转载：lymex—精密检流电阻加热恒温

天使的魔翼

序

检流电阻一般用来测量电流和恒流发生，主要要求短期稳定。
但是，检流电阻因为阻值小，温漂一般比较大，同时由于功率也大，实现短稳好不容易。

不稳定因素有三个，一个是温漂原因，二是功率系数，三是热电动势、噪声等其它因素。
短期不稳定 = 温升*温度系数 + 功率*功率系数 + 其它

要想降低噪声和热电动势的影响，检流电阻的电压要选的比较大，但这样一来功率和温升都变大，因此头二项的因素就大，所以要权衡。
一般来讲，低精度的电压选0.1V以下，中精度的选0.1V到0.3V，高精度的选0.3V到0.8V，超高精度的0.8V以上。

功率系数问题，没有什么太好的办法，反正一般影响也不算大，而且可以加电后等待一小段时间再测量，功率系数的影响就降低到很小。如果想解决可以选择功率系数小的检流电阻，再暴力并联。

最大的影响就是温度系数和温升，解决温度系数的方法包括选择低温度系数的检流电阻，再加上温度补偿；
解决温升的办法包括选择热阻低的检流电阻、多检流电阻并联、加强散热、恒温。


恒温包括冷热恒温比如用半导体制冷TEC，复杂、效率低、功耗大、一般需要专门的控制器。
恒温还包括只加热恒温，具有简单可靠容易实现的优势，也是本文下面要讨论的。

加热恒温的原理

温升=热阻*功率

热阻可以选大选小，但一旦系统做好，热阻基本固定，除非有某种特殊场合比如可变风扇。

阻芯温度 = 温升-环境温度 = 热阻*功率 -环境温度 = 热阻*(检流电阻自身功率+恒温加热功率) -环境温度

要想取得阻芯温度不变，必须改变恒温加热功率来抵消检流电阻的功率和环境温度的变化。

同时也可以看到，最大恒温加热功率必须大于检流电阻自身的最大功率。

传统的对自热小的设备进行恒温时，都要采用绝热，这样加热功率小，恒温效果就好。

但是，对于自热大的场合比如这里的检流电阻，就必须保持散热。

无加热恒温场合，开机后阻芯和散热器温度逐渐上升，最后达到平衡，散热器温度为Ts。

有加热恒温场合，提前把散热器的温度加热到Ts，开机后阻芯有功率，加热功率就减少，让散热器的温度保持在Ts。

由于存在阻芯-散热器热阻，因此阻芯温度比Ts高，这是应当尽量避免的，避免的方法就是选低热阻芯，外加良好的导热，当然还有多芯并联。

电路采用半平衡桥NTC检温，PI控制，无加热电阻结构。

无加热电阻的优势是加热回路简单高效，但要有有源限流，限流=2.5V*R4/(R3+R4)/Rs，图中为0.725A。

到底选择多大的限流电流主要取决于最大加热功率和电源电压，图中最大9V、6.5W，也就是说适合6W以下场合。

MOS管选FS100SMJ是因为我有现成的，TO247加热面积比较大，同时此管Vgs小便于控制。

电路耗电很小，除去加热的Q1外只有不到0.2mA。

PCB制作及焊接

PCB用捷配打样，25日提交，26日做完发出，28日收到。

手工焊接、加电测试一次成功。

测     试

加5V，测量环境温度、目标热沉温度、电流（功率），曲线如下。

有小幅（0.1度左右）衰减振荡，大概是试验热沉太小的原因，不予理会。

应       用

同样如上配置，但增加了一个1W模拟分流器。开始部分为预热，然后温度稳定，23:48开始增加附加1W功率，经过小幅衰减振荡后稳定稳定，加热功率减少了大约1W。

稳定后与没加1W比温度高了0.15度。

补充，以上是用块状散热器测试的，曲线除了衰减振荡部分外比较平滑。下面的曲线是换成片状的铝散热器测试的，尺寸是长18cm、宽9cm、厚度4mm

衰减振荡幅度变小，但加热功率和温度有波动，可能是散热器表面积大、与空气对流的原因。

另外，可以通过加热前后的温差和加热功率推算出此散热器的热阻：4.5K/W。

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