定電流回路の電流検出抵抗を試す

2020年2月17日：定電流回路の電流検出抵抗 で、電池の
充放電試験用定電流回路用電流検出抵抗の温度変化について
書きました。

その後・・・
「0.1Ω」の抵抗7種について、電流2Aと3Aを流した時の
抵抗値変化を調べてみました。
0.1Ωに2Aだと0.4W。
3Aにすると0.9W。
この電力で抵抗が発熱するわけです。

その熱で抵抗値が変化。　（たいていは値が大きくなる）
それが駆動電流の変化につながります。
変動の小さなものが理想ですが、抵抗の形状や材料により
その変動が変わります。
それを確かめてみました。

使ったのは「流し出し型の定電流回路」。
この「0.1Ω電流検出抵抗」を取り替えて、時間経過による
電流値変化を観察。
抵抗両端の電圧と出力電流から抵抗値を算出。
その変動10分間をグラフにしました。

使ったのは三和のテスター「PC700」を2台。
アダプタを使えばUSBでPCにつながります。
「光」で結合してるのでPCおよび各テスター間は
絶縁できるという仕掛けです。

実験中の様子


右上の黒いのがFETのヒートシンク。
その下が出力負荷抵抗。
中央緑のが作った回路。
左に２台のテスター。

回路の拡大


OP-AMPはMCP6072 。　入出力Rail-to-Rail。
こんな回路になってます。


右上のR9が電流検出抵抗。
これをとっかえひっかえてテスト。
電流値はVR1で設定。
OP-AMPの電源がその基準になるので、その配線に注意です。
3A流すと、けっこう電圧ドロップしますんで。

これが調べた抵抗7種類。


5Wセメントと酸金のはパーツ箱のストックから。

RWM4X10 は昔々にデジキーで買った「ホウロウ巻線型」の3W。
カタログでは「Enamelled Wirewound Power Resistors」と。
温度係数が「+75 ppm/°C」とプラスであると明記されてます。
　　　普通は「±xx ppm/℃」っと表記

SMW5 とMPC74 は秋月で買いました。
MSR5 は先日の記事に出てきた「コの字状抵抗」。

さてその結果・・・　まずは電流2Aから。

5Wセメント抵抗は10分経過してもまだ落ち着きません。

そして3A。　電流1.5倍で電力は2.25倍の0.9W。



これを見ると、秋月で買ったMPC74がむちゃエエ。
この抵抗、全部で5つ買ったんで、個別の違いがあるか見てみます。

三和のテスター2台からこんなデータ列(CSV)が1秒ごとに得られます。
　　（三和の専用ソフトが必要・・・ちょっと不便）
#セメント 5W 3A
00:00:04,3.018,DCA,,,300.2,DCmV,,
00:00:05,3.014,DCA,,,300.2,DCmV,,
00:00:06,3.011,DCA,,,300.2,DCmV,,
00:00:07,3.009,DCA,,,300.2,DCmV,,
00:00:08,3.007,DCA,,,300.2,DCmV,,
00:00:09,3.005,DCA,,,300.2,DCmV,,
00:00:10,3.004,DCA,,,300.2,DCmV,,

左端が測定開始からの経過秒数。時:分:秒。
電流値と測定レンジ、電圧値とレンジが続きます。

「GNUPLOT」のスクリプトがこんな具合。
「set datafile separator ","」で「CSV」に対応させます。

set title "電流を3A流した時の0.1Ω抵抗の抵抗値変化 (消費電力=0.9W)"
r1 = 300.2 / 3.018 # セメント5W (mV/A)
r2 = 300.3 / 2.958 # RWM4X10
r3 = 300.0 / 2.920 # SMW5
r4 = 300.3 / 2.985 # 酸金3W
r5 = 300.4 / 2.948 # 酸金5W
r6 = 300.3 / 3.011 # MSR5
r7 = 300.1 / 2.954 # MPC74
set term wxt 0
set datafile separator ","
set xrange [0:10]
set yrange [-0.5:2.0]
set xlabel "経過時間(分)"
set ylabel "抵抗値変化(%)"
set grid
set xtics 1
set ytics 0.5
set ytics format "%+3.1f"
set key right bottom
plot "3A_cmt5W.txt" using ($0/60):(100*((($6/$2)-r1)/r1)) with lines lw 2 smooth bezier ti "セメント5W",\
"3A_RWM4X10.txt" using ($0/60):(100*((($6/$2)-r2)/r2)) with lines lw 2 smooth bezier ti "RWM4X10",\
"3A_SMW5.txt" using ($0/60):(100*((($6/$2)-r3)/r3)) with lines lw 2 smooth bezier ti "SMW5",\
"3A_sk3W.txt" using ($0/60):(100*((($6/$2)-r4)/r4)) with lines lw 2 smooth bezier ti "酸金3W",\
"3A_sk5W.txt" using ($0/60):(100*((($6/$2)-r5)/r5)) with lines lw 2 smooth bezier ti "酸金5W",\
"3A_MSR5.txt" using ($0/60):(100*((($6/$2)-r6)/r6)) with lines lw 2 smooth bezier ti "MSR5",\
"3A_MPC74.txt" using ($0/60):(100*((($6/$2)-r7)/r7)) with lines lw 2 smooth bezier ti "MPC74"

いちばん最初の電圧電流から初期抵抗値を求めて、この値からの
変動を「%」で得ます。

「$0」はデータ列の順番。１行1秒なので1/60して分に。
「$6」「$2」はCSVのデータ順で、「$6」が電圧(mV)で
「$2」が電流(A)。


※追記
5つある「MPC74 0.1Ω」、これを「3A」で試してみました。
結果


通電を開始して最初の5分間だけの変動ですが、むちゃイイ。
こうなると、「これの他の抵抗値はどうや？」を調べたくなります。
あと、通電後の表面温度変化も。
応答が良い温度センサーとなると熱電対なんですが、手持ちのは
表示だけしかできません。
シリアルで数値出力、あるいはアナログ出力できる熱電対対応
温度計を作らなあかんかなぁ。

※追記
MPC74・0.1Ω、１つ割ってみました。

板状の抵抗体になっていました。

一般的なセメント抵抗の中身はこちらを↓
2006年12月11日：壮絶死#2　5W51Ωと1Ω
2009年07月02日：壮絶死#6 10W10Ω
2009年07月07日：壮絶死#8　10W10Ω
2014年11月28日：壮絶死：裸になったセメント抵抗