Например TDA7294

Форум РадиоКот • Просмотр темы - Методика калибровки мультиметров
Форум РадиоКот
Здесь можно немножко помяукать :)



Текущее время: Пн июл 13, 2020 04:24:46

Часовой пояс: UTC + 3 часа


ПРЯМО СЕЙЧАС:



Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 3240 ]    , , , 4, , , ...  
Автор Сообщение
Не в сети
 Заголовок сообщения: Re: Методика калибровки мультиметров
СообщениеДобавлено: Пн янв 30, 2012 16:33:18 
Говорящий с текстолитом

Карма: 58
Рейтинг сообщений: 2395
Зарегистрирован: Чт сен 09, 2010 07:32:24
Сообщений: 1627
Откуда: г. Рыбинск
Рейтинг сообщения: 2
Продолжим...
Вот пример масштабирующего (step-up) усилителя для источника опорного напряжения на базе LTZ1000. Последний, хотя и имеет непревзойдённую стабильность, обладает к сожалению чрезвычайно большим разбросом выходного напряжения (7-7,2 В) при невозможности его регулировки. Чтобы исправить эту ситуацию, на выход ИОН подключают операционный усилитель с прецизионным делителем в обратной связи. Делитель рассчитывается таким образом, чтобы без какой-либо настройки выходное напряжение находилось в интервале 10 В +/- 0,01%. Далее с помощью перемычек осуществляется тонкая подстройка напряжения с дискретностью около 0,25 ppm.

Изображение Изображение

Наверняка многим бросится в глаза обилие резисторов на плате, да не простых, а металло-фольговых с ТКС < 5 ppm/K и допуском 0,01%. Могу заверить, они там неспроста. Дело в том, что характеристики используемого ИОН обязывают включать в бюджет погрешности устройства параметры второго порядка малости, например, изменение во времени ТКС резисторов, направление и амплитуду дрейфа их сопротивления. По этой причине даже выбор наилучших по стабильности металло-фольговых резисторов не является достаточным, поскольку их дрейф будет несоразмерно выше дрейфа базового ИОН на LTZ1000.
Тем не менее, выход есть и о нём я упомянул в предыдущем сообщении. Фирмой Datron/Wavetek в ходе разработки калибраторов постоянного напряжения был предложен ряд нововведений, в числе которых применение статистических делителей (обратной связи). Каждое плечо делителя заменяется цепочкой из параллельно-последовательно включенных резисторов с максимально близкими ТКС. В результате, для делителя из 13 резисторов (как на моей макетной плате) дрейф одного из них приведёт лишь к незначительному изменению выходного напряжения, что в совокупности даст приблизительно 4-х кратное повышение долговременной стабильности.
Конструкция, приведённая на фото, кроме 13 металло-фольговых "статистических" резисторов включает три такого же типа для грубой настройки коэффициента деления и цепочку обычных прецизионных С2-29В с ТКС 50 ppm/K для точной подстройки. После сборки проводилась "тренировка" ИОН в течении 120 часов с периодическим контролем выходного напряжения. Дрейф составил около 3 ppm (т.е. 30 мкВ) и ещё неизвестно, что явилось его причиной, т.к. контрольный вольтметр (7,5-разрядный Datron 1071) имеет по спецификации до 5 ppm основной погрешности за 24 часа и 1,5 ppm/K температурный коэффициент.


Вернуться наверх
 
Не в сети
 Заголовок сообщения: Re: Методика калибровки мультиметров
СообщениеДобавлено: Пн янв 30, 2012 16:57:20 
Друг Кота
Аватар пользователя

Карма: 31
Рейтинг сообщений: 129
Зарегистрирован: Вт мар 02, 2010 17:05:19
Сообщений: 4508
Откуда: Белоруссия, Минск
Рейтинг сообщения: 0
И какой из этого вывод?

_________________
Всё можно наладить,если вертеть в руках достаточно долго!


Вернуться наверх
 
JLCPCB, всего $2 за прототип печатной платы! Цвет - любой!

Отличное качество, подтвержденное более чем 600,000 пользователей! Более 10,000 заказов в день.

Зарегистрируйтесь и получите два купона по 5$ каждый:https://jlcpcb.com/quote

Не в сети
 Заголовок сообщения: Re: Методика калибровки мультиметров
СообщениеДобавлено: Пн янв 30, 2012 18:33:51 
Говорящий с текстолитом

Карма: 58
Рейтинг сообщений: 2395
Зарегистрирован: Чт сен 09, 2010 07:32:24
Сообщений: 1627
Откуда: г. Рыбинск
Рейтинг сообщения: 0
ublhjnt писал(а):
И какой из этого вывод?
Никакого :). Я всего лишь хотел продемонстрировать одну из существующих методик. Что до фотографии платки - это поделка выходного дня, не обращайте на неё внимание.


Вернуться наверх
 
PCBWay - всего $5 за 10 печатных плат, первый заказ для новых клиентов БЕСПЛАТЕН

Сборка печатных плат от $88 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет

Онлайн просмотровщик Gerber-файлов от PCBWay
Не в сети
 Заголовок сообщения: Re: Методика калибровки мультиметров
СообщениеДобавлено: Пн янв 30, 2012 22:11:34 
Потрогал лапой паяльник

Карма: 2
Рейтинг сообщений: 18
Зарегистрирован: Вс авг 22, 2010 20:43:41
Сообщений: 325
Откуда: г.Краснодар
Рейтинг сообщения: 1
Mickle,интересная статья.Спасибо Вам большое!


Вернуться наверх
 
Импульсный источник питания - расчет за 10 минут в eDesignSuite

Как ориентироваться в огромном количестве существующих вариантов, чтобы выбрать наиболее подходящий для конкретного случая. «Ручной» перебор всех вариантов может оказаться весьма трудоемким процессом, а полученный результат – далеко не оптимальным. Специализированное программное обеспечение, поможет уменьшить количество рутинных операций при проектировании.

Подробнее>>
Не в сети
 Заголовок сообщения: Re: Методика калибровки мультиметров
СообщениеДобавлено: Вт янв 31, 2012 09:28:07 
Друг Кота
Аватар пользователя

Карма: 31
Рейтинг сообщений: 129
Зарегистрирован: Вт мар 02, 2010 17:05:19
Сообщений: 4508
Откуда: Белоруссия, Минск
Рейтинг сообщения: 1
Цитата:
Никакого . Я всего лишь хотел продемонстрировать одну из существующих методик. Что до фотографии платки - это поделка выходного дня, не обращайте на неё внимание.

Для общего познания интересно, особенно тем, кто о поверке приборов знает по наслышке.
Есть стандартизированные методики для поверки измерительных приборов в Центрах метрологии. Для домашней поверки мультиметра подойдет натор резисторов точности 0,1% с номиналом 2/3 от мах. диапазона.
Для напряжений и токов необходимы приборы с классом точности на порядок выше поверяемого.
Хотя погрешность измерения, в радиолюбительской практике, в пределах 1,0 - 1,5% вполне достаточна.

_________________
Всё можно наладить,если вертеть в руках достаточно долго!


Вернуться наверх
 
Как упростить выбор ИП для промышленного применения?

Компания Mean Well выпускает широкий перечень встраиваемых источников питания с креплением на шасси, имеющих, на первый взгляд, схожие характеристики. Статья расскажет о ключевых особенностях выпускаемых семейств и упростит выбор источника питания для промышленного применения.

Читать статью>>
Не в сети
 Заголовок сообщения: Re: Методика калибровки мультиметров
СообщениеДобавлено: Ср фев 15, 2012 09:30:48 
Говорящий с текстолитом

Карма: 58
Рейтинг сообщений: 2395
Зарегистрирован: Чт сен 09, 2010 07:32:24
Сообщений: 1627
Откуда: г. Рыбинск
Рейтинг сообщения: 5
Выдалось немного свободного времени и я решил оформить вышеприведенную платку в готовую к использованию конструкцию. Получился вот такой мини-калибратор напряжения постоянного тока :

Изображение Изображение

Изображение Изображение

Питается он либо от сети, либо от нестабилизированного источника (батарея аккумуляторов) 16-20 В. Потребляемый ток в установившемся режиме составляет 20 мА. На выходе три напряжения: +10 В (с внутренним сопротивлением менее 7 мОм), + 1 В (1 кОм) и +0,1 В (100 Ом). Каждое выходное напряжение имеет возможность индивидуальной подстройки в пределах 100 ppm.
Требования по кратковременной нестабильности и ТКН данного ИОН вынуждают использовать множество конструктивно-схемотехнических приёмов:
1. Сетевой трансформатор питания подбирался с многократным запасом по мощности и минимальной межобмоточной ёмкостью. Рекордсменом в этой области является Fluke, которая для своих калибраторов спроектировала трансформаторы с 3-х ступенчатым экранированием и паразитной ёмкостью между обмотками всего 1-2 пФ.
2. Все свободные места в корпусе заполняются пенопластом или другим наполнителем с целью минимизации конвективных потоков воздуха - одного из источников низкочастотных шумов (суть кратковременной нестабильности).
3. Приходится избегать источников возникновения нескомпенсированной термоЭДС: градиентов температуры или хим. состава вдоль проводников. Выходные клеммы - медные (покрытие имеет мизерное влияние на термоЭДС). Единственный интенсивный источник тепла (LTZ1000) расположен на максимальном удалении от термочувствительных узлов.
4. Поскольку даже микроамперные токи, протекающие через проводники, способны вызвать систематическую ошибку в несколько ppm, подключение опорного стабилитрона, конвертера 7-10 В и выходного декадного делителя осуществляется по четырёхточечной схеме Кельвина.
5. "Сердцем" данной конструкции является стабилитрон LTZ1000 с заведомо высокими показателями. И для того, чтобы эти показатели не ухудшить, приходится с особой тщательностью рассчитывать и балансировать составляющие бюджета погрешности ИОН. Это касается выбора типа, класса ТКС резисторов, и даже способ расположения стабилитрона на плате ИОН является немаловажным:

Изображение Изображение

Наверное многие обратили внимание на мистическую форму дорожек и пазов вокруг LTZ1000 на печатной плате ИОН. На самом деле это не моя прихоть и никакого мистицизма здесь нет в помине. Такое "оформление" печатной платы предложила фирма Datron/Wavetek в 1990 году в ходе разработки унифицированного модуля ИОН для своих приборов: мультиметров моделей 1271, 1281 и калибраторов серии 4900. Этот модуль (на фото 2 шт.) получился очень удачным и практически без изменений дошёл до наших дней, но уже в составе эталонного мультиметра 8508A поглотившей Datron/Wavetek фирмы Fluke.

Изображение

Итак, к чему же все эти красивости на плате? Симметричные Г-образные пропилы обеспечивают минимальную деформацию платы непосредственно под стабилитроном от действия реактивных напряжений. Последние возникают от вибраций, ударов, температурного расширения материала печатной платы, деформации корпуса прибора, где эта плата установлена. С другой стороны, выборка материала платы вокруг стабилитрона позволяет уменьшить тепловой сток и ускорить выход на заданный режим работы термостата.
8 прямоугольных фольгированных площадок (по 4 с каждой стороны) являют собой тепловые якори. Ввиду большой их площади и высокой теплопроводности меди можно считать, что эти площадки имеют одинаковую температуру. Длина дорожек от стабилитрона до прямоугольных площадок одинакова, также одинаковы и суммарные площади сечения дорожек до каждого вывода. В совокупности это даёт равенство температурных градиентов вдоль каждой дорожки, а следовательно и равенство термоЭДС, т.е. их компенсацию. Не стоит забывать, что коваровые выводы LTZ1000 с медью дают термоЭДС 35 мкВ/С.
Последний штрих - прецизионный делитель выходного напряжения. К нему так же предъявляется целый ряд требований. Поскольку делитель является нагрузкой для ИОН, его номинальное сопротивление должно находиться в таких пределах, чтобы с одной стороны не перегружать выходной каскад ОУ и не нарушать его тепловой режим, а с другой стороны - чтобы не оказывали влияние паразитные токи утечек и входной ток подключаемого к делителю прибора (мультиметра). Температурные коэффициенты плеч делителя сами по себе не очень важны, зато исключительно важно их равенство. Если делитель составлять из дискретных резисторов, соблюсти это требование очень не просто. Наконец, должны обеспечиваться долговременная стабильность сопротивления и отсутствие теплового гистерезиса.
В принципе под эти требования подходит многое. Например, микропроволочные (поз. 21-26) или тонкоплёночные (поз. 27-33) делители и сборки, металло-фольговые резисторы (поз. 47) или манганиновые печатные делители (поз. 48):

Изображение Изображение

Изображение Изображение

В конце-концов я решил выбрать фольговый делитель напряжения ДН1-ФМ-0,001 вольтметра Щ1516, который в виде запчастей любезно согласился продать мне Владимир LM. :beer:
Печатная плата делителя наклеена на металлическую пластину для выравнивания тепловых деформаций. Сам же делитель представляет собой вытравленные на стеклотекстолитовой плате дорожки из манганина, конфигурация которых такова, что позволяет путём перерезания перемычек изменять сопротивление на нужную величину (разумеется всё это уже проделано на заводе-изготовителе):

Изображение


Вернуться наверх
 


Не в сети
 Заголовок сообщения: Re: Методика калибровки мультиметров
СообщениеДобавлено: Ср фев 15, 2012 11:30:39 
Друг Кота
Аватар пользователя

Карма: 31
Рейтинг сообщений: 129
Зарегистрирован: Вт мар 02, 2010 17:05:19
Сообщений: 4508
Откуда: Белоруссия, Минск
Рейтинг сообщения: 0
Цитата:
Выдалось немного свободного времени и я решил оформить вышеприведенную платку в готовую к использованию конструкцию. Получился вот такой мини-калибратор напряжения постоянного тока :

Проделана большая определённая работа. Можешь написать статью.
Но в радиолюбительской практике это никогда не найдет применения, поверь мене, как старому опытному метрологу.
Удачи и успехов в новых разработках

_________________
Всё можно наладить,если вертеть в руках достаточно долго!


Вернуться наверх
 


Не в сети
 Заголовок сообщения: Re: Методика калибровки мультиметров
СообщениеДобавлено: Ср фев 15, 2012 12:13:41 
Модератор
Аватар пользователя

Карма: 44
Рейтинг сообщений: 229
Зарегистрирован: Чт окт 27, 2005 18:50:07
Сообщений: 11185
Откуда: из мест не столь отдалённых
Рейтинг сообщения: 1
Медали: 2
Получил миской по аватаре (1) Мявтор 3-й степени (1)
Очень серьёзный материал, и очень профессиональная работа.
Я тоже рекомендую оформить материал в виде статьи.
По крайней мере, на неё можно будет ссылаться.
Если её будут читать даже просто интереса ради- уже хорошо; что-то в памяти да останется.
Почему-то мне кажется, что ссылки на эту статью непременно будут- от пользователей других ресурсов.


Вернуться наверх
 

Не в сети
 Заголовок сообщения: Re: Методика калибровки мультиметров
СообщениеДобавлено: Ср фев 15, 2012 14:35:47 
Говорящий с текстолитом

Карма: 58
Рейтинг сообщений: 2395
Зарегистрирован: Чт сен 09, 2010 07:32:24
Сообщений: 1627
Откуда: г. Рыбинск
Рейтинг сообщения: 1
Спасибо! Не думал, что этот весьма специфичный материал вызовет заинтересованность хотя бы у кого-то из участников нашего форума. Наверное поэтому до сих пор писал в основном для китайскоязычного ресурса по метрологии. Там закон больших чисел в действии :)
Впредь исправлюсь и постараюсь оформить свои выкладки в виде статьи. Своей очереди дожидается материал об особенностях структуры, схемотехнике и недоработках проектировщиков первого в мире сверхточного 8,5-разрядного мультиметра Solartron 7081.


Вернуться наверх
 


Не в сети
 Заголовок сообщения: Re: Методика калибровки мультиметров
СообщениеДобавлено: Ср фев 15, 2012 14:41:41 
Встал на лапы
Аватар пользователя

Зарегистрирован: Пт дек 09, 2005 23:14:04
Сообщений: 91
Откуда: Волгоград
Рейтинг сообщения: 0
Mickle писал(а):
Спасибо!
Это Вам спасибо!


Mickle писал(а):
Не думал, что этот весьма специфичный материал вызовет заинтересованность хотя бы у кого-то из участников нашего форума.
Сам когда-то в молодости в конце 80-х...начале 90-х варился в этой каше. Только забылось многое за 20 лет. А тут прямо, как бальсам на душу. Признаюсь, не всё знал из описанного Вами.


Mickle писал(а):
Впредь исправлюсь и постараюсь оформить свои выкладки в виде статьи.
Думаю, многим будет интересно.


Вернуться наверх
 
Не в сети
 Заголовок сообщения: Re: Методика калибровки мультиметров
СообщениеДобавлено: Ср фев 15, 2012 21:23:11 
Модератор
Аватар пользователя

Карма: 44
Рейтинг сообщений: 229
Зарегистрирован: Чт окт 27, 2005 18:50:07
Сообщений: 11185
Откуда: из мест не столь отдалённых
Рейтинг сообщения: 0
Медали: 2
Получил миской по аватаре (1) Мявтор 3-й степени (1)
Ловлю на слове- обещали- так выполняйте!
Мяу, не ожидал встретить интересующихся вопросами метрологии.
В 2005 или 2006 году был у нас товарищ лесник, было очень интересно с ним общаться по практическим вопросам.


Вернуться наверх
 
Не в сети
 Заголовок сообщения: Re: Методика калибровки мультиметров
СообщениеДобавлено: Ср фев 15, 2012 21:32:22 
Модератор
Аватар пользователя

Карма: 68
Рейтинг сообщений: 424
Зарегистрирован: Ср ноя 26, 2008 16:34:25
Сообщений: 13492
Откуда: Тамбовская обл.
Рейтинг сообщения: 0
Медали: 1
Получил миской по аватаре (1)
Смотря как интересоваться. Я вот читаю с открытым ртом, а сказать нечего. Разве что поблагодарить Mickle за столь интересные посты.


Вернуться наверх
 
Не в сети
 Заголовок сообщения: Re: Методика калибровки мультиметров
СообщениеДобавлено: Чт фев 16, 2012 09:49:40 
Друг Кота
Аватар пользователя

Карма: 31
Рейтинг сообщений: 129
Зарегистрирован: Вт мар 02, 2010 17:05:19
Сообщений: 4508
Откуда: Белоруссия, Минск
Рейтинг сообщения: 0
Цитата:
Мяу, не ожидал встретить интересующихся вопросами метрологии.

Судя по постам многие радиолюбители, при измерениях электрических и других величин, допускают серьёзные ошибки, либо применяют не те средства измерения.
Набо бы открыть тему, или в обучалке, или в измерения с названием: "Измерения...как, чем, с какой точностью".
Будет полезно всем.

_________________
Всё можно наладить,если вертеть в руках достаточно долго!


Вернуться наверх
 
Не в сети
 Заголовок сообщения: Re: Методика калибровки мультиметров
СообщениеДобавлено: Чт фев 16, 2012 19:02:05 
Модератор
Аватар пользователя

Карма: 44
Рейтинг сообщений: 229
Зарегистрирован: Чт окт 27, 2005 18:50:07
Сообщений: 11185
Откуда: из мест не столь отдалённых
Рейтинг сообщения: 0
Медали: 2
Получил миской по аватаре (1) Мявтор 3-й степени (1)
Ага, некто намяукивал на свой продолговатый стаж в метрологии. Знаете, не встречал ни разу метрологии в популярном изложении- предмет несколько специфический. А вот эта тема читается интересно.
Короче- давайте думать и о метрологии для котят- хотя бы основные термины и сведения.
ublhjnt начинайте думать 8)
Mickle начинайте оформлять статью- в "котореде" это очень легко


Вернуться наверх
 
Не в сети
 Заголовок сообщения: Re: Методика калибровки мультиметров
СообщениеДобавлено: Пт фев 17, 2012 12:19:37 
Друг Кота
Аватар пользователя

Карма: 31
Рейтинг сообщений: 129
Зарегистрирован: Вт мар 02, 2010 17:05:19
Сообщений: 4508
Откуда: Белоруссия, Минск
Рейтинг сообщения: 0
Цитата:
ublhjnt начинайте думать

ЕСТЬ!

_________________
Всё можно наладить,если вертеть в руках достаточно долго!


Вернуться наверх
 
Не в сети
 Заголовок сообщения: Re: Методика калибровки мультиметров
СообщениеДобавлено: Сб фев 18, 2012 14:58:39 
Друг Кота
Аватар пользователя

Карма: 54
Рейтинг сообщений: 848
Зарегистрирован: Чт окт 14, 2010 19:43:23
Сообщений: 4450
Откуда: Родом из СССР
Рейтинг сообщения: 0
Mickle писал(а):
Я всего лишь хотел продемонстрировать одну из существующих методик.

А остальные методики? Можно не так развёрнуто, общая заинтересованность проявит нужные.
Молодец , редко встречаются такие глубокие знания вопроса!

_________________
Не мешайте мешать!
С." Ну почему Господь так долго не протянет нам руку помощи? И самое страшное: может быть он протягивает, но мы всё дольше и дольше этого не замечаем?"


Вернуться наверх
 
Не в сети
 Заголовок сообщения: Re: Методика калибровки мультиметров
СообщениеДобавлено: Чт фев 23, 2012 09:55:19 
Друг Кота
Аватар пользователя

Карма: 31
Рейтинг сообщений: 129
Зарегистрирован: Вт мар 02, 2010 17:05:19
Сообщений: 4508
Откуда: Белоруссия, Минск
Рейтинг сообщения: 0
Цитата:
амперметр вставляется в измеряемую цепь последовательно, то есть В РАЗРЫВ ОДНОГО из проводов питания, лучше плюса. А ты, похоже, мерил параллельно, как меряют напряжение; устраивал этим короткое замыкание, и усилок, ясное дело, замолкал

Цитата:
Ладно не буду мерит силу тока пока не научусь

Чтобы меньше возникало таких казусов, придется подготовить небольшой экскурс в практическую метрологию в области электрических измерений.

_________________
Всё можно наладить,если вертеть в руках достаточно долго!


Вернуться наверх
 
Не в сети
 Заголовок сообщения: Re: Методика калибровки мультиметров
СообщениеДобавлено: Сб фев 25, 2012 16:12:17 
Говорящий с текстолитом

Карма: 58
Рейтинг сообщений: 2395
Зарегистрирован: Чт сен 09, 2010 07:32:24
Сообщений: 1627
Откуда: г. Рыбинск
Рейтинг сообщения: 5
Обещанная статья у меня что-то не клеится. Даже озаглавить её не получается. :(
А посему, если уважаемые коллеги не возражают выложу очередные размышления по теме раздела.

ИОНы vs температура.

Очень часто при проектировании ИОН с высокими техническими требованиями на первый план выходят множество задач «тактического» характера, которые затмевают собой более важные «стратегические» задачи, например, по обеспечению долговременной стабильности выходных параметров ИОН. К числу первых относится решение проблемы температурной зависимости характеристик наиболее критичных для ИОН компонентов, как правило, резисторов, делителей, стабилитронов, опорных источников и др.
Классический подход к решению известен ещё со времён химических ИОН – нормальных элементов Вестона и заключается в термостатировании всего прибора или его части. В этом случае температурные коэффициенты (ТК) напряжения, сопротивления и пр. уже не являются определяющими, исключается необходимость подбора элементов по одинаковым ТК, повышается технологичность конструкции в целом. В качестве примера можно рассмотреть многоканальную меру напряжения Guildline 4400. Разработанная в 1985 г. она до сих пор может дать фору многим калибраторам и эталонам, обеспечивая долговременную стабильность 2 ppm/год и ТКН 0,04 ppm/С! Незамысловатая конструкция Guildline 4400 включает в себя две термостатированные камеры в которых расположена вся метрологически важная электронная «начинка» в виде унифицированных плат, каждая с 8 шт. ИОН LM329 на борту. При этом по спецификации LM329 имеет ТКН всего-навсего 50-100 ppm/С.

Изображение Изображение

Вполне очевидным недостатком столь кардинального решения является исключительно долгое время выхода на рабочий режим ввиду большой термостатируемой массы. Если бы можно было оставить в термостате только самое необходимое, например, стабилитрон, это значительно повысило бы оперативность работы с прибором и снизило энергопотребление. Такой подход так же получил всеобщее признание и стал повсеместно применяться в стационарной и переносной метрологической аппаратуре. Конечно о какой-либо типизации конструкций говорить не приходится, и подтверждением тому некоторые примеры: термокамера стабилизатора напряжений П36 похожа скорее на небольшую муфельную печку, внутри неё расположены стабилитроны Д814 с медными проволочными резисторами для корректировки ТКН; ИОН в 7,5-разрядном мультиметре Solartron 7075 имеет термисторный нагреватель размером с напёрсток, внутри которого скромно расположился сертифицированный стабилитрон USR932; в отечественном вольтметре В7-34А ИОН имеет ещё более изящную конструкцию с однослойным медным нагревателем на слюдяной гильзе и крошечным бусинковым терморезистором в качестве датчика обратной связи.

Изображение Изображение

Изображение Изображение

Не смотря на столь широкое разнообразие размеров и конструктивных исполнений, лучшие умы продолжали работать над совершенствованием параметров прецизионных ИОН и их миниатюризацией. В начале 70-х годов Роберт Добкин (Robert Dobkin) из National Semiconductor разработал топологию интегрального ИОН на базе термостатированного стабилитрона с заглублённым p-n переходом (buried zener) – LM399 (LM199, 299). В LM399 на одном кристалле в крошечном металлическом корпусе TO-46 расположились нагреватель, схема его управления и собственно сам ИОН. Для уменьшения тепловых потерь и устранения влияния конвективных потоков на корпус надевается полисульфоновая защитная оболочка.
Что примечательно, в 90-х годах в некоторых отечественных справочниках по полупроводниковым приборам внезапно появился стабилитрон марки 2С483, который по своим структуре, параметрам и исполнению корпуса точь-в-точь совпадал с LM399. К сожалению, дальше этой рекламной акции по-видимому дела у НПП «САПФИР» не сдвинулись, а посему «наш ответ» LM399 так и остался на бумаге.

Изображение Изображение

С начала серийного выпуска в 1976 г. LM399 очень быстро завоевал доверие обширной аудитории разработчиков прецизионных вольтметров, калибраторов, эталонов и АЦП. Его шумовые характеристики и долговременная стабильность в совокупности с низкой себестоимостью и возможностью отбора по параметрам обеспечили область целесообразного применения в измерительной аппаратуре с динамическим диапазоном шкалы (по напряжению) от 4,5 до 6,5 десятичных разрядов. На большее, увы, LM399 не способен по причине значительного шума 1/f, и завышенной (нерегулируемой) температуры термостатирования – около 90 гр. C.
Лишь в 1987 году в Linear Technology был разработан и запущен в производство более совершенный термостатированный ИОН LTZ1000, многократно превосходящий по параметрам любые существовавшие в то время разработки. По иронии судьбы, автором архитектуры LTZ1000 был всё тот же Роберт Добкин, покинувший National Semiconductor и ставший сооснователем Linear Technology.

Изображение Изображение

Поскольку LTZ1000 был разработан сравнительно недавно, возникает вопрос о том, какие альтернативные исследования проводились в области улучшения характеристик ИОН? Тем более, что 7,5 и 8,5-разрядные вольтметры существовали задолго до 1987 года.
Здесь придётся обратить внимание на то, что для таких приборов более актуальной является «стратегическая» задача – обеспечение долговременной стабильности, в то время, как температурные коэффициенты и т. п. уходят на второй план. Действительно, можно термостатировать весь прибор, можно разместить всю лабораторию в термоконстантном помещении и минимизировать тем самым все температурные зависимости, но нельзя заставить стабилитрон, резистор или опорный источник не стареть, нельзя остановить термодиффузионные процессы, миграцию примесей, релаксацию остаточных напряжений, аннигиляцию дислокаций и пр. и пр. В качестве примера предлагаю посмотреть на график дрейфа напряжения стабилизации отечественного сертифицируемого стабилитрона серии 2С108 за 1000 часов наработки при рабочей температуре 45 гр. С:

Изображение

С этой точки зрения от повышения температуры метрологически критичных элементов ИОН скорее больше вреда, чем пользы. Достаточно вспомнить, что LM399 работает при 90-95 гр. С, более стабильный LTZ1000 рассчитывается уже на 65 гр. С, а в некоторых эталонах напряжения и образцовых мультиметрах (Fluke 7001, Fluke 8508A, HP3458A-opt002) снизили температуру ещё больше, до 45 гр. С.
Тогда почему бы не отказаться от термостатирования вовсе? Предпосылкой в пользу такого решения может стать тот факт, что многие прецизионные стабилитроны и опорные источники имеют встроенные элементы для термокомпенсации и по сути проблема сводится к отысканию рабочего тока, при котором ТКН близок к нулю. К примеру, в первых отечественных прецизионных стабилитронах Д818 в качестве таких элементов компенсации использовались два последовательно включенных прямосмещённых p-n перехода. На фотографии приведены ИОНы мультиметра Datron 1081 и калибратора Datron 4000A, в которых для формирования опорного напряжения используются вполне заурядные и распространённые стабилитроны 1N829. Единственное, что их отличает от тех, что продаются в магазине, так это предварительная термотренировка – искусственное старение – и подбор по параметрам.

Изображение Изображение

За рубежом пошли дальше и разработали опорные источники в которых для термокомпенсации использовался переход база-эмиттер размещённого на том же кристалле n-p-n транзистора. Такие комбинированные приборы стали производиться многими компаниями и получили название RefAmp (Reference Amplifier). Вот неполный перечень их марок: 3DG12, 3DK4, 2DW7, 2DW230-236, 2DW14-18, MCA19xx-22-xx, SZA263, LTFLU-1.

Изображение Изображение Изображение

Два последних из списка в период с 1974 по 1990 г.г. применялись фирмой Fluke в качестве центрального элемента своих калибраторов, мультиметров и эталонных источников. SZA263 был разработан компанией Motorola, выпускался только для Fluke и в свободную продажу не поступал. В последствии Fluke заключила соглашение с Linear Technology и заменила SZA263 на LTFLU-1. Впрочем сменилась только маркировка (LTFLU = Linear Technology + Fluke), цоколёвка и параметры остались без изменений. Как и его предшественник, проприетарный LTFLU-1 в открытой продаже никогда не был.
Ещё более сильный ход сделала британская компания Solartron Instruments Ltd. При разработке своего флагмана – первого в мире 8,5-разрядного мультиметра Solartron Schlumberger 7081 инженеры компании решили не использовать термостатирование стабилитрона (да-да, всё того же 1N829), а ввести вместо этого возможность программного выбора его рабочего тока.

Изображение Изображение

С этой целью в структуру ИОН введён 6-битный ЦАП с помощью которого при инициализации мультиметра задаётся требуемый ток через стабилитрон. Сила тока, соответствующая нулевому ТКН, определяется заранее в процессе длительных термотренировки и испытаний стабилитронов на заводе. Далее она кодируется в единицах шкалы ЦАП и записывается в РПЗУ мультиметра в процессе его калибровки. Таким образом, с одной стороны существенно упрощается настройка и калибровка мультиметра, с другой – уменьшается дрейф ИОН за счёт снижения рабочей температуры.
И всё было бы хорошо, если бы не один малоприятный факт: выбор оптимального рабочего тока стабилитрона обеспечивает нулевой ТКН, но только при определённой температуре, или в лучшем случае – в узком интервале температур. При выходе за границы этого интервала ТКН снова начинает меняться, при чём по параболическому закону. На рисунке показано полученное автором семейство кривых температурной погрешности напряжения стабилизации 1N829 в диапазоне рабочего тока от 5 до 7,7 мА.

Изображение Изображение

Впрочем, эта проблема не остановила инженеров Solartron. Они обратили внимание на то, что графики функций температурной погрешности унимодальны и довольно точно аппроксимируется полиномами второй степени, имеющими один и тот же коэффициент при старшем члене и отличающимися лишь положением экстремума. Следовательно, рассуждали инженеры Solartron, можно подобрать обратную по знаку функцию, которая бы легко реализовывалась аппаратно и имела бы аргументом только температуру стабилитрона или области рядом с ним.
В конечном итоге так и поступили: добавили в ИОН датчик температуры AD590 и дополнительный узел в виде аналогового вычислителя квадратичной функции на ОУ и транзисторной сборке. Этот узел формирует падение напряжения на резисторе 100 Ом, которое складывается с падением напряжения на стабилитроне и компенсирует температурную погрешность. В качестве значения опорной температуры, к которой приводятся нулевой ТКН стабилитрона и экстремум квадратичной функции, выбрано 27 гр. С, что на мой взгляд весьма странно, поскольку установившаяся температура в корпусе мультиметра намного больше и составляет 45-55 гр. С.
Математическое моделирование точности корректировки ТКН даёт весьма оптимистичные результаты: дрейф не хуже 0,1 ppm в диапазоне температур от 25 до 60 гр. С. Реально же получается более скромная величина. В первых рекламных буклетах на модель 7081 указывался ТК = 0,8 ppm/С, в окончательной спецификации 0,5 ppm/С.

Изображение Изображение

Мультиметр Solartron Schlumberger 7081 производился с 1983 по 1989 г.г. до тех пор, пока не утратил все свои конкурентные преимущества по сравнению с другими 8,5-разрядными мультметрами, которых в общей сложности было разработано всего 10 моделей и все без исключения основаны на LTZ1000.
На этом можно было бы поставить точку, но для полноты картины стоит сказать о том, что, не смотря на свою исключительность, LTZ1000 всё же не панацея и не свободен от недостатков, самый главный из которых – термомеханический гистерезис. Он проявляется при смене теплового режима ИОН, например, в результате временного отключения питания, и приводит к непредсказуемому изменению напряжения стабилизации на 2-10 ppm. Подобное поведение ИОН вынуждает держать ИОН включенным постоянно и использовать батареи резервного питания при его транспортировке.
Но даже с такой фундаментальной проблемой можно успешно бороться. В 1994 году Джон Пикеринг (John Pickering) из британской компании Metron Designs зарегистрировал патент, в котором предложил способ и устройство для устранения последствий эффекта термомеханического гистерезиса в электронных компонентах при термосмене. На примере LTZ1000 он показал, что последовательная циклическая смена температуры термостатирования с асимптотическим приближением к рабочему тепловому режиму позволяет практически полностью восстановить выходное напряжение ИОН даже после длительного времени бездействия.

Изображение Изображение

Ввиду схожести с процессом размагничивания металлических конструкций предложенный способ унаследовал название «degaussing» (размагничивание). На его основе компанией Fluke был разработан и с 2000 года стал выпускаться переносной эталон напряжения модели 7001. В Fluke 7001 был предусмотрен режим «conditioning» (кондиционирование, тренировка) занимающий по времени до 8 часов и позволяющий транспортировать эталон даже в выключенном состоянии без снижения точности воспроизведения напряжения.
Таким образом, результаты трудов Джона Пикеринга не пропали даром. Стоит сказать о том, что он являлся сооснователем легендарной Datron Instruments, в 1990-м вышел из её состава и организовал собственную фирму Metron Designs Ltd., оказывающую консультационные услуги в области электроники и измерительной техники. Как оказалось, услуги весьма полезные.


Вернуться наверх
 
Не в сети
 Заголовок сообщения: Re: Методика калибровки мультиметров
СообщениеДобавлено: Пн фев 27, 2012 10:32:07 
Друг Кота
Аватар пользователя

Карма: 31
Рейтинг сообщений: 129
Зарегистрирован: Вт мар 02, 2010 17:05:19
Сообщений: 4508
Откуда: Белоруссия, Минск
Рейтинг сообщения: 0
Обычно начинают с истории. Вот чем пользовались наши деды......
Изображение
А теперь.....

_________________
Всё можно наладить,если вертеть в руках достаточно долго!


Вернуться наверх
 
Не в сети
 Заголовок сообщения: Re: Методика калибровки мультиметров
СообщениеДобавлено: Ср май 16, 2012 22:28:45 
Говорящий с текстолитом

Карма: 58
Рейтинг сообщений: 2395
Зарегистрирован: Чт сен 09, 2010 07:32:24
Сообщений: 1627
Откуда: г. Рыбинск
Рейтинг сообщения: 3
Самодельный портативный "калибратор" на базе LTZ1000, который я описывал в одном из предыдущих постов, уже имеет непрерывную наработку в 500 часов, не считая недели тестирования и наладки. К основному выходу 10 В постоянно подключен Datron 1071, который изо дня в день показывает на дисплее одно и то же число из 6-ти девяток. Таким образом суммарный дрейф мультиметра и калибратора на сегодняшний день составил не более 0,5 ppm. Что же до температурного коэффициента, достоверно определить его пока не представляется возможным ввиду малости. Определённо можно сказать только одно, его порядок около 0,1 ppm/K.

Старикам здесь не место?
В прошедшие праздники выдалось немного свободного времени, часть которого была потрачена на очередную "конструкцию выходного дня". Именно её я и хочу представить на суд уважаемых РадиоКотов. Позвольте представить... транспортная мера с выходным напряжением 10 В:

Изображение Изображение Изображение

По сути это вновь источник опорного напряжения повышенной стабильности, который при желании можно использовать для тестирования различного рода прецизионных АЦП, вольтметров и т. п., в том числе для переноса меры постоянного напряжения от эталонного источника к проверяемому.
За основу этой конструкции была взята идея, сформулированная здесь http://bbs.38hot.net/read.php?tid=20996, но с небольшими отличиями.
В качестве первичного опорного источника были использованы три классических термостатированных стабилитрона типа LM399H, выходное напряжение которых усреднялось резистивным делителем. Это было сделано в первую очередь для того, чтобы статистическим методом снизить низкочастотный шум и долговременную нестабильность напряжения.
После усреднения опорное напряжение (примерно 7,0817 В) фильтруется простейшим однополюсным фильтром на ОУ OP97 и масштабируется до 10 В усилителем со статистическим делителем в обратной связи. Делитель в свою очередь состоит из 16 металло-фольговых резисторов С5-61 с ТКС класса 10 ppm/K и дюжины обычных тонкоплёночных резисторов С2-29В. Последние организованы в своеобразный дискретный потенциометр для тонкой настройки коэффициента деления и соответственно выходного напряжения ИОН с шагом 0,1 ppm. Этим же выходным напряжением через токоограничительные резисторы запитываются стабилитроны LM399H.
В статье, на которую я дал ссылку, описывается довольно трудоёмкая процедура подбора резисторов статистического делителя (Vishay) по величине и знаку ТКС. Для этого резисторы с положительным ТКС маркировались красным цветом, с отрицательным - синим, длина промаркированной линии соответствовала абсолютной величине температурного коэффициента. Как показали тесты отечественных резисторов С5-61, от этой рутинной работы можно смело отказаться. Резисторы имеют стабильно малый ТКС в диапазоне +/-0,5 ppm/K и потому оказалось вполне достаточно набрать их из одной партии (читай, нормоупаковки).
Правда на этом все возможные упрощения и заканчиваются. Ведь когда речь идёт о допустимых изменениях напряжения в миллионные доли, каждая на первый взгляд мелочь может оказаться роковой для бюджета погрешности устройства. Термостаты LM399-х нагревают стабилитроны до 90 гр. Цельсия, поэтому размещать их приходится вдалеке от цепей масштабирующего усилителя и резисторов статистического делителя. Выходные клеммы ИОН из посеребрённой меди М00. Нагрузка к ИОН подключается квази-четырёхконтактным способом. Аналоговая земля разведена "звездой". И т.п.
Предварительные испытания показали, что идея и её реализация вполне жизнеспособны. Выход на рабочий режим в течении около 1 минуты. Выходное напряжение регулируется в диапазоне 10 В +/-100 ppm, как и было рассчитано. Выходное сопротивление 0,0045 Ом при токе 17 мА. Низкочастотный шум ориентировочно менее 5 мкВ. К этому моменту интерес мой иссяк и коробочка была заброшена в ящик стола :))
Вывод: всё-таки не зря старичка LM399 всё ещё ставят в современные 4,5-6,5-разрядные мультиметры. Есть ещё порох...


Вернуться наверх
 
Показать сообщения за:  Сортировать по:  Вернуться наверх
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 3240 ]    , , , 4, , , ...  

Часовой пояс: UTC + 3 часа


Кто сейчас на форуме

Сейчас этот форум просматривают: alex_lv и гости: 18


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Перейти:  


Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group
Русская поддержка phpBB
Extended by Karma MOD © 2007—2012 m157y
Extended by Topic Tags MOD © 2012 m157y