Question:
Condensateur ultrastable à température ambiante
Dirk Bruere
2016-05-04 14:07:38 UTC
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Il semble que la meilleure stabilité de température que je puisse obtenir avec les condensateurs conventionnels de la gamme 330pF sont les céramiques COG / NPO à 30 ppm.

Existe-t-il de meilleures technologies ou techniques que je peux utiliser pour compenser la dérive des condensateurs ?

Je sens un problème xy ici: pourquoi voudriez-vous / auriez-vous même besoin?Les endroits où vous avez besoin de valeurs de plafond très précises devraient être assez rares
Détection de position à l'aide de la détection inductive au sous-micron.Le LC de la bobine doit être aussi indépendant que possible de la température.Je peux compenser mécaniquement les changements de dimension de la bobine, mais pas le condensateur
COG / NPO me donnera une stabilité de température de plus de 10 ° C d'environ 1: 100 000, ce qui n'est pas assez bon
@DirkBruere Détection inductive au sous-micron?Pouvez-vous élaborer en fonction de quelle méthode?S'agit-il d'un capteur LVDT ou simplement d'un capteur de proximité inductif?Pensez que vous voulez impossible.
Il existe peut-être un moyen de contourner ce problème, mais vous devez en savoir plus sur l'application.
@Andyaka Je pense utiliser le capteur inductif TI LDC1612 pour mesurer la position d'une «chose» à travers environ 5 mm-10 mm de verre http://www.ti.com/product/LDC1612
Peut-être pourriez-vous maintenir les condensateurs élevés à (disons) 50 ° C en utilisant une résistance et un capteur de température?
@Andyaka: Il y a un précédent pour cela;une conception de "four" est couramment utilisée pour éviter les changements de fréquence dépendant de la température dans les oscillateurs à cristal.Voir https://en.wikipedia.org/wiki/Crystal_oven.
@NateEldredge, bien sûr, il existe un précédent.Ils ont été utilisés pour ce genre de chose depuis que la reine Vic était sur le trône!
Condensateur à vide?Aucun moyen diélectrique physique ne fait de dérive perceptible ...
Six réponses:
Jack B
2016-05-04 15:05:05 UTC
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Andeen Hagerling fabrique des étalons de capacité ultra-stables jusqu'à environ 100pF, référence AH11A. Ils sont stables à 0,001 ppm / C et présentent également une faible dérive (0,1 ppm / an), un Q élevé et une faible dépendance à la tension. Cependant, ils sont probablement trop chers pour votre application. Ils atteignent ce type de stabilité avec des condensateurs de silice fondue dans un four à température contrôlée.

Si vous voulez une mesure de distance de précision moins chère qu'un système laser, vous pouvez envisager un capteur capacitif. Mais vous allez avoir du mal à battre le prix et les performances du système laser.

Spehro Pefhany
2016-05-04 14:38:17 UTC
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La manière habituelle de traiter ce type de problème est d'utiliser une méthode de mesure différentielle pour que la capacité (s) s'annule (s) au premier ordre.

Au lieu de cela, à 30pF, vous pourriez être en mesure de fabriquer votre propre condensateur diélectrique à air en utilisant (disons) Invar qui serait relativement stable, mais le coût serait élevé (et vous pourriez obtenir une sensibilité à l'humidité trop élevée. à moins que vous ne le scelliez avec quelque chose comme de l'argon sec à l'intérieur. 330pF est probablement trop pour faire facilement, mais peut-être que vous pourriez simplement augmenter la fréquence.

Obtenir des mesures inductives à une fréquence relativement basse est de toute façon assez difficile parce que la peau la profondeur n'est pas nulle pour un conducteur conventionnel (elle n'est pas tout à fait nulle pour un supraconducteur non plus, mais beaucoup plus proche).

L'alternative est un système laser COTS à environ 2000 $
Pas tout à fait bon marché je pense mais il existe de très bons systèmes de mesure de vibrométrie utilisant des lasers ultrastables modulés.
Bimpelrekkie
2016-05-04 14:28:48 UTC
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Je pense que vous essayez de réaliser l'impossible. En général, en électronique, nous acceptons que les valeurs des composants varient en fonction de la température et de la conception. Essayer de minimiser la dérive au-dessus de la température est une bonne idée, mais il y aura un mur que vous frapperez à un moment donné.

Pour briser ce mur et augmenter la précision, la solution à laquelle je peux penser est de compenser la température erreur induite pour la valeur mesurée. Donc, vous mesurez également la température, puis en utilisant un tableau avec l'erreur sur la température, corrigez la valeur mesurée.

Vous pouvez également essayer de compenser le coefficient de température avec un autre type de condensateur ayant un coefficient de température inversé en parallèle avec votre condensateur d'origine. Cependant, je doute que ceux-ci existent et cela pourrait également être peu prévisible.

Oui.J'espérais cependant que quelqu'un pourrait connaître une manière intelligente de contourner cela, similaire à la façon dont l'expansion des bobines avec la température peut être compensée.Par exemple, un disque dont la zone s'agrandit pour correspondre à la dilatation thermique de la distance entre les couches séparées
Vous pouvez également contrôler la température.C'est ce qui est fait lorsque vous avez besoin d'oscillateurs stables et de références de tension.
Ce que dit le tuyau: en électronique, un oscillateur à cristal fonctionne parfois à une température constante (élevée), par exemple à 60 degrés C.Une simple résistance de puissance (couplée thermiquement au cristal et à un capteur de température) et une boucle de contrôle de température régulent la température.
@FakeMoustache Je peux le faire.J'ai déjà construit une unité qui peut contenir un petit boîtier métallique à moins de 15 mK d'une température définie.Cependant, je ne sais pas si je peux appliquer cela en pratique au capteur en raison des exigences de positionnement.C'est l'heure des expériences ...
Je suis d'accord avec pipe.Les références de tension à température contrôlée sont aujourd'hui des produits courants et relativement «bon marché».Une référence de tension TLZ1000 est de 30 $ à 50 $, mais elle fournit une référence de 6,99999999 volts avec une dérive aussi faible que 10ppb.Même un four de bricolage pour un petit condensateur NPO le rendrait aussi stable que pratique.Une autre option est un condensateur commandé en tension en parallèle, mais un moyen de mesurer la dérive devrait être mis en œuvre.
user4574
2016-05-04 20:12:27 UTC
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Je ne sais pas quelle est votre plage de température, mais sur la plage de -40 ° C à 85 ° C ambiant, votre dérive totale serait de ... 330pF * 30ppm / C * 65C = 0,64pF.

0.64pF est assez petit, vous êtes susceptible d'avoir plus d'erreur de capacité que cela en raison de seulement quelques pouces de câblage ou de traces de PCB. De plus, le changement de capacité dans les enroulements de votre bobine d'inductance par rapport à la température sera probablement plus important que cela. Les inducteurs peuvent facilement avoir plusieurs 10s de pF de capacité entre les enroulements.

Donc, dans l'ensemble, pour obtenir la précision que vous désirez, vous devez connaître plus que la capacité d'un composant par rapport à la température, vous devez connaître l'ensemble du système (câbles PCB et tout) en fonction de la température.

J'utiliserais un condensateur NP0 ordinaire, et placerais un capteur de température à proximité sur votre carte de circuit puis au moment de la fabrication, vous pourrez mettre l'appareil dans une chambre de température et mesurez la capacité totale du système à plusieurs températures, en inversant votre calcul de distance, et enregistrez-la dans une table de consultation de votre appareil. Vous n'avez probablement pas besoin de mesurer trop de points de température car vous pouvez probablement interpoler avec une précision raisonnable.

Ensuite, lorsque vous travaillez dans votre environnement cible, vous pouvez alors rechercher la capacité correcte en fonction de votre capteur de température .

Dirk Bruere
2016-05-04 15:56:34 UTC
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Je publierai ceci comme une réponse, bien que ce ne soit qu'une possibilité. En utilisant 4 couches de FR4 1 mm, je peux obtenir 340 pF en créant mon propre condensateur de disque de rayon 18 mm.

J'ai encore besoin de faire des calculs de dilatation thermique. Je soupçonne que ce ne sera pas mieux que COG / NPO

Je pense que FR4 sera d'environ 70 ppm / C.Si vous cherchez à fabriquer le vôtre, vous feriez probablement mieux de métalliser les deux côtés d'un mince morceau de verre à faible dilatation thermique (ou de silice fondue).Votre usine locale de semi-conducteurs peut probablement le faire pour vous à peu de frais.
Les coefficients de dilatation thermique pour la plupart des matériaux FR-4 sont compris entre 14 et 18 ppm (X, Y) et 35 (Z) en dessous de Tg - je ne m'attendrais pas à ce que votre application dépasse la Tg.
Dupont Pyralux AP (flexible) = 45ppm, plus je suppose que c'est un matériau isotrope
https://www.multi-circuit-boards.eu/en/pcb-design-aid/pcb-materials.html
Master
2016-05-05 00:02:29 UTC
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Vous devez probablement inventer une autre méthode pour effectuer ces mesures. Le niveau de précision que vous demandez n'est pas réaliste.

Vous pouvez envisager, par exemple, la modulation de la composante utile de votre signal. Je propose de lire une description d'une expérience célèbre pour mesurer l'effet de la gravitation sur la fréquence des photons. Ils ont utilisé une modulation mécanique du signal utile.



Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 3.0 sous laquelle il est distribué.
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