Стабильность термобокса и примеры измерений

После более точной подгонки коэффициентов регулирования и закрепления термодатчика обратной связи на корпусе экранированного бокса(о чем писал ранее), я увидел, что стабильность удержания температуры серьезно возросла. Мне стало интересно ее измерить.

Поскольку абсолютные величины температуры с достаточной для этого точностью и разрешением мне нечем измерять, я решил проверить стабильность относительными измерениями. Секрет прост — если взять NTC термисторы, которые сами по себе очень стабильны, то ими можно с высокой точностью измерить дрейф температуры.

Для проведения этого эксперимента нам потребуется:

  • Термистиор 10k Epcos B57045K0103K000. (он достаточно массивный, чтобы самому по себе эмитировать тепловую массу(емкость) DUT)
  • Мультиметр 6.5 разряда с функцией 4-х проводного замера сопротивления.
  • Калькулятор от SRS.

Подключив термистор по 4-х проводной схеме к мультиметру и измеряя его сопротивление, мы с достаточно высоким разрешением можем судить о дрейфе температуры. Для цифровых датчиков такое разрешение недостижимо, поскольку на изменение сопротивления термистора в 1 Ом при температуре 25°C приходится изменение температуры в ~0.0021°C. А мы с вами помним, что современные мультиметры на 6.5 разряда могут измерять сопротивление по 4-х проводной схеме с куда большим разрешением в 0.01Ом. Если опустить некоторые аспекты, то очень грубо можно предположить, что удастся измерять дрейф температуры с разрешением 0.000021°C. Конечно это очень смелое допущение, не подкрепленное доказательствами. На измерение будет влиять множество факторов и нелинейностей, но тем не менее, ничего подобного даже близко нельзя получить на цифровых датчиках.

Вопрос саморазогрева(SHE) тут тоже отчасти влияет. Согластно ДШ, Dissipation factor (in air) = 9mW/K. Мой мультик при измерении 10K будет прогонять через него 100 мкА, а это тепловыделение 0.1mW, значит будет иметь место небольшой подогрев на ~0.01°C, но это не должно сколь-либо значительно влиять при относительных измерениях, т.к. ток фиксирован.

Я специально беру за точку отсчета именно 25°C, поскольку это температура, где термистор имеет характеристику максимально приближенную к линейной. К тому-же при именно этой температуре я планирую проводить подавляющее большинство измерений связанных с высоко-стабильными средами.

Приступим к эксперементу:

Устанавливаем температуру контроллера на 25 градусов, и после стабилизации измеряем сопротивление!

Зеленая линия — температура в комнате.

Синяя линия — ток элемента Пельтье.

Желтая линяя — данные по температуре бокса(цепь ОС регулирования).

Красная линия — сопротивление термистора.

Как можно видеть, полный размах графика по сопротивлению за 7 часов составил 3.3 Ома, а это значит, что на графике от пика до пика колебания температуры составили примерно 0.0069°C. То есть по грубой оценке, за все 7 часов эксперимента, температура имела дрейф всего 0.0069 градусов, относительно неизвестной абсолютной величины, близкой к 25°C. Что само по себе — охренительно отличный результат. Теперь я понимаю, почему цифровые датчики внутри коробки просто рисуют ровную линию на графиках температуры — они просто не способны зафиксировать столь малые ее изменения!

На графике можно видеть несколько ярко выраженных пиков, это влияние изменения скорости воздушных потоков в помещении…. блин, слишком заумно сказал, упростим… это я форточку открывал laugh

Что-же касается измерений, то на этот эксперимент меня сподвигло недавнее исследование ТКС двух тераомных резисторов, о котором я писал у Дейва. Именно там я заметил, что при переходе бокса из рампа в режим стабилизации цифровые датчики встают «колом» на какой-то определенной температуре.

 

Резюмирую:

Этим постом я вбиваю осиновый температурно-стабильный кол в сердце всех тех кто говорит, что стабилизация температуры до уровня 0.01°C — выдумки программистов, пример такого заявления тут. А так-же несмотря на то что я недавно посрался с TiN’ом на форуме, я все-таки подтверждаю достоверность его наблюдений о возможностях стабилизации температуры на подобных уровнях.

Ну а в целом, как вы могли заметить, термобокс — это довольно интересная игрушка, которая мне весьма симпатична.

Стабильность термобокса и примеры измерений: 1 комментарий

Добавить комментарий