Большое спасибо! Интересное исследование, изучаю результаты.

Подскажите, пожалуйста, как, чем и каким способом измеряли ёмкость при 50В? Очень интересно.

Е7-14, Частота тест сигнала 10 кГц, напряжение смещения(поляризации) 50 Вольт.
Более менее серьезные приборы имеют такую функцию.

Эдуард В.,

возможно их меняют потому, что это несложно сделать
допуск + влияние температуры + постоянное напряжение + старение - возможно это все вместе, при определенных условиях, оказывало влияние
бывает керамика трескается

из даташита Самсунга https://static.chipdip.ru/lib/882/DOC031882718.pdf
2-4. Старение емкости
Характеристика старения заключается в том, что многослойные керамические конденсаторы (MLCC) с высокой диэлектрической проницаемостью (класс II) со временем уменьшают значение емкости. При использовании MLCC класса II в схемах также необходимо учитывать характеристики старения в зависимости от напряжения и температуры.
2-4-1. В общем случае, старение приводит к линейному уменьшению емкости с логарифмом времени, как показано на следующем графике. Для получения более подробной информации обратитесь в компанию SEMCO, поскольку значение может различаться в зависимости от модели.
2-4-2. После термообработки (150 °C, 1 час) емкость, уменьшившаяся в результате старения, восстанавливается, поэтому старение следует учитывать с момента термообработки.

ответ ИИ (DeepDeek) на вопрос "старение mlcc конденсаторов с диэлектриком x7r"

Спойлер

1. Суть явления
Старение — это логарифмическое уменьшение диэлектрической проницаемости (εr) сегнетоэлектрической керамики (к которой относится X7R) со временем после обжига (или после нагрева выше точки Кюри).
Физическая причина: Диэлектрик X7R является сегнетоэлектриком с доменной структурой. После изготовления (обжига при ~1200°C) и охлаждения домены находятся в разупорядоченном, "возбужденном" состоянии, что дает максимальную диэлектрическую проницаемость. Со временем домены постепенно выстраиваются в более упорядоченное, стабильное состояние (релаксируют), что снижает общую поляризуемость материала и, как следствие, его емкость.
Важный нюанс: Процесс старения сбрасывается при нагреве конденсатора выше его температуры Кюри (для X7R это примерно 125-150°C). После остывания старение начинается заново. Поэтому пайка платы "обнуляет" часы старения для всех компонентов.

2. Математическое описание
Изменение емкости подчиняется закону:
ΔC(%) = -K * log₁₀(t)
Где:
ΔC(%) — процентное изменение емкости относительно начального значения (сразу после сброса старения, например, после пайки).
K — коэффициент старения, характерный для данного диэлектрика. Для X7R K ≈ 1% за декаду времени (или от 0.5% до 2.5% в зависимости от конкретного состава и производителя).
t — время в часах, прошедшее с момента сброса старения (плавления/охлаждения).

Пример расчета:
Через 10 часов после пайки: ΔC ≈ -1% * log₁₀(10) = -1%
Через 100 часов (≈4 дня): ΔC ≈ -1% * log₁₀(100) = -2%
Через 1000 часов (≈42 дня): ΔC ≈ -1% * log₁₀(1000) = -3%
Через 10 000 часов (≈1.14 года): ΔC ≈ -4%

Как видно, самые значительные потери происходят в первые часы и дни.

3. Практические последствия для разработчика
Нестабильность в прецизионных цепях: В схемах, где критична точность временных постоянных (RC-генераторы, фильтры, АЦП/ЦАП), использование X7R без учета старения может привести к дрейфу характеристик.
Разброс параметров при измерении: Конденсатор, измеренный на производстве через день после пайки, и тот же конденсатор через месяц, будут иметь разную емкость. Это важно для приемочного тестирования.
Невозможность абсолютно точного номинала: Емкость X7R — "плавающая" величина, зависящая от времени, температуры и напряжения смещения.

4. Взаимодействие с другими эффектами (Тройная угроза X7R)
Старение — не единственный фактор. Он взаимодействует с двумя другими, не менее важными:
Температурная зависимость (X7R): Емкость меняется в пределах ±15% в диапазоне от -55°C до +125°C. Это не старение, это отдельная характеристика.
Зависимость от постоянного смещения (DC Bias): При приложении постоянного напряжения емкость X7R может сильно уменьшиться (на 30-80% при номинальном напряжении). Это самый значительный эффект для силовых цепей.
Важно: Эти три эффекта аддитивны. Фактическая емкость конденсатора в схеме — это номинал, умноженный на поправки от температуры, напряжения и времени.

Упрощенный пример: Конденсатор X7R 1 мкФ, 16В:
Через месяц старения: ~0.97 мкФ.
При работе на постоянном токе 12В (DC Bias): может упасть до, например, 0.6 мкФ.
При температуре 100°C: может составить ~0.85 мкФ от значения при 25°C.
Итоговая эффективная емкость может быть 0.5 мкФ или даже меньше.

5. Как бороться и учитывать старение?
Выбор диэлектрика:
Для критичных к стабильности применений используйте C0G/NP0. Эти диэлектрики практически не стареют (K < 0.1%), не зависят от смещения и имеют почти линейную ТКЕ. Но их емкость ограничена (обычно до ~100 нФ в стандартных корпусах).
X7S, X8R — немного более стабильные, чем X7R, но тоже стареют.

Конструктивные меры:
Завышение номинала: Если в цепи нужна определенная минимальная емкость (например, для развязки питания), выбирайте конденсатор с номиналом на 20-50% (или более) выше, с учетом всех потерь.
Схемотехнические решения: Не используйте X7R в высокоточных частотозадающих цепях. Используйте C0G или пленочные конденсаторы.
"Предварительное старение": Некоторые производители/потребители проводят термоциклирование компонентов перед калибровкой, чтобы уйти от самого крутого участка кривой старения.

Внимание к даташитам:
Все уважаемые производители (Murata, TDK, Samsung, etc.) предоставляют в даташитах графики:
Aging characteristic (потеря емкости от времени).
DC Bias characteristic (потеря емкости от напряжения).
Temperature characteristic (изменение емкости от температуры).

Вывод
Старение MLCC X7R — это предсказуемый, логарифмический процесс уменьшения емкости со временем после пайки с типичной скоростью ~1% за декаду времени. Для успешного проектирования инженер обязан учитывать его совместно с влиянием температуры и постоянного напряжения смещения, выбирая номинал с запасом или используя более стабильные, но менее емкие диэлектрики, такие как C0G, для критичных узлов схемы. Игнорирование этих эффектов — частая причина нестабильной работы или отказа устройств в поле.

можно измерить емкость в плате (0.1V, 1kHz), и далее по результату
наклеить каптоновый скотч погреть паяльником, подождать сутки и снова измерить
а уже потом - у меня есть отличные C0G конденсаторы, надо их припаять

измерение емкости при постоянном напряжении:
https://pro-radio.online/measure/13197-26
https://smartpuls.ru/diy/capacitors/ceramic.shtml


а поменять на современные полимерные?

Спасибо! Познавательно про тонкости конденсаторов.


Менять их не особо сложно, 1206 же .... но с этой позиции также не сложно и все конденсаторы заменить, только много их.
По ссылке, где было обсуждение замены 3-х конденсаторов, началось с того, что один участник форума нагрел из феном, после чего показания изменились ... у меня вызывает большое сомнение такое исследование 34401A. Возможно у меня фен не той системы, но даже нахождение его рядом с платой во включенном состоянии много наводок даёт. Более того, исследование было при снятом защитном экране, что даёт много помех сразу ... что можно было увидеть? - большой вопрос. У меня получалось только локальным охлаждением без снятия экрана более-менее адекватные результаты получать. Поэтому и задал тут вопрос, т.к. после прочтения появились сомнения в действенности замены.


Это практически сразу сделал. Только один из 3-х поддаётся измерению без выпаивания, у других имеется большая дополнительная ёмкость в параллель. Тот, что измерился имеет ёмкость 10.1нФ, т.е. на 1% больше номинала. Не вижу с ним проблем. Измерял выборочно и другие керамические конденсаторы с диэлектриком X7R на плате, не выявил снижения ёмкости. Под напряжением смещения их, конечно, не измерить без выпаивания, но судя по Вашей информации снижение ёмкости от напряжения смещения не зависит от старения. Это два параллельных аддитивных момента. Т.е. с завода такое снижение присутствует, и очень вероятно, что производитель его проверял перед запайкой партии конденсаторов.


Это самом собой. Поэтому и пытаюсь выяснить по максимуму. На данный момент уже не вижу смысла менять керамические конденсаторы.


Потому что не так силён в особенностях радиодеталей, в частности конденсаторов. Теперь знаю, что так можно, поищу, что-то из современных полимерных для новой закупки.
Если подскажите пару марок таких конденсаторов (22мкФ, 25-35В), то упростите мне поиск, т.к. на данный момент не совсем понимаю, как выделить именно "современные полимерные".
На те танталы, что приехали, точно менять не буду, не вижу смысла после замера их ключевых параметров.

Эдуард В.,

согласен, сомнительно, надеюсь при измерении фен был выключен
типичный фен -> коллекторный двигатель+нагревательный элемент
коллекторный двигатель -> https://ru.wikipedia.org/wiki/Искровой_радиопередатчик


строка для поиска
Conductive Polymer Aluminum Solid Capacitors
каталог Панасоника
https://industrial.panasonic.com/ww/pro ... /documents
есть и Китайские производители

22 у меня нет, нашел 10, постараюсь завтра промерить ESR (100-120-1к-10к-100кГц)

тантал оранжевый и черный
керамика no-name Китай
полимер RL-TZ Китай
полимер Samwha-FB
low imp SANYO-FZ

Купил на распродаже lc1020e - измерял им.
Получилось сравнение конденсаторов.
Собрал все в табличку
https://docs.google.com/spreadsheets/d/ ... sp=sharing

Сначала сделал калибровку с родной пластиной
Потом перепроверил на медном посеребренном проводе D0.8мм - 4 нуля после запятой на всех частотах.
Измерил константановые шунты - сложно получить хороший контакт на латунных зажимах Кельвина.
У настоящих зажимов должно быть покрытие?
4 знака после запятой мне не надо, был вопрос сможет ли lc1020e отличить 10мОм от 5мОм.
Измерил с2-29в-0,125, какие нашел. К диапазону 100кГц есть вопросы, бросил, не стал измерять.

Конденсаторы измерял без формовки, по 2 шт, некоторые конденсаторы лежат давно.
Измерял без поляризации при 0.6V

Даташит есть только на Samwha-FB и SANYO-FZ
на RLTZ не нашел, только https://mysku.club/blog/china-stores/94306.html
Даже есть фото с p/n rltz102mo16d120rl, но даташит не нашел

Спасибо! Получается, что танталы на 100Гц имеют лучший ЭПС, полимерные больше на керамику похожи. С учётом того, что танталы в 34401A призваны гасить пульсации линейных стабилизаторов на 100Гц или 120Гц (не в РФ), то они больше подходят.
В табличке чёрные танталы лучше оранжевых. В моём случае новые танталы чёрные (293D226X9035D2TE3 Vishay Intertechnology, Inc.), а родные с завода - оранжевые (0180-4116 Capacitor-Fxd 22 uF 20% 20 V Agilent Technologies, Inc.), но у меня наоборот: чёрные немного хуже оранжевых.

Итого: если и подбирать замену, то нужно серию танталов более хорошую выбрать, а, возможно, просто ёмкость сразу больше на ступень E24 брать.

Надеюсь, всё верно понял.


Думаю, что да. Искал фирменные (или близко к ним) готовые кельвины и кельвин-пинцеты для SMD к своему ET433, понял, что цена неадекватная, прекратил данное занятие.

Любые кельвины сделаны для того, чтобы не мучатся с хорошим контактом. Кажется, Mickle на страницах данного форума где-то расписывал этот момент. Т.е. если всё откалибровать должно выдавать нормальные результаты.
По опыту работы со своим ET433 могу сказать, что для измерения ЭПС калибрую его на замкнутых кельвинах после каждого включения и перемещения в пространстве, т.е. вначале всё расположу на столе, в т.ч. и кельвины, потом калибрую и минимально двигаю кельвины. Тогда результаты стабильны, контакт мало значения имеет. Но есть тонкость в калибровке кельвинов на КЗ. Нужно найти такое их взаимное положение, чтобы верно были совмещены сигнальные и измерительные концы. Я определяю по минимальному сопротивлению, но можно провода и измерительные контакты промаркировать, что ещё лучше будет.
Мой ET433 единицы мОм плохо измерят, даже не пытаюсь им это делать. 34401A и DMM7510 - тоже фактически не измеряют единицы мОм в режиме сопротивления. YR1035+ делает это заметно адекватнее, но только на частоте 1кГц (меандр), т.е. для сравнения с datasheet конденсаторов не подходит, можно использовать для шунтов, нескрученных проводов, ионисторов, открытого канала мосфетов или ХИТ (для чего он и сделан ).

По Вашим измерениям можно сделать вывод - прибор не верно измеряет.
Словами долго объяснять, вот картинки для сравнения

Спойлер

Показания короткого замыкания адаптера SMD на разных частотах.

100 Гц.


1 кГц


10 кГц


100 кГц

Вполне допускаю такой вариант. Мне сравнить не с чем, есть только LCR-T4.
Единственное, что могу сказать частоты измерений lc1020e правильные.
Мне бы как раз хотелось понять насколько сами измерения правильные, поэтому выкладываю результаты.
К моему сожалению завтра уезжаю в командировку, принять участие в обсуждении не смогу, но буду благодарен за любые комментарии.
Пишите, пожалуйста, как есть, на мир надо смотреть открытыми глазами.

Свой 34401A собрал, в ближайшем обозримом будущем "улучшать" его не планирую.
Сделал:
1. Починил переключатель перед/зад. Не работал нормально при покупке.
2. Поменял 4 больших электролита, т.е. все.
3. Дополнительно утеплил ИОН.
4. Приклеил прокладку между реле и разрядником около переднего терминала.
5. Отмыл плату и корпус. Переднюю пластиковую панель кое-где подклеил.

По п.1 планирую позже составить подробную инструкцию, т.к. есть некоторые важные моменты, которые в интернете не нашёл, только частично. Искал дольше, чем делал, а в итоге пришлось самому догадываться.

По пп. 2 и 3, возможно, напишу позже, подумаю над этим, по ними всё просто, пояснения вряд ли нужны.

По п.4 подробности здесь: https://www.eevblog.com/forum/testgear/ ... ultimeter/

П.5, думаю, что пояснений не требует.

Остальные рекомендации по улучшению 34401A пока не вижу смысла делать.

После переборки 34401A "убежал" на 3ppm в меньшую сторону на 10В постоянного тока. Сравнивал с DMM7510. Калибровка нуля не изменилась. Входной ток тоже без изменений, в районе 1.3пА.
Интересно то, что после предпоследней переборки он "убежал" на 3ppm в большие показания, откалибровал на 10В и уровнял.
Т.е. если бы после предыдущей переборки не откалибровал 10В постоянки, то показания были равны во всех знаках 34401A с учётом округления младшего разряда DMM7510!!! Точно также, как и при первом сравнении после покупки DMM7510.
"Погоняю" недельку 34401A, возможно, показания уравняются, или снова откалибрую.

Эдуард В., а кстати ваши 34401 и 7510 только по напряжению так согласуются. А что с другими видами измерений: постоянка по току переменка, сопротивление?

Спасибо за хороший вопрос!

К сожалению, не каждый день могу отвечать на данном форуме, есть причины личного характера. Поэтому прошу прощения за невольное томление в ожидании ответа, которое в общем и целом лишнее в данном случае.

Ответ на вопрос сформулирую тезисно, т.к. он большой, если всё, что выяснил, описывать. Если что-то потребуется уточнить, спрашивайте.

Совсем коротко - пока не имею технической возможности проверить совпадение по всем разрядам, кроме диапазона 10В на постоянном токе на напряжениях 2.5В, 5В, 7.5В и 10В.

Для проверки совпадения по 6.5 разрядам требуются источники / эталоны, которые могут обеспечить хотя бы временную (минимум 1-2 секунды) стабильность измеряемой величины.
В наличии имеется две китайских платы с ИОНом 584KH. Они обеспечивают требуемую стабильность при постоянной температуре и имеют возможность экранированного подключения с помощью стандартных переходников и разъёмов. На таких напряжениях измерительная камера не обязательна в моём случае.

Пытался проверить диапазоны 100мВ и 1В постоянного тока с помощью аккумулятора и делителя. Не получилось. Требуется хорошее экранирование подключения и аккумулятора с делителем. Помех много, младшие разряды (3-4) постоянно меняются.

Безуспешно пытался проверить постоянный ток. Самый "чистый" источник, который есть в наличии - RD6012P. Не такой уж он и "чистый" для такой точности измерений, младшие разряды быстро меняются.

Относительно точные (десятые процента) сопротивления недавно приехали, но с ними сходу тоже не получилось, стабильности показаний нет. Скорее всего требуется экранирование.
Конечно, точность моих самых точных сопротивлений далека от той, что обсуждаются на страницах данного форума, но полагаю, что для сравнительных измерений должно хватить.

По переменке тут было обсуждение. Основная суть, что в реальности оба прибора имеют высокую погрешность её измерения, сравнивать все 6.5 разрядов смысла нет. По моей оценке нормально оба измеряют в 4.5 разрядном режиме, точнее - измерять желательно в 6.5-разрядном режиме для повышения точности, а учитывать только 4.5 разряда.

Когда купил поверенный DMM7510, то сразу сравнил показания с 34401A по ИОНам. Они совпали по всем разрядам. Далее для меня указанные показания DMM7510 были ориентиром, сбилась или нет калибровка 34401A после очередной переборки, также сверял калибровку нуля с заглушкой.
Если поменять полярность измерения ИОНа, то DMM7510 изменяет показания примерно на 1ppm, а с 34401A такого нет. Т.е. 34401A даже точнее получается. Линейность по всем указанным выше напряженнейшем имеется, но после прогрева более 4-х часов обоих "уплывает" в пределах 1ppm, у кого - пока не выяснил, в процессе, предполагаю, что у 34401A.

По косвенным признакам (счётчик калибровок, наклейки, фото в карточке продавца и общение с ним):
1. 34401A был полностью калиброван на заводе в США в 1995 году. Перед продажей был откалиброван по части измерений. Точно да по постоянному напряжению, и точно нет по переменному напряжению, про остальное - сложно сказать.
2. DMM7510 калиброван только на заводе в Китае в 2017 году, там же и эксплуатировался и периодически поверялся. Последняя поверка была в РФ перед продажей мне по моей просьбе и за мои деньги.

Т.е. мера вольта на постоянном напряжении в диапазоне 10В на обоих приборах была в идеале, т.к. калибровались в разное время и в разных странах, но совпало по всем разрядам.
В диапазонах 1В и 100мВ постоянного тока расхождения были, особенно на 100мВ. даже с учётом того, что стабильны были только первые 4-5 разрядов. Более высокие диапазоны сравнить не удалось, нет источников, позже что-нибудь придумаю.

По переменному напряжению 34401A явно занижал в сравнении со всеми имеющими мультиметрами, показания DMM7510 были близки к другим, да и поверен он. Откалибровал диапазоны 100мВ и 1В по генератору, писал в теме про калибровку мультиметров. АЧХ у 34401A в разы шире, чем у DMM7510, к сожалению, не записал точных значений, но выше 300кГц на DMM7510 начинает заметно врать, а АЧХ 34401A до 700кГц практически линейна, немного подвирает до 1.2 - 1.3 МГц, на 1.5МГц большой "горб".

Источников переменного тока у меня нет, максимум на 140мА генератор способен. В этом диапазоне совпадение есть, но условное, линейность по переменке у обоих приборов так себе, особенно на низах.

Сопротивление - те разряды, что удалось измерить, совпадают. Аналогично с постоянным током.

Как мне видится, главное - это линейность внутри диапазонов, малая зависимость от температуры и удержание калибровки во времени. Остальное решается калибровкой.

Забыл написать ещё пару пунктов:
6. Пропаял все места с подозрительной пайкой припоем с содержанием 2% серебра и флюсом ROL0. Местами трещины были видны. По итогу пропаял почти все выводные детали, в т.ч. и резистивную матрицу, соединение терминалов с платой и выводы переключателя перед/зад. На SMD дефектов пайки не обнаружил. Данная мера ничего не поменяла, в т.ч. и термо-ЭДС, т.е. достаточно припоя ПОС-61, но припоем с серебром мне больше нравится паять. В будущем трещины могли дать о себе знать.
7. Вынул ИОН, прочистил его выводы и отверстия его разъёма изопропилом, отверстия чистил с помощью заточенной зубочистки.
8. Проверил предохранители и прочистил контакты держателей и самих предохранителей изопропилом. Предохранитель на сетевое напряжение был установлен неверного номинала, заменил.

Калибровка 10В постоянки после таких действий у меня практически не изменялась (один раз только на 3ppm, потом обратно вернулась). Калибровка нуля с заглушкой значимо менялась. Но заметил следующее: после первых переборок калибровка нуля менялась заметно, а потом перестала меняться или менялась очень незначительно. Предполагаю, что какие-то контактные проблемы были, но моё вмешательство свело их на нет, что должно добавить стабильности характеристик моему 34401A. Такое ощущение, что и шум измерений стал немного меньше, но, к сожалению, до первых переборок не замерил шум, не были разблокированы скрытые функции. Сейчас среднеквадратичное отклонение при нуле (с заглушкой) на диапазоне 100мВ постоянного тока составляет 181нВ. Видел ролик, где измерялся такой же показатель на 34401A, там было 218нВ, т.е. у меня даже лучше. Напряжение шума пик-ту-пик у меня тоже чуть меньше, чем в ролике, но оно не так показательно, т.к. даже быстрое движение руки около 34401A во время замера может привести к разовым всплескам.

Все выполненные пункты больше отношу к обслуживанию прибора, а не к модернизации.

Немного разберусь с работой, составлю инструкцию по ремонту переключателя перед/зад, подумать нужно и всё написать. Как мне видится, лучше иметь такую инструкцию в одном месте, для меня был проблемой поиск нужной информации, даже тут в другой теме об этом писал, что не могу найти.

Чисто для статистики:

100PLC, статистика за 10минут, 155 отсчётов.

Модель HP 34401A уже давно разменяла 3-й десяток, но результаты её исследования энтузиастами не перестают удивлять. Взять хотя бы описанную выше необычную ступенчатую коррекцию смещения нуля на AC режимах (если под неё не маскируется какой-то другой механизм). В свою очередь я так и не нашёл объяснения тому, что (по крайней мере в моём экземпляре 1993 г.в.) размах шума при измерении =10 В снижается в 1,4 раза при отключении АВП

Не мудрено, что "откусить кусочек" истории успеха 34401A желали многие инструментальные компании, не гнушаясь при этом реверсивным инжинирингом конкурирующих продуктов. К таким компаниям можно смело отнести южнокорейскую Jung Jin Electronics (давно обанкротившуюся и ныне оставшуюся лишь в воспоминаниях радиолюбителей и связистов). Компания вывела на внутренний рынок и экспортировала в РФ и Индию всего одну модель мультиметра DM-500, но сделала это максимально экономным способом - путём обратной разработки HP 34401A с последующим тотальным упрощением с целью удешевления производства. Что из этого вышло (ничего хорошего), я писал когда-то давно в какой-то из тем нашего форума. Тем не менее, путём обратной разработки DM-500, импортировавшегося в РФ ПриСТ и ПрофКИП в виде моделей В7-78 и В7-54/2М соответственно, мне удалось локализовать и устранить львиную долю конструктивных недоработок прибора (мой экземпляр которого в добром здравии трудится теперь у друга в домашней лаборатории).



Ниже ссылка на собранную воедино историю исследований и "прокачки" этого прибора (осторожно, PDF 96 страниц, 60 Мб!):
https://drive.google.com/file/d/15bZuJD ... sp=sharing

Спасибо, Mickle !

Как всегда информация от Вас очень познавательна!

Уже бегло полистал, буду внимательно читать.

Полагаю, что 34401A пошёл в массы, т.к. его цена за б/у-экземпляры значительно снизилась за последние пару лет.

В связи с тем, что 34401A - это мой первый прибор такого класса точности, то у меня не было знаний по его экспресс-оценке. Ещё раз спасибо Mickle за направление исследования. Но не хватало для сравнения значений измерений, которые имеются у других рабочих приборов.

Для экспресс-оценки шума на напряжении постоянного тока можно использовать активированные скрытые функции. Ниже моя статистика замеров и данные прибора. Писал значения без округления, т.е. то, что было на экране без последних нулей. Мне такая статистика о других приборах помогла бы, да и на данный момент также поможет.

Спойлер

Данные
Наименование: Agilent 34401A
Прошивка: 07-04-02
Выпуск (предположительно): конец 1995г или январь 1996 г.
Микросхемы: в основном 35-я неделя 1995 г.
Сообщение о калибровке: 24 января 1996 г.
Наклейка о калибровке от HP: 26.01.1996 от E.L.
Счётчик калибровок на момент покупки (полная калибровка увеличивает его примерно на 35): 47. Т.е. полная калибровка делалась только один раз. Предположительно перед продажей откалибровали часть диапазонов.

Шум на 100мВ постоянного тока при нулевом напряжении

После прогрева примерно час 10 PLC 6 разрядов
Количество измерений: 2460
Среднее значение: 226.952 нВ
Среднеквадратичное отклонение: 189.7824 нВ
Максимальная амплитуда (пик-ту-пик): 1.518 мкВ

После прогрева примерно 1.5-2 часа 100 PLC 6 разрядов
Количество измерений: 594
Среднее значение: 96.19865 нВ
Среднеквадратичное отклонение: 64.40625 нВ
Максимальная амплитуда (пик-ту-пик): 436 нВ

После прогрева примерно 2 часа 10 PLC 6 разрядов
Количество измерений: 1785
Среднее значение: 59.94958 нВ
Среднеквадратичное отклонение: 175.417 нВ
Максимальная амплитуда (пик-ту-пик): 1.37 мкВ

После прогрева примерно 3,5 часа 10 PLC 6 разрядов
Количество измерений: 1305
Среднее значение: -52.7908 нВ
Среднеквадратичное отклонение: 177.5976 нВ
Максимальная амплитуда (пик-ту-пик): 1.306 мкВ

После прогрева примерно 3.5-4 часа 100 PLC 6 разрядов
Количество измерений: 330
Среднее значение: -44.47272 нВ
Среднеквадратичное отклонение: 58.18809 нВ
Максимальная амплитуда (пик-ту-пик): 368 нВ

После прогрева примерно 6 часов 10 PLC 6 разрядов
Количество измерений: 2062
Среднее значение: -74.22357 нВ
Среднеквадратичное отклонение: 180.395 нВ
Максимальная амплитуда (пик-ту-пик): 1.614 мкВ

После прогрева примерно 6.5-7 часа 100 PLC 6 разрядов
Количество измерений: 592
Среднее значение: -64.74831 нВ
Среднеквадратичное отклонение: 58.59831 нВ
Максимальная амплитуда (пик-ту-пик): 333 нВ

После прогрева 2 суток 10 PLC 6 разрядов
Количество измерений: 1609
Среднее значение: 5.770043 нВ
Среднеквадратичное отклонение: 179.7604 нВ
Максимальная амплитуда (пик-ту-пик): 1.625 мкВ

После прогрева 2 суток 100 PLC 6 разрядов
Количество измерений: 512
Среднее значение: 12.5664 нВ
Среднеквадратичное отклонение: 56.29377 нВ
Максимальная амплитуда (пик-ту-пик): 385 нВ

В идеале, конечно, записать графики и анализировать их, но это уже более сложная задача, если анализ подобных графиков не поставлен на поток.
Возможно, кто-то из участников сообщества свой взгляд на данный момент озвучит.

Пока свежи воспоминания, поделюсь второй историей "прокачки" (на самом деле - ремонта) "раритета в квадрате" с диапазоном показаний +-140 000 000. Кто силён в археологии, сразу поняли, что речь пойдёт о Solartron (Schlumberger) 7081.
Это был наиболее совершенный в метрологическом плане экземпляр с установленным модулем LTZ1000, верифицированной стабильностью ~1...2 ppm/год и нелинейностью <0,1 ppm в диапазоне +-10 В (сейчас в более надёжных руках трудится на благо науки). И вот однажды, во время сличения с эталонами (спасибо коллегам), я совершенно случайно обратил внимание на подозрительную временную нестабильность при измерении меры сопротивления постоянному току 10 кОм. Нестабильность обнаружила себя в форме устойчивого дрейфа, дрейфа очень медленного (в среднем 0,07 ppm/сут.), но неумолимо монотонного, направленного в сторону увеличения показаний.
Оставив прибор под наблюдением, я воочию убедился, что предел допускаемой годовой погрешности был достигнут уже на 212 сутки, но что ещё хуже, скорость дрейфа при этом ничуть не снизилась даже спустя 427 дней с момента начала эксперимента.



Неприятно. Хотя правильней сказать - удивительно! Тут удивляло всё. И то, что показания прибора, столько лет находящегося в идеальных условиях, вдруг решили "сбежать" безо всякой видимой причины. И то, что в скорости "убегания" нет даже намёка на снижение. Но самое удивительное обнаружилось после анализа показаний на других поддиапазонах измерения: дрейф в одинаковой мере затронул пределы 0,1 кОм, 1 кОм и 10 кОм, но совершенно не коснулся более высоких. По крайней мере 100 кОм и 1 МОм год стояли как вкопанные.
Как сказал бы в такой ситуации старина Уолтер Шухарт: "Совпадение? Не думаю!" Даже без данных допускового контроля понятно, что такое редкое, почти ненаблюдаемое сочетание обнаруженных фактов намекает на наличие особой причины изменчивости в параметрах функциональных узлов прибора. Что ж, вызов принят. Короче говоря: "Будем искать!"

Если сравнивать с мультиметрами разрядности 6-1/2 и менее, принципиальная схема блока формирования калиброванных токов Solartron 7081 на первый взгляд кажется сложной и запутанной: 4 ОУ, оптроны, куча полевых транзисторов и т.д. Тем не менее, не составляет особого труда выделить на схеме связанные функциональные узлы, а так же наметить стратегию поиска аномалии.



Следует заметить, что измерение сопротивления на поддиапазонах от 0,1 до 1000 кОм мультиметр всегда выполняет по 4-х точечной схеме Кельвина. Даже если используется кабель с 2-мя штекерами, внутри кабеля к ним всё равно подходит 4 проводника: два токовых, подключенных к выходу гальванически изолированного блока формирования калиброванных токов, и два потенциальных, подключенных ко входу усилителя постоянного тока:



В целом, блок формирования калиброванных токов (ФКТ) в подавляющем большинстве широкодиапазонных мультиметров (разве что окромя наших В7-64, 84 и т.п.) представляет собой источник тока на ОУ. Solartron 7081 - не исключение. Источник тока в модели 7081 собран на чоппер-ОУ IC604 ICL7560 и является двухрежимным. При измерении на поддиапазонах с верхними пределами 0,1 кОм, 1 и 10 кОм активен режим с выходным током 1 мА. При этом переключение с одного поддиапазона сопротивления на другой меняет лишь коэффициент усиления масштабного усилителя постоянного тока и соответственно предел измерения вольтметра (0,1 В, 1 и 10 В). Переключение на поддиапазоны 100 кОм и 1 МОм активирует второй режим с выходным током 10 мкА с максимальным падением напряжения на испытуемом резисторе 1 и 10 В.
Текущий режим выбирается логическим сигналом на оптроне IC606. Величина же калиброванного тока, в свою очередь, зависит от включенных в цепи ОУ эталонных резисторов и напряжения ИОН. ОУ IC601 и IC602 совместно с половинками сдвоенного оптрона IC605 образуют гальванический изолятор, на вход которого подаётся системное опорное напряжение +-10 В, а выход представляет собой источник тока с силой 0,2 мА, определяемой как отношение размаха опорного напряжения 20 В к сопротивлению резистора R604 100 кОм. Резистор R604 не простой, а специального метрологического типа Vishay VHA512, т.е. металлофольговый, герметизированный, залитый маслом и имеющий типовую нестабильность 2 ppm/10 лет.
Сформированный таким образом ток 0,2 мА является входным для источника тока, управляемого током (ИТУТ), на ОУ IC604. Коэффициент масштабирования силы тока в этом узле численно определяется отношением сопротивления резистора R609 30 кОм и R612 6 кОм (или R611 600 кОм) в зависимости от текущего режима. Вышеуказанные резисторы тоже не обычные, а проволочные метрологические, произведены британской Mann Components (поглощена Vishay в 1983 г.) и имеют герметичное исполнение с заполнением азотом.
Для простоты понимания, идеализированные модели блока в режимах 1 мА и 10 мкА можно представить следующим образом:



Какой вывод из этого можно сделать? ИОН, изолятор, ОУ ИТУТ и ОУ драйвера затворов - всё это инвариантная часть блока ФКТ и одинаково задействуется независимо от выбранного режима. Лишь ключевые транзисторы и токозадающие резисторы R611/R612 имеют чёткое разграничение во влиянии на работу блока ФКТ с различных режимах. Таким образом стратегия локализации аномалии (неисправности) включала минимально необходимую проверку электрических и тепловых режимов инвариантной части блока ФКТ и детальный анализ параметров режимо-зависимых цепей и компонентов.

Как я и предполагал, электрические и тепловые режимы, параметры компонентов инвариантной части оказались в пределах нормы. Ни перегрева, ни смещений нуля ОУ, дрейфа ИОН, сопротивления резисторов, утечки конденсатора (отпаивался), затворов полевых транзисторов (менялись), защитных пикоамперных диодов (отпаивались), деградации CTR оптронов, ухода параметров стабилизаторов питания. Ничего. Никаких зацепок.



В итоге фокус подозрений сместился непосредственно на токозадающий резистор R612. Видимых дефектов на нём нет, сопротивление в пределах допуска 6 кОм+-0,1%. Что тут может пойти не так? Тем более, что для формирования восходящего тренда показаний прибора сопротивление R612 должно уменьшаться! Нет, я ещё понимаю монотонный рост сопротивления, например, в силу коррозионного разрушения мест приварки проволоки к выводам, роста толщины оксидной плёнки и т.п. Но существенное уменьшение сопротивления (в моём понимании) дают лишь механические остаточные напряжения первого рода (точнее, их релаксация) и упорядочение в самом сплаве (т.е. диффузионый, термоактивируемый процесс). И то и другое за 30 с лишним лет старения должно было минимизироваться естественным образом.
Так или иначе, решено заменить R612 на резистор другого типа, с последующей оценкой характера временной нестабильности показаний прибора на мере 10 кОм. Вообще, заменить резистор такого типа и с таким номиналом - задача весьма не тривиальная. Максимально близкое, что было в моём распоряжении - это герметичный металлофольговый С5-61 6,26 кОм 5 ppm/°С. Поскольку этих резисторов было приобретено в большом количестве, удалось отобрать экземпляр с ТКС минус 0,1 ppm/°С при температуре +45°С (в среднем до неё нагревается нутро мультиметра при длительной работе).
Резистор запаян, прибор включен. Осталось ждать...



Ждал я 256 дней. Никаких улучшений за это время не зафиксировано. Скорее наоборот, зафиксировано ухудшение, т.к. скорость дрейфа только увеличилась. Первые 4 месяца можно списать на релаксацию напряжений после пайки резистора, после чего наблюдается излом на графике дрейфа. Хотя скорость его снизилась вдвое, устойчивая линейная регрессия не даёт благоприятного прогноза на будущее

Время для плана Б. Вновь куплены С5-61, самые лучшие из тех, которые вообще можно достать в наше время, 12 кОм 0,005% 5 ppm/°С. Из них выбраны те, которые за время хранения не вышли из поля допуска, и затем подобраны в пару с противоположным по знаку ТКС. Пайка осуществлялась с теплоотводом. Резисторы капризные, и уже при нагреве до +55°C демонстрируют дрейф сопротивления до 10-20 ppm.



В итоге оба резистора получилось разместить достаточно аккуратно на том же посадочном месте:



На этот раз результат не заставил себя ждать долго: предел 90-суточной погрешности (стабильности) по отношению к эталону прибор пролетел за 5 дней, а годовой - менее, чем за месяц. Неудача. Время для плана В.



План В - это учёт путей монтажных утечек. Впервые с этой проблемой столкнулся в самом раннем Solartron 7081 1984 г. выпуска, в котором материал печатной платы в совокупности с маской давали огромные токи утечки на высокоимпедансные входные цепи прибора. Лишь после того, как элементы входной цепи масштабного УПТ были перемонтированы на фторопластовые втулки и соединены проводом во фторопластовом кембрике воздушным монтажом, удалось снизить ток утечки с 330 до 1-2 пА, т.е. более, чем на 2 порядка.



Решиться на такой же шаг было не легко. Однако, поскольку других способов не предвиделось, пришлось всё же пойти на крайние меры:



Результат хирургического вмешательства не мог не порадовать. Практически пройдён тест на 90-суточную стабильность. Наблюдение за прибором в течении года показало, что скорость дрейфа снижается и в целом экспериментальные данные надёжно аппроксимируются степенной функцией с показателем 0,5, т.е. горизонтальной параболой. На момент окончания мониторинга скорость дрейфа на пределах от 0,1 до 10 кОм снизилась до допустимой величины, а на пределах 100 и 1000 кОм достоверно её измерить не удалось ввиду малой величины.



Вот так мимолётный взгляд на показания прибора обернулся довольно необычным исследованием, затянувшимся ровным счётом на 1124 дня.

Вы вручную записываете? Так есть куча прог для записи логов.....

Имел ввиду запись программой. Но сам по себе график без обсчёта цифровых значений не так показателен, шум в цифрах сравнивать проще. Т.е. в идеале нужен график плюс расчёт показателей.
А для анализа графиков нужна ещё и программа для работы с ними. Кроме установки программ ещё требуется научиться ими пользоваться.

- я, например, с графиками не работаю, поэтому таких программы не установлено, т.е. у меня ещё возникает "цена вхождения" в данный способ измерений.

В данном случае предложил вариант наименее затратного на мой взгляд замера показателей для экспресс-оценки шума 34401A, т.е. только с помощью его возможностей, без подключения к ПК, установки и освоения дополнительных программ. А если измерять шум тока, то и заглушка для закорачивания терминалов не нужна.

Мне не хватало значений подобных измерений на других 34401A, чтобы понять, всё ли хорошо с моим. Кстати, из-за случайно получившегося сравнения показаний при нулевом переменном токе с другими 34401A в одном ТГ-канале ошибочно сделал вывод, что с мой сильно шумит на переменке. А если бы была бы доступна более развёрнутая статистика, в т.ч. и с указанием прошивки, то такой вывод бы не сделал.

Чем проще сделать замер, тем проще его получить от других владельцев 34401A. Т.е. можно ставить в приоритет то, как правильно, а можно - результат, пусть и не идеальный, главное - показательный и сравнимый. Тут каждый сам выбирает, что важнее, мне - результат.
Eщё раз спасибо за статистику! Возможно, кто-нибудь ещё выложит. Тогда тем, кто первый раз будет иметь дело с 34401A, будет легче. Причём, целевая аудитория таких замеров - это не только участники данного форума. Например, даю ссылки на сообщения в ТГ-каналах, когда обсуждаем те же задачи, так удобнее.