Liebe Forumsleser,
ich hoffe, dass mir jemand für ein Projekt den ein oder anderen Tip
geben kann. Ich werde eine Schaltung entwickeln, deren Ziel es ist, über
einen sehr langen Zeitraum Messungen durchzuführen.
Dabei ist die Langzeitstabilität von Widerständen, im Bereich von
einigen hundert Ohm bis einige hundert Kilo-Ohm, ein sehr wichtiges
Thema, auf dem ich keine Vorkenntnisse habe. Die Verlustleistung der
Widerstände wird im einstelligen mW-Bereich liegen.
Temperaturdrift ist kein Problem, die Elektronik wird aktiv in einem
sehr kleinen Temperaturbereich gehalten.
Ich bin dankbar, für jeden Hinweis, welche Widerstandsarten (spezielle
Legierungen, Hersteller, etc.) für Schaltungen, die über einen sehr
langen Zeitraum präzise Messwerte erfassen sollen, empfehlenswert sind.
Melf bzw. MiniMelf sind normalerweise stabiler asl die üblichen SMD (
0603, 0805, etc).
Aber es gibt sicher auch übliche SMD mit guten Eigenschaften.
Du musst dir halt mal die Datenblätter Namhafter Hersteller anschauen.
Unbekannter Entwickler schrieb:> die über einen sehr> langen Zeitraum präzise Messwerte erfassen sollen,
was ist sehr lang? 1000h 10000h
was ist präzise? 1% 0.1%
Was darf ein Widerstand kosten 0.001 EUR oder > 50 Eur (ölgefüllt
hermetisch dicht)
Sind das Einzelwiderstände oder kommt es nur auf das
Spannungsteilerverhältnis an?
Gruß Anja
Anja schrieb:> was ist...
Frag doch nicht solch konkrete Frage, du überforderst damit dieses Forum
und seine Teilnehmer.
es ist ein logischer circulus vitiosus: wer befähigt wäre, deine Fragen
zu beantworten, der würde eine solche Anfrage wie die des TO erst
garnicht stellen, denn er wäre fähig, sein Problem selbst zu lösen. Wer
hingegen sowas hier anfragt, der kann auch einfache konkrete Fragen wie
die deinigen nicht beantworten.
W.S.
PS: Heutzutage ist die Kunst, mit Messer&Gabel zu essen, weitgehend in
Vergessenheit geraten - sowohl im eigentlichen als auch im allgemeinen
Sinne.
Liebe Antwortenden,
"sehr lange" bedeutet etwa 88000 Stunden (zehn Jahre). Präzise bedeutet,
wenn möglich, besser als 0.1%.
Bei diesem Projekt geht nicht um eine billige Lösung.
Mangels Erfahrung habe ich bisher mit Kosten von "nur" mehreren zehn
Euro pro Widerstand gerechnet.
Bauteile in SMD á 1206, 2512, 3210 o.ä. Gehäusen wären sehr gut, da sie
sich
durch eine Alukern-Leiterplatte optimal temperieren lassen.
Was mich sehr interessiert ist, ob es für solche Anwendungen spezielle
Legierungen gibt, in welchen Bauformen man solche Widerstände bekommt
und besonders, wer solche Teile herstellt.
Hallo,
wenn ein Hersteller 0,1 % angibt, so muss der Widerstand auch
entsprechend langzeitstabil sein - sonst hätte er womöglich schon bei
Lieferung nicht mehr den korrekten Wert. Insoweit sind
Präzisionswiderstände auch langzeitstabil - anders als Joghurt im
Supermarkt, da gibt es ein Ablaufdatum.
Ausserdem führt jeder, der was davon versteht, bei solchen Anforderungen
ein Einbrennverfahren durch: soundsoviel Stunden bei maximaler
Temperatur im Temperaturschrank.
Ansonsten gilt, niemand weiss, was dein Widerstand in 10000 Jahren für
einen Wert hat, und langfristig sind wir alle tot.
Gruss Reinhard
Reinhard Kern schrieb:> wenn ein Hersteller 0,1 % angibt, so muss der Widerstand auch> entsprechend langzeitstabil sein - sonst hätte er womöglich schon bei> Lieferung nicht mehr den korrekten Wert
Das ist leider ein Irrum. 0.1% ist die Abgleichtoleranz bei 25 Grad beim
Hersteller. Nach dem Löten bzw. nach Alterung 1000h kann er dann bei
billigen Dickschicht-Widerständen schon 1.5% abweichen. Außerdem kann
die Temperaturabweichung bis zu 200ppm/K betragen.
siehe Seite 6 Typ MFP
http://www.yageo.com/exep/pages/download/literatures/Leaded-R_2011.pdf
Dünnschicht-Widerstände sind da schon besser. Insbesonders falls
zusätzlich noch eine Glas-Passivierung erfolgt. Wobei 0.1% Stabilität
über 10 Jahre hiermit utopisch sind.
High End mit Alterung unter 50 bzw. 25ppm/1000h sind dann entweder
Drahtgewickelte Präzisionswiderstände (NEOHM UPW25 oder UPW50, bzw
Riedon USR2 oder Rhopoint Econistor) oder Metallfolienwiderstände
(Vishay S102 oder Z201 bzw. dann die ölgefüllten Derrivate VHP-100 usw.)
Wenn es unbedingt SMD sein muß kann man ggf. auch Vishay VSMP verwenden.
Wobei ich nicht weiß wie sich mechanische Spannungen die bei den
bedrateten Widerständen sorgfältig konstruktiv eliminiert werden auf den
Widerstandswert auswirken.
Eine Voralterung mind. 1 Woche bei max. Temperatur bzw. Temperaturzyklen
würde ich auf jeden Fall einplanen.
Gruß Anja
Unbekannter Entwickler schrieb:> Was mich sehr interessiert ist, ob es für solche Anwendungen spezielle> Legierungen gibt,
Ja, Konstantan und Manganin und die gibts schon viele Jahrzehnte.
Gruss
Harald
Warum verändert sich der Wert eines Widerstandes überhaupt mit der Zeit?
Ein völlig passives, totes, statisches Bauteil, das seine Eigenschaften
über 10 Jahre ohne äussere Einflüsse um ein ganzes Promille ändert, ist
eigentlich schon krass.
Man stelle sich vor, ein Zollstock würde nach 10 Jahren im Schrank
plötzlich einen Millimeter kürzer. usw.
.... schrieb:> Warum verändert sich der Wert eines Widerstandes überhaupt mit der Zeit?
Z.B. durch die Diffusionsprozesse, die z.B. Herr Arrhenius in seinen
Gesetzen beschreibt.
.... schrieb:> Warum verändert sich der Wert eines Widerstandes überhaupt mit der Zeit?> Ein völlig passives, totes, statisches Bauteil, das seine Eigenschaften> über 10 Jahre ohne äussere Einflüsse um ein ganzes Promille ändert, ist
Ohne äussere Einflüsse? Da denk nochmal drüber nach...
Die konkreten Alterungsmechanismen sind je nach eingesetzten
Materialien/Technologien natürlich verschieden.
> eigentlich schon krass.>> Man stelle sich vor, ein Zollstock würde nach 10 Jahren im Schrank> plötzlich einen Millimeter kürzer. usw.
Hehehe. Bwahaha! Dein Optimismus in Ehren, aber ein traditioneller
Zollstock (aus Holz(!!), 2 Meter lang) wird in wesentlich weniger als 10
Jahren einen Millimeter kürzer (oder länger, ja nachdem...) sein.
Luftfeuchtigkeit, blah, fasel, usw.
.... schrieb:> Ein völlig passives, totes, statisches Bauteil, das seine Eigenschaften> über 10 Jahre ohne äussere Einflüsse um ein ganzes Promille ändert,
Es gibt aber immer äußere Einflüsse: Wasseraufnahme,
Sauerstoffdiffusion...
> Man stelle sich vor, ein Zollstock würde nach 10 Jahren im Schrank> plötzlich einen Millimeter kürzer. usw.
Ein Kunststoff-Zollstock wird in der Sonne schon mal 5mm länger.
Ich wundere mich auch, warum gerade das stabilste elektronische Bauteil
Probleme machen soll.
Kondensatoren, Steckverbinder oder Halbleiter sind da doch in
Größenordnungen schlechter.
Einzig der Kontakt mit einem Widerstandshersteller bringt was.
>wenn ein Hersteller 0,1 % angibt, so muss der Widerstand auch>entsprechend langzeitstabil sein - sonst hätte er womöglich schon bei>Lieferung nicht mehr den korrekten Wert.
Vorsicht: Es sind SMD-Widerstände auf dem Markt, die vom Hersteller per
Laser auf besser als 0,1% abgeglichen werden, aber schon nach dem
Lötprozeß um mehr als 1% abweichen können. Man darf sich von der
"sensationell" niedrigen Anfangstoleranz nicht täuschen lassen: Hinter
diesen vermeindlich präzisen Widerständen versteckt sich oft
erschreckend minderwertige Standardqualität.
>Ich bin dankbar, für jeden Hinweis, welche Widerstandsarten (spezielle>Legierungen, Hersteller, etc.) für Schaltungen, die über einen sehr>langen Zeitraum präzise Messwerte erfassen sollen, empfehlenswert sind.
Ein guter Metallfilmwiderstand (z.B. 0207 Beyschlag, bedrahtet) kann
nach einem Jahr bei 40°C Oberflächentemperatur bis zu 0,05...0,1%
driften. Wenn du weniger als 0,1% Drift in zehn Jahren forderst, kommen
daher nur teuere Spezialausführungen in Frage. Die Oberflächentemperatur
der Widerstände sollte dabei deutlich unter 40°C bleiben.
Hallo,
Wenn Geld nicht die Haubtrolle spielt....
hier mal zwei Beispiele:
ECONISTOR (8E16 & 8E24) von RHOPOINT COMPONENTS LTD
No Load Stability:
±25ppm/10,000 hours
±35ppm/26,000 hours
Full Load Stability:
±35ppm/10,000hours
±50ppm/26,000 hours
USF TC Film Resistors 200 Series, 300 Series von RHOPOINT COMPONENTS LTD
10000h at 85°C dR (+0.03 +/- 0.03)% max
Extended self life stability (ten years) 10ppm/year max.
das sind schon recht gute Werte.
Gruß
Marcus
Reinhard Kern schrieb:> Sogar das Urkilogramm wird leichter, und keiner weiss warum:
Komisch, uns wurde noch erzählt, dass das immer schön mit nem Lappen
geputzt wurde und deswegen leichter wurde.
Hätten sie's mal aus Eisen gemacht und draussen rumstehen lassen, dann
wäre es schwerer geworden.
Vielleicht kann man die Driften durch geschickte Schaltung teilweise
eliminieren? Also ratiometrische Messung, Widerstände kaskadieren.
.... schrieb:> Warum verändert sich der Wert eines Widerstandes überhaupt mit der Zeit?> Ein völlig passives, totes, statisches Bauteil, das seine Eigenschaften> über 10 Jahre ohne äussere Einflüsse um ein ganzes Promille ändert, ist> eigentlich schon krass.
Murphys Gesetz: Alle Konstanten sind variabel.
> Man stelle sich vor, ein Zollstock würde nach 10 Jahren im Schrank> plötzlich einen Millimeter kürzer. usw.
Du meinst einen Gliedermassstab mit Millimeter-Einteilung? Der
verändert sich mit Sicherheit. Selbst massive Gussteile verändern
sich und haben sich erst nach 10 Jahren "beruhigt". Solche Ver-
änderungen sind natürlich ziemlich gering und nur durch Präzisions-
messungen nachweissbar.
Gruss
Harald
PS: Selbst das Urkilogramm, die Grundlage für sämtliche Gewichts-
messungen, verändert sich, weshalb man sich schon seit einigen
Jahren bemüht, dafür Ersatz zu finden.
Also Vishay ist ja schon genannt worden.
Die Entwicklungsabteilung der Marken Beyschlag (Widerstände) und
BCComponents (Widerstände und Kondensatoren) sitzt hier in Deutschland
in Heide.
Vielleicht solltest Du jemanden fragen, der sich damit auskennt...
Unbekannter Entwickler schrieb:> "sehr lange" bedeutet etwa 88000 Stunden (zehn Jahre). Präzise bedeutet,> wenn möglich, besser als 0.1%.> Bei diesem Projekt geht nicht um eine billige Lösung.> Mangels Erfahrung habe ich bisher mit Kosten von "nur" mehreren zehn> Euro pro Widerstand gerechnet.> Bauteile in SMD á 1206, 2512, 3210 o.ä. Gehäusen wären sehr gut, da sie> sich> durch eine Alukern-Leiterplatte optimal temperieren lassen.
SMD ist wegen der bereits erwähnten mechanischen Spannungen nicht
ungefährlich.
Im Präzisionsbereich (und da bist Du mit Deinen 0,1% bereits) sind
bedrahtete Bauteile vorzuziehen.
0,1 % hört sich erstmal gar nicht so schwierig an, aber bedenke, dass
sich alle Toleranzen addieren:
Genauigkeit bei der Auslieferung
+Drift durch Lötprozess
+Drift durch Alterung
+Temperaturkoeffizient * Erwärmung
Wenn Du dann wirklich noch 0,1% haben willst, dann musst Du dafür schon
ein bißchen Aufwand treiben. Neben den bereits genannten Herstellern
kann ich Dir noch die Firma Burster Gernsbach ans Herz legen, z.B. Serie
1142.
http://burster.de/fileadmin/Documents/Products/Data_Sheets/Section_1/1100_DE.pdf
Vielen Dank für die zahlreichen Antworten!
An Anja: Was meinst du mit Voralterung bei maximaler Temperatur? Die
maximale Temperatur, für die das Bauteil konstruiert ist, oder meinst du
die maximale Temperatur, die in der Anwendung vorkommen kann?
Beim Brainstorming ist die Idee entstanden, die Widerstände vielleicht
mit einem Leitkleber zu kontaktieren. Ich stelle diese Idee hier zur
Diskusion.
Eine Änderung des Widerstandswertes durch den Lötprozess ist in Grenzen
akzeptabel.
Der wichtigste Punkt ist die Langzeitstabilität.
Die darf durch den Lötprozess nicht beeinflusst werden.
>Was meinst du mit Voralterung bei maximaler Temperatur? Die maximale >Temperatur, für die das Bauteil konstruiert ist, oder meinst du die>maximale Temperatur, die in der Anwendung vorkommen kann?
Die maximale Temperatur, für die das Bauteil konstruiert ist. Also so
rund 150°C Oberflächentemperatur, je nach Fabrikat.
Man darf beim Voraltern natürlich nicht den Bogen überspannen und sollte
sich davor hüten, durch zu hohe Temperaturen zuätzliche Driftvorgänge
erst in Gang zu setzen. Deswegen würde ich eher etwas geringere
Temperaturen vorziehen (80...120°C) und lieber etwas länger voraltern.
Die Idee beim Voraltern ist ja, daß man zu Beginn noch einen durch den
Herstellungsprozeß verursachten Ungleichgewichtszustand hat, der sich
während des Voralterns "entspannen" kann. Um die Voralterungszeit
abzukürzen wird dann gerne bei erhöhten Temperaturen gearbeitet, weil
das den Alterungsprozeß gemäß Arrhenius beschleunigt.
Temperaturzyklen sind für das Voraltern noch effektiver als hohe
Dauertemperaturen, allerdings kann man auch hier das Kind mit dem Bade
ausschütten, wenn man dabei übertreibt. Die künstlichen Temperaturzyklen
sollten nicht weit über dem liegen, was das Bauteil im späteren Betrieb
erfährt. Also, ein Herunterkühlen auf -50°C ist in deinem Falle wohl
nicht besonders sinnvoll.
>Beim Brainstorming ist die Idee entstanden, die Widerstände vielleicht>mit einem Leitkleber zu kontaktieren. Ich stelle diese Idee hier zur>Diskusion.
Das halte ich nicht für sinnvoll. Ich würde in jedem Fall bedrahtete
Widerstände nehmen, weil die mit mechanischen Belastungen erheblich
besser zurecht kommen als SMD. Außerdem ist die Lötwärmebelastung
erheblich geringer.
Wenn eine besonders niedrige Langzeitdrift gewünscht ist, sollte nicht
unbedingt auf kleine Bauformen geschielt werden.
>Der wichtigste Punkt ist die Langzeitstabilität.>Die darf durch den Lötprozess nicht beeinflusst werden.
Genau das kann aber bei den hohen Temperaturen passieren. Deswegen weit
weg vom Widerstandskörper mit den hohen Löttemperaturen und den
chemischen Mittelchen (Flußmittel, Reinigungsmittel). Deswegen sind
bedrahtete Widerstände hier optimal.
Unbekannter Entwickler schrieb:> Beim Brainstorming ist die Idee entstanden, die Widerstände vielleicht> mit einem Leitkleber zu kontaktieren.
Und die Klebeverbindung ist mit deinen 0.1% verträglich?
Kai Klaas schrieb:> Ich würde in jedem Fall bedrahtete> Widerstände nehmen, weil die mit mechanischen Belastungen erheblich> besser zurecht kommen als SMD.
Da kann man dann die Anschlüsse zweimal um einen Nagel wickeln, die
entstehende Spirale entlastet den Widerstand vor mechanischen Spannungen
und hält die Lötwärme ab. Auf älteren Boards wurde das gern mit
Ge-Dioden im Glasröhrchen gemacht.
Hat denn @Unbekannter Entwickler seine Messungen näher erleutert?
Zusätzliche Spiralen sind elektrisch nicht immer angebracht, zu viel
Induktives daran.
Wie steht es eigentlich so um Punktschweißen zur Kontaktierung? Mit dem
Vorhandensein großer Elkos und dicken MOSFETs / Thyristoren bzw.
umwickelbarerer Mikrowellenofen-Trafos ist das heute ja auch kein
Hexenwerk mehr.
Ich hab grad kuerzlich Kupfer probiert punktzuschweissen... geht nicht.
Man muss allerdings beim Loeten nicht den gesammten widerstand
aufheizen. Kann die Beinchen auch mit einem nassen Lappen halten, oder
so.
Vielen Dank für die wertvollen Tips!
Die Idee in die Drähte Federn zu wickeln, ist hervorragend.
Die Widerstände zu kleben soll die mechanische Spannung reduzieren.
Selbst wenn sich der Widerstandswert der Klebung im Laufe der Jahre um
das fünfzigfache ändert, kann die Toleranz eingehalten werden.
>Die Idee in die Drähte Federn zu wickeln, ist hervorragend.
Eigentlich reicht es, wenn du bedrahtete Widerstände verwendest nimmst
und die Drähte nicht direkt am Widerstandskörper abknickst. Das ist
schon Zugentlastung und Wärmefalle genug.
>Die Widerstände zu kleben soll die mechanische Spannung reduzieren.
Ich weiß ja nicht, welchen Kleber du verwenden willst, aber es kann
genau das Gegenteil von dem passieren, was du erhoffst: Viele Kleber
erfahren beim Aushärten nämlich einen Volumenschrumpf und das erhöht ja
gerade wieder die mechanischen Spannungen am Bauteil!
Ich bedanke mich hherzlich bei allen Antwortenden. Aus diesem Beitrag
sind neben den erfragten Informationen auch Anregungen/Ideen
hervorgegangen, die mich den Projektziel viel näher gebracht haben, als
ich erwartet hätte.
Vielen Dank dafür!
Ein unbekannter Entwickler
