1％の抵抗を使用してエラーを校正することは、どの程度実行可能ですか？

現時点では、0.1％の抵抗を使用して、分圧器で正確な電圧を測定しています。ただし、コストが高いため、0.5％または1％の抵抗を使用し、製造時に高精度電圧リファレンスを使用してソフトウェアの誤差を補正することを考えていました。誰かがこれを成功させましたか？どのような落とし穴に遭遇しますか？

だからあなたは持っています：

          R_x         R_fixed
Vcc -----^v^v^----+----^v^v^------- Gnd
                  |
                  |
                  +--- V_sensed --- ADC input

Rxは未知の抵抗です（おそらく何らかのセンサーです）。また、R_xを効果的に計算するために、現在0.1％のR_fixedを使用していますが、許容誤差が1％と低い、より安価な固定抵抗器を使用したいと考えています。そうすることで、生産中に何らかのキャリブレーションを実行して、増加したエラーを修正したいと思いますか？

最終的にこれを行う方法は、EEPROM（または他の不揮発性メモリ）にバイトを入れて、計算の「オフセット」として機能させることです。これは完全に実行可能なことです。問題は、製造中にキャリブレーションアクティビティを実行するのに時間がかかることです。校正を行うには、R_xを回路に置き換えるために、1％抵抗と名目上同等な値の0.1％抵抗（R_calと呼ぶ）の1つが必要です。V_sensedを測定すると、R_fixedの値（0.2％など）をより正確に推測できます。

R_calとR_fixedが名目上同じ値である場合、V_sensedはVcc / 2に等しいと予想されます。Vcc/ 2からの測定された偏差をキャリブレーションオフセットバイトとして保存し、ADCで認識されるように常にV_sensedに追加します。

私が見るように、落とし穴は、測定の実行とその後の値の格納に関連する多くの作業があることです。落とし穴として考慮すべきもう1つのことは、温度が抵抗をその公称値から逸脱させる原因となる可能性があるため、適度に温度制御された校正環境が必要です。最後に、キャリブレーションされた測定機器を使用することを忘れないでください。私が考えることができる最後の1つの落とし穴は、キャリブレーションバイトがADCのlsbの単位で保存される必要があることです（したがって、12ビットADCがある場合、キャリブレーションオフセットバイトの単位は「Vcc / 2 ^ 12ボルト」である必要があります）。 。

編集する

次のように2つの固定抵抗を使用して大きな電圧をより低いスケールに分割する場合：

        R1_fixed       R2_fixed
V_in -----^v^v^----+----^v^v^------- Gnd
                   |
                   |
                   +--- V_sensed --- ADC input

再編集されたセクション

したがって、ここでは、高精度電圧リファレンス（V_calと呼ぶ）を使用して、製造のキャリブレーションステップ中にV_inを刺激します。あなたが持っているものは理論的には次のとおりです。

V_sensed = V_predicted = V_cal * R2_fixed / (R1_fixed + R2_fixed) = V_cal * slope_fixed

しかし、あなたが実際に得ているのは：

V_sensed = V_measured = V_cal * R2_actual / (R1_actual + R2_actual) = V_cal * slope_actual

実際には、実際の抵抗値から予測するものとは異なる伝達関数勾配があります。予測された分周器伝達関数からの偏差は入力電圧に対して線形であり、0V入力から0V出力が得られると安全に想定できるため、1つの高精度電圧リファレンス測定を行うと、この線形スケール係数を特徴付けるための十分な情報が得られます。 。つまり：

V_measured / V_predicted = slope_fixed / slope_actual 
slope_actual = slope_fixed * V_measured / V_predicted

そして、測定された電圧の関数として電圧を決定するために、調整された値としてslope_actualを使用します。

@markragesの厚意により

抵抗値に対する実際のスロープ感度を得るには、偏微分が必要です。

私にとって、それは困難ですが、不可能ではありません。

• 通常、0.1％定格抵抗はTC =温度係数が低く、湿度に対する耐性が高く、はんだ付け（熱衝撃）、経時ドリフトが1％定格抵抗よりも低い、などです。したがって、抵抗変化の多くの原因を考慮する必要があります。
• 40Vレベルでは、自己発熱効果は十分に意味があるため、適切な電力定格の抵抗器を使用する必要があります。
• 良質の1％抵抗があり、TC <20ppm / degで、抵抗間で同様のTC（±10ppmの差）がありますが、これは同じタイプ、公称値、電力抵抗に当てはまります。分圧器でこのタイプの抵抗を適切に使用すると、平均TCの影響がキャンセルされます。TCの違いのみが出力電圧に影響します。したがって、同じ値の抵抗を使用して、高精度の分周器を取得することが可能です。
• 異なる公称値の抵抗器は、より異なるTCを持つ場合があります。そして、自己発熱は異なる影響を及ぼします-より高い抵抗の抵抗器でより多くの電力が消費されると、より多く加熱され、抵抗が変化します。
  結論：生産で多くの抵抗器（同じボード/分周器の長いシリーズ）を使用していて、抵抗器のコストが意味がある場合、交換を検討できます。そうでなければ、おそらくそれは努力する価値はありません。

このアプローチは5％から1％までうまく機能します。1％から0.1％に行くと、抵抗が変化し、電圧が変化する温度変動によって精度が損なわれるようになると思います。

何らかの未知の理由で、等温環境で動作していて、抵抗がすべて定電流であるため、自己発熱が予測可能である場合でも、実行可能です。

校正できます：

• 製造公差[2] [3]、（+/- 1 *％）=校正可能
• はんだ熱[2] [3]、はんだ付けによる抵抗変化（+/- 0.2 *〜1％）=校正可能

ただし、他のすべての許容値についても忘れないでください。

• TCR [2] [3]、温度係数抵抗（+/- 50〜100 * ppm / C）
• VCR [2]、電圧係数抵抗（+/- 25 * ppm / V）
• 環境要因、寿命中の抵抗変化（155℃、225 000時間で<= + /-3％*）[2] [3] [4]

*すべての値は、抵抗のブランドと製品間で異なる可能性があることに注意してください。

[1] https://www.vishay.com/docs/28809/driftcalculation.pdf

[2] https://www.digikey.se/sv/ptm/v/vishay-beyschlag/mm-hv-high-voltage-thin-film-melf-resistors/tutorial

[3] https://industrial.panasonic.com/cdbs/www-data/pdf/RDA0000/AOA0000C304.pdf

[4] MIL-STD R-10509