I. Définition et importance du coefficient de température
Le coefficient de résistance à la température (TCR) est un paramètre important qui mesure le degré de variation de la valeur de la résistance en fonction de la température et qui est mesuré en ppm/°C (parties par million par degré Celsius). Pour un élément de mesure de précision tel qu'un shunt, le TCR détermine directement la stabilité de la précision de la mesure dans différents environnements de température.
Le TCR est calculé à l'aide de la formule suivante :
TCR = (R₂ - R₁) / R₁ / (T₂ - T₁) × 10⁶ ppm/°C
Où R₁ et R₂ sont les valeurs de résistance à la température T₁ et T₂ respectivement.
Par exemple, un shunt avec un TCR de 50 ppm/°C aura un changement de résistance de 50 × 50 = 2500 ppm = 0,251 TP3T lorsque la température est augmentée de 25°C à 75°C. Ce changement est inacceptable pour les applications nécessitant une précision de 0,11 TP3T.
II. facteurs affectant le TCR
2.1 Matériaux d'alliage de résistance
Différents alliages ont des propriétés TCR différentes :
| fabrication | TCR typique (ppm/°C) | spécificités |
|---|---|---|
| cuivre pur | +3930 | TCR extrêmement élevé, ne convient pas aux mesures de précision |
| Cuivre (CuNi) | ±40 | Matériaux courants, coût modéré |
| Manganèse-cuivre (MnCu) | ±20 | Excellentes caractéristiques de faible TCR |
| Zeranin | ±10 | Applications de précision haut de gamme |
| Manganine | ±5 | Applications métrologiques |
2.2 Rapports entre les matériaux
Le TCR peut être ajusté en contrôlant précisément les proportions des éléments dans l'alliage. Par exemple, des changements dans la teneur en manganèse dans les alliages manganèse-cuivre peuvent affecter de manière significative le TCR.
2.3 Procédés de fabrication
- traitement à chaud (par exemple du métal)Le traitement de recuit approprié permet de réduire la tension interne du matériau et d'améliorer le TCR.
- traitement à froidLe travail à froid excessif augmente les contraintes internes et aggrave le TCR.
- Qualité du soudageL'interface de soudure entre les bornes et le matériau résistif affecte le TCR global.
2.4 Conception structurelle
La conception structurelle du shunt affecte également la distribution de la température et les performances du TCR pendant le fonctionnement réel :
- Rapport entre la longueur de l'élément résistif et celle de la borne
- Conception du chemin thermique
- Uniformité de la distribution de la chaleur
III. mesure du TCR
3.1 Méthode des deux points
En deux points de température (tels que 25 ℃ et 85 ℃), la valeur de la résistance a été mesurée, selon la formule pour calculer le TCR. La méthode est simple mais ne peut pas refléter la règle de changement du TCR avec la température.
3.2 Approche multi-points
Les valeurs de résistance sont mesurées à plusieurs points de température et les courbes R-T sont tracées pour une compréhension plus complète des caractéristiques TCR. Des différences dans la TCR de certains matériaux peuvent être constatées dans différents intervalles de température.
3.3 Conditions d'essai standard
Conformément aux normes nationales, les tests TCR sont généralement effectués dans les conditions suivantes :
- Température de référence : 20°C ou 25°C
- Plage de température d'essai : -40°C à +85°C ou plus
- Durée de la température constante : durée suffisante pour atteindre l'équilibre thermique
- Courant de mesure : suffisamment faible pour éviter les effets d'auto-échauffement
IV. analyse de l'impact du TCR sur la précision du système
4.1 Exemple de calcul d'erreur
Supposons un système BMS de stockage d'énergie :
- Résistance nominale du shunt : 100μΩ @25℃
- TCR : 50ppm/°C
- Plage de température de fonctionnement : -20°C à +60°C
Variation maximale de la température : 60°C - (-20°C) = 80°C
Variation maximale de la résistance : 50 × 80 = 4000ppm = 0,4%
Si le système exige une précision totale de 0,51 TP3T, le TCR à lui seul occupe un budget d'erreur de 0,41 TP3T, ce qui laisse peu de place pour d'autres sources d'erreur.
4.2 Effets du gradient de température
Dans la pratique, le shunt lui-même s'échauffe en raison du courant qui le traverse, ce qui fait que l'élément résistif est plus chaud que la température ambiante. Cet effet d'auto-échauffement exacerbe les effets du TCR.
4.3 Changements de température dynamiques
Dans des conditions de fonctionnement telles que la commutation charge/décharge, la température du shunt varie rapidement, ce qui peut entraîner des erreurs dynamiques dans les valeurs mesurées si le TCR est important.
V. Stratégie de sélection des shunts à faible TCR
5.1 Définir les exigences de précision
Exigences de TCR inversé basées sur les exigences de précision du système et la gamme de température :
TCR (max) = Erreur admissible / Plage de température × 10⁶.
Exemple : erreur de 0,1% autorisée, plage de température de 50°C
TCR(max) = 0,1% / 50 × 10⁶ = 20ppm/°C
5.2 Sélection des matériaux
- Applications générales (TCR)<100ppm>
- Moyenne précision (TCR)<50ppm>
- Haute précision (TCR)<20ppm>
- Niveau de mesure (TCR)<5ppm>
5.3 Considérations relatives aux coûts
Un faible TCR se traduit par des coûts de matériaux et des exigences en matière de processus de fabrication plus élevés. Il convient de trouver un équilibre entre les performances et les coûts afin d'éviter une conception excessive.
5.4 Alternative : compensation logicielle de la température
Pour les applications sensibles au coût, un shunt avec un TCR légèrement plus élevé peut être sélectionné et la température compensée par un algorithme logiciel :
- Installation de capteurs de température (par exemple NTC) à proximité du shunt
- Créer un tableau ou une formule de correction du TCR
- Correction en temps réel des valeurs mesurées
Cette méthode est efficace pour réduire l'impact du TCR, mais augmente la complexité du système.
VI. cas d'application pratique
6.1 BMS pour véhicules électriques
Exigences d'un équipementier en matière de détection du courant dans le système de gestion des bâtiments :
- Précision : ±0,5%
- Plage de température : -40°C à +85°C
- Solution : Sélectionner le TCR<30ppm>
6.2 Comptage des installations de stockage d'énergie
Exigences en matière de comptage d'énergie pour une installation de stockage d'énergie :
- Précision : ±0,2%
- Plage de température : 0°C à +55°C
- Solution : Sélectionner le TCR<15ppm>
VII. résumé
Le coefficient de température est l'un des indicateurs de performance les plus importants du shunt, qui affecte directement la précision et la stabilité de la mesure du courant. Lors de la sélection d'un produit, il est nécessaire de prendre en compte la plage de température du scénario d'application, les exigences de précision et le budget, et de choisir un produit avec le coefficient de température approprié. Pour les applications exigeantes, la sélection du matériel et les stratégies de compensation logicielle peuvent être combinées pour optimiser les coûts du système tout en répondant aux exigences de performance.
