国产RX70、EE、UPR、UPRN电阻的温漂测试结果
中文摘要
这里测量了RX70线绕电阻、EE金属膜电阻、UPR金属膜电阻和UPRN金属膜电阻网络的温漂系数,以供其他用户参考和选型。这次测试主要有以下几个结论:大部分RX70线绕电阻温漂较大,基本不适合现代低温漂系统,但部分RX70使用了镍铬合金,温漂系数可以低到1ppm/℃,有相当程度的实用价值;EE金属膜电阻和UPR金属膜电阻具有直线型的温漂曲线,虽然标称温漂是5ppm/℃,但可以快速筛选出温漂低于1ppm/℃的个体,且筛选成功率较高;UPRN金属膜电阻网络具有约0.3ppm/℃的温漂一致性(虽然标称5ppm/℃),该指标略低于VHD200金属箔电阻对,但远高于普通低温漂电阻,更适用于分压电路。
关键词
低温漂电阻线绕电阻金属膜电阻

RX70是比较早期的国产塑封线绕电阻,主要使用锰铜合金制作电阻丝,一般认为二次项温漂系数beta较大,不适合用在现代精密设备中(线绕结构易受磁噪声干扰是另一个原因)。EE、UPR电阻和UPRN电阻网络则是价格比较便宜的金属膜电阻,可以在工艺上保证5ppm/℃的温漂指标,并通过筛选得到温漂1ppm/℃的产品。目前国内不少厂家都提供这些低温漂金属膜电阻的定制,购买非常方便。除此以外,国产低温漂电阻还有RJ711系列塑封金属箔电阻,这个电阻我手上没有足够的实物,暂时没法给测试结果,只能等以后再补充了。

测试方法

这次仍然使用agilent 34401A六位半万用表来测试电阻,比较电阻在不同温度下的阻值差异,从而计算电阻温漂。这个万用表有点老,估计年后会入手新的六位半,但那种事到年后再说。线绕电阻和金属箔电阻一般具有抛物线型的温漂曲线,而金属膜电阻测试后发现是直线型的。抛物线型温漂曲线可以用一次项温漂系数alpha和二次项温漂系数beta来描述,而直线型温漂曲线只要用一次项温漂系数TC来描述就可以了。国内一般用25℃作为电阻的测试点,这里我沿用这个约定,用下面的公式拟合电阻温漂:

$\frac{R(t)}{R(25℃)}=\beta(t-25℃)^{2}+\alpha(t-25℃)+PR_{0}$

这里需要提醒一个问题:抛物线型温漂曲线的beta系数可以对应到抛物线变化速率上,对实际温漂具有决定性影响;而alpha系数主要影响抛物线顶点的位置,只要抛物线顶点对应的零温漂温度没有显著偏离工作环境温度,其实没啥影响。当然这仅仅代表我的个人观点,实际上有很多人非常在意alpha系数,这跟应用需求有关。

测试结果

这次我测试了RX70塑封线绕电阻、EE低温漂金属膜电阻、UPR低温漂金属膜电阻、UPRN低温漂金属膜电阻网络。作为对比,我找了些国外的金封线绕电阻进行测试,以验证测试方法的有效性。


RX70塑封线饶电阻

我测试了8只RX70电阻,这些电阻的阻值都是10kΩ,功耗都是1W,只是生产厂家不同。前2只电阻的生产厂家是上海金呈(公司网址如下,不过网页上没啥营养:上海金呈电子有限公司 (XXXXXXXXX)),标称温漂为5ppm/℃;另外6只电阻分别来自3个厂家,标称指标依次为10ppm/℃、15ppm/℃和20ppm/℃,不过实测指标都不行所以不太重要。下图是这几个电阻的测试结果。

RX70测试结果1.png

后面三家生产的RX70电阻是典型的锰铜绕线电阻,beta系数至少在0.6以上,导致温漂曲线弯曲得相当厉害,平均温漂系数应该不低于20ppm/℃。但上海金呈的RX70就很特别,这两只电阻的beta系数约为0.05,落在了镍铬合金的参数范围内。放大图片后可以看到,这两只电阻的局部最大温漂系数约为1ppm/℃,其实是高于标称的5ppm/℃的,如下图所示。

RX70测试结果2.png

这个结果其实吓到我了,我没想到RX70有镍铬合金版本的产品,这一直被认为是国外绕线电阻的领先之处。我查了下相关资料,发现国军标GJB 1862-94里面对电阻温漂有过规定,其中等级G就很像绕线电阻的特点,如下图所示。刚好,这两只电阻的标注文字上就有G标志,估计是偷偷做了技术军转民的产品。

GJB温漂定义.png

看到这个结果后我其实有点激动,于是增加了一些RX70电阻的测试。下图是浙江东阳三星电子公司在1993年生产的RX70电阻,标称阻值为1kΩ,功率为0.25W。很遗憾,这些电阻也是温漂曲线弧度较大的锰铜绕线电阻,其beta系数基本符合锰铜电阻的特点。

RX70测试结果3.png

另外,我还找了些QJ36电桥上拆下的金封线绕电阻做了温漂测试。考虑到生产年代,这些电阻肯定是锰铜材料,无非就是电阻间温漂差异是否明显的问题。因为在电桥上,只要电阻温漂一致,即使变化剧烈一些,也不影响电桥测量的准确性。测试结果如下图所示,可见这些温漂曲线基本重合,说明电阻温漂一致性还是很不错的。

QJ36拆机测试结果.png

EE低温漂金属膜电阻

这次我测试的是EE系列低温漂电阻,供应商是爱瑞特电子(官网网址如下,资料还挺丰富的:爱瑞特电子有限公司 产品展示 (XXXXXXXXX))。我买的是EE1/8电阻,电阻阻值是10kΩ,阻值精度为±0.05%,温漂等级为C7(对应5ppm/℃)。这些电阻的测试结果如下图所示。

EE测试结果.png

从测试结果可以看出,这些电阻都具有直线型的温漂曲线,而且普遍具有正温漂系数。这8只测试的电阻中,有1只的温漂达到4ppm/℃,有2只在3~4ppm/℃之间,有1只在2~3ppm/℃之间,有2只在1~2ppm/之间,还有2只小于1ppm/℃。这种直线型温漂曲线非常有利于电阻筛选,可以在很大温度范围上保持温漂一致性,测试时间也能大幅缩短,因为只要测一小段温度就能说明温漂特性。可惜的是,这种电阻基本只有正温漂系数,因此没法配对出零温漂的电阻用来制作电阻基准,只能利用温漂一致性制作低温漂的分压电阻。

UPR低温漂金属膜电阻

这些UPR电阻来自某海鲜市场,原产厂家已不可追溯(我推测是奥地利的EBG公司,但我没有证据)。这些电阻有5kΩ、15kΩ、100kΩ的阻值,值得注意的是,这些电阻提供了C11的温漂等级(对应±1ppm/℃的温漂)。这些电阻的测试结果如下图所示,有一只电阻的温漂超出了±1ppm/℃的范围限制,基本算是满足指标。考虑到±1ppm/℃的温漂指标,这里的超标就当没看见吧。另外,这次测试的噪声莫名奇妙的增加了,所以很难看清曲线。这个问题还没有头绪,目前没法解决,还好对温漂测试影响不到。

UPR测试结果.png

UPRN低温漂金属膜电阻网络

这次测试了由1只16kΩ和1只7kΩ电阻组成的UPRN金属膜电阻网络。这批产品的来源还是爱瑞特电子,标称的温漂等级还是C7,估计用了和EE金属膜电阻相似的工艺。这个电阻网络是我用来给LM399升压到10V的,因此电阻间的温漂差异更重要。这个参数在国外手册里称之为Tracking TCR,我自己翻译成相对温漂系数;而单个电阻的温漂则称为Absolute TCR,我翻译成绝对温漂系数。为了测试这个参数,我用Advantest R6144电压电流源给串联的电阻加上10V电压,然后测量16kΩ电阻上电压随温度的变化,测试结果如下图所示。

UPRN测试结果.png

作为对比,我用了MC公司的DUP45金封线绕电阻对和Vishay公司的VHD200金属箔电阻对来对比测试。其中,VHD200的实际阻值为450Ω和50Ω,标称的Tracking TCR典型值是0.1ppm/℃;DUP45是从Solartron 7081上拆下来的,阻值为12.7kΩ和6kΩ。测试电压仍使用10V,这其实略微超出VHD200的功率耐受范围了,所以我测试时其实还挺害怕的,还好没出问题。

从测试结果中可以看出,VHD200具有最好的相对温漂系数,约为-0.037ppm/℃,且温漂曲线近似为直线;UPRN和DUP45的温漂曲线都是抛物线,其中UPRN的最大温漂系数依次为+0.24ppm/℃、+0.33ppm/℃和-0.31ppm/℃,DUP45的最大温漂系数为-0.26ppm/℃。另外。UPRN的零温漂温度似乎不太稳定,前两只约为15℃,第三只则落在45℃左右。金属箔电阻对的温漂曲线表现为直线,而金属膜电阻网络则有抛物线型的温漂曲线,这一点完全超出预料。不过不管怎么说,电阻网络的温漂特性总是比单个电阻更好,或许电阻也有类似于晶体管的特性,只要生长在相邻的位置上,就有非常相似的参数,可以轻易省略筛选+配对之类的复杂操作。

测试彩蛋

这里追加一些其他电阻的测试结果,目前测试的包括Fluke金封线绕电阻、HP的金封线绕电阻,以及一些从Datron万用表上拆下的金封线绕电阻。这些电阻在我的上一篇文章里基本都出现过(文章链接:一些低温漂电阻的测量结果 - 科创网 (kechuang.org)),这里主要是把数据整理归纳一下,以便后续查阅。

Fluke金封线绕电阻

本次测试了6只Fluke的金封线绕电阻,测试结果如下图所示。这6只电阻中,有2只的标称阻值为224.887kΩ,标称温漂为N2.0和P0.5;另外2只的标称阻值为18kΩ,标称温漂为N0.0和P0.3;另外2只得标称阻值为199.91kΩ,采用塑封线绕结构,标称温漂为N1.0和P1.0。从测试结果来看,标称阻值18kΩ的电阻对应的零温漂温度为50℃,因此拟合alpha和beta系数时就改用了50℃;标记阻值199.91kΩ电阻的温漂特性也有类似特征;而标记阻值224.887kΩ的电阻就不太好确定,其中标记N2.0的电阻似乎是10℃,而标记P0.5的电阻就看不出来了,所以继续沿用25℃进行拟合。

如果只评估温漂系数,则阻值18kΩ、标记P0.3的电阻为+0.79ppm/℃,阻值18kΩ、标记N0.0的电阻为+0.54ppm/℃;阻值199.91kΩ、标记P1.0的电阻对应+2.58ppm/℃,标记N1.0的电阻对应-2.12ppm/℃;阻值224.887kΩ、标记P0.5的电阻为-0.17ppm/℃(可能是噪声太大测不出来),阻值224.887kΩ、标记N2.0的电阻为-2.64ppm/℃。224.887kΩ和18kΩ电阻的测试结果暗示我跟Fluke之间的温漂测试结果差了0.5ppm/℃,这个原因还不清楚(比如测试夹具的热电势之类?),既然Fluke是著名大公司,那就当是我的问题吧。

Fluke测试结果.png

HP金封线绕电阻

本次测试了5只HP公司生产的金封线绕电阻,其中有1只电阻的标称阻值为30kΩ,标称温漂为±1ppm/℃;另外3只电阻的标称阻值为100kΩ,1只电阻为998.875kΩ,没有标注温漂。测试结果表明,30kΩ电阻、998.875kΩ电阻和编号2、编号3的100kΩ电阻具有不超过+3ppm/℃的温漂,编号1的100kΩ电阻具有约+5ppm/℃的温漂。这个温漂测试结果颇为离奇,我想不出什么解释,而且这些绕线电阻的温漂曲线也接近于直线,这些都超出了我的设想。

HP测试结果.png

Datron拆机金封线绕电阻

本次测试了5只Datron万用表中拆出的金封线绕电阻,包括1只1kΩ电阻、1只9kΩ电阻、2只10.8114kΩ电阻和1只100kΩ电阻。在原本的万用表中,前4只电阻用于配置前端电压放大增益;最后1只100kΩ电阻与3只3.3MΩ电阻一起使用,用于对输入电压进行100:1 分压。

这5只电阻的测试结果如下图所示,可以看出电阻的温漂依次为-4.5ppm/℃、-3.2ppm/℃、-3.2ppm/℃、-5.6ppm/℃和+2.7ppm/℃。可以推测,前4只电阻具有较好的温漂一致性,应当是同一批生产的产品。直线型的温漂曲线还是让我无法解释,或许当年有某种未知的绕线电阻工艺,后来被Fluke淘汰了,谁知道呢。

Datron测试结果.png



[修改于 3个月25天前 - 2023/10/29 21:00:04]

+1  科创币    炭达人    2023/12/02 很有意义的测试
来自:仪器与装备 / 仪器仪表
4
 
3
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~~空空如也
虎哥
3个月25天前 修改于 3个月25天前 IP:四川
926640

宝贵的测试数据,选型可以参考。

想问一下,作者通过什么方式来获得温度扫描。说起来,温度传感器应该与被测电阻紧贴,或者装在同一块均热铜板上。

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ZhengYun
3个月25天前 IP:河南
926645

UPR的温漂这么小,是出乎我意料了。在我心目中UPR是金属箔的廉价替代品。

同问测试方式、测试仪器、有无制冷温漂曲线。

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研究黑魔法的生菜作者
3个月24天前 IP:安徽
926661
引用ZhengYun发表于2楼的内容
UPR的温漂这么小,是出乎我意料了。在我心目中UPR是金属箔的廉价替代品。同问测试方式、测试仪器、有...

电阻是用Agilent 34401测试的,温度买了一个别人DIY的测试电路,可以搭配PT100电阻测温度,只精确到1℃,所以您可以看到很多温漂曲线有阶梯状的变化。这里应该用一只五位半以上的万用表,使用四线制测量PT100的电阻变化,理论上就能更连续的测量温度,但我买的五位半不接受数字控制,目前还在闲置中。

待测电阻和PT100温度传感电阻装在一个自封袋里,然后泡进水中水浴加热,一边加热一边测电阻和温度,就会得到我上面给出的温漂曲线。虎哥说的“温度传感器紧贴电阻”这点是很重要的,但在我这里没能做到,所以我必须等电阻泡水一段时间、袋子里温度稳定下来后再开始测试。这是我的阿喀琉斯之踵,目前只能增加浸泡时间,必要时舍弃温漂曲线前半段数据,才能有比较理想的温漂曲线。

测试台.png

以RX70为例,我测到的完整曲线是这样的。

不太好的RX70测试结果.png

放大温漂曲线开头部分,就能看到不完全重合的部分,这就是温度均匀性不好的结果。

不太好的RX70测试结果2.png

上面的电阻已经浸泡恒温过一段时间,所以温度不一致的影响还比较有限。我在早期测试时没有充分浸泡,那时的问题就非常严重。下图是我测电压温漂曲线的结果,可以很清楚的看到刚开始的异常曲线(比如8mA的紫色线、8.5mA的粉色线,9.5mA的棕黄色线也有明显的重叠部分,但差异很小)。

测试结果不好的曲线.png

然后是您提到的降温曲线。说来惭愧,我这边的加热器确实有制冷功能,但大致上只能降低到25℃左右,所以我不太使用。如果要测低温段的温漂曲线,我会把电阻浸泡在冰水里,等温度稳定后测升温曲线。我在另一个文章里发布过RJ711H的升温曲线和降温曲线,结果如下图所示。这两张图依次是升温曲线和降温曲线,主要在开头有比较大的差别。这里降温曲线的测试结果比较理想,因为我是先升温再降温的,降温曲线开头的温度分布更均匀,更符合真实情况。

RJ711H-10K1-5.png RJ711H-10K1-5-2.png


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虎哥
3个月24天前 IP:四川
926663

能测到这个效果不错了,就是升降温要慢一点,等温度充分平衡。

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研究黑魔法的生菜
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2023/04/24注册,9天19时前活动

研究黑魔法的生菜。 会制作一些简单的电路,有一点测试能力,总是试图搞一搞最麻烦的指标。

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