)
Dlaczego nie zrobić nacięcia aż do stopu oporowego, aby uzyskać najlepszy współczynnik temperaturowy rezystancji (TCR)?
Zrodziłoby to nowy problem, ponieważ miedź pozwala na połączenie o niskiej rezystywności z obszarem przepływu prądu, który ma być mierzony. Nacięcie aż do stopu oporowego spowodowałoby, że pomiar odbywałby się przez część stopu oporowego, w której nie ma przepływu prądu. Spowodowałoby to wzrost mierzonego napięcia. Mamy tutaj kompromis pomiędzy efektami współczynnika temperaturowego rezystancji (TCR) w odniesieniu do miedzi a dokładnością i powtarzalnością pomiaru
Czy można użyć 4-końcówkowej wkładki, aby uzyskać te same wyniki?
Nie. Chociaż 4-zaciskowa konstrukcja wkładki zapewnia lepszą powtarzalność pomiaru, nie eliminuje wpływu miedzi z obwodu pomiarowego. Rezystor będzie nadal działał z tym samym znamionowym współczynnikiem temperaturowym rezystancji (TCR)