Ремонт и отладка мультиметра Keithley 2001.

xDevs

На сегодня все,

A/D buffer, gains, PDF

Реклама

xDevs

В конце-концов у всех вольт-маняков все дороги ведут в...к LTZ

Так что я решил не петлять, а сразу начать с финиша

Будем превращать Model 2001 в Model 2002 !

Реклама

xDevs

Небольшой, но важный апдейт - калибровка первого K2001 прошла успешно, сегодня получил мультиметр обратно из сервиса Tektroniх.

Последний раз этот экземпляр калибровался на заводе, в 90'тых, поскольку дата last calibration cовпадала с маркированной датой на компонентах

В процессе обсуждения с сервисом, выяснилось пару интересных ньюансов:

* Почти все мои мультиметры имееют смещение около 2V на диапазоне 1000VDC, вероятно какие-то компоненты уплыли за годы. После настройки и калибровки это смещение полностью устранено.
* Прошивка A05 имела проблемы в режиме измерения AC на низких частотах (10 и 20Гц ), и не поддается калибровке. После обновления на версию A08 калибровка завершена успешно.

Отчет по прибывшему состоянию
Отчет после калибровки

Так что, если вдруг кто будет калибровать K2001, мотайте на ус

Теперь есть точка отсчета в всех маньяцствах домашней лаборатории. Буду использвать этот Keithley 2001й и 2400 SMU (который тоже откалибровали неделей раньше в том же лабе) как эталон.
Задача минимум - быстренько собрать пару модулей с LTZ1000 , пока не вышел за пределы 90 дней спецификации.

EDIT: добавил картинку с измерением тока в режиме сопротивления. K2400 - Voltage source режим, K2001 - режим сопротивления 2W.

Также проверил самодиагностику при различных параметрах входной сети, согласно спекам Keithley 2001.

Источник AC - Chroma ATE 61505, local vsense

После калибровки теперь вылетают ошибки 200.1, 200.3 и 401.1 только при низком пороговом напряжении 90 и 180В и частоте 400Гц.
До калибровки, с прошивкой A05 все напряжения (90В, 132В, 180В и 250В) при частотах 50Гц и 400Гц выдавали ошибки (5-6шт разных).

Итоговый результат этого теста.

xDevs

Калибровочные константы кстати можно прочесть через интерфейс GPIB.

Их перечень описан в таблице C-2 2001-905-01G инструкции по калибровке, а команда для чтения - :CAL:PROT:DATA?. Ответ приходит в виде ASCII стролки с 99 числами, разделенными запятыми.
Константы приходят в порядке как в таблице C-2.

Результат запроса на моих метрах номер 7 (калиброванном) и на первом купленном 2001

Уверен, что эти константы хранятся в 24C16 I2C EEPROM распаянной на цифровой плате. Позже прочитаю ее программатором, и посмотрим формат хранения данных.

Кстати, похоже нашел недокументированный режим 8.5 разрядов.

Если сделать следующий запрос, конфигурации измерения VDC, и модифицировать DIG 8 (что соответствует родному 7.5 режиму) на DIG 9 :
:FUNC 'VOLT:DC';:VOLT:DC:NPLC 1.000000E+1;:VOLT:DC:RANG 2.000000E+0;:VOLT:DC:DIG 9;:VOLT:DC:;REF:STAT OFF;:VOLT:DC:AVER:TCON REP;COUN 10;STAT ON;ADV:STAT OFF;
:FORM:ELEM READ;

то получаем 8.5 разрядные результаты. Причем даже если мультиметр перевести в локальное управление с панели, то режим 8.5 сохраняется, при этом в меню количество разрядов отображается как AUTO.

И таки да, я попробовал и ввести DIG 10, но чуда не случилось и получил ошибку ERROR -222, value out of range. Магического 9.5-разрядного мультиметра не вышло

Реклама

Mickle

При внимательном изучении сертификат калибровки больше вопросов оставляет, чем ответов. Я не проверял другие режимы и пределы, а только основной VDC 20 В.
Какая может быть причина того, что после прошивки поправочных коэффициентов на этом пределе наблюдается столь высокая нелинейность, которая не укладывается ни в Reversal Error, ни в Linearity, ни в типичные характеристики АЦП этой серии приборов (< 1 ppm)? Ещё одно недоумение по поводу погрешности измерения тестового напряжения 10 В. Я не знаю точно, сколько времени проходит между командами калибровки и измерения, но явно это не 24 часа, в которые еле-еле вписывается наблюдаемое отклонение.

Реклама

xDevs

А откуда про "АЦП этой серии приборов (< 1 ppm)"? Там же еще много всего между входными клеммами и АЦП находится. Врядли все это добро демонстрирует подобные характеристики.
Может шум измерения, сертификат никакой информации касательно режима работы мультиметра не содержит,
а протокол калибровки не известен. Но даже из сертификата видно, что многие измерения даже не в режиме 7.5 разрядов.
Причем в аналогичном сертификате от 2002 куда больше данных.

Если есть идеи как проверить/измерить - буду рад попробовать.
Сегодня подключил GPIB, собрал лог за два часа. Источник - EDC MV106, 1V на первой декаде, мультиметр в режиме 8.5, 10 NLPC, фильтр AVG(5).
Пик в центре - это я осциллграф включил, он нагрел комнату на 2 градуса. Конечно непонятно кто уплывает, мультиметр или источник.

Думаю как приведу в чувство еще один 2001 - можно будет их вместе подключить и сравнить. Если оба покажут одинаковые результаты, может тогда оценить получится.

Тем временем:

Как и ожидалось, калибровочные данные хранятся в I2C EEPROM на цифровой плате в открытом виде.
Курочить и паять плату не хотел, поэтому слепил из подручного адаптер для программатора TL866.
Но так как I2C с открытым коллектором, то необходимо воспрепятствовать процессору захватить контроль над шиной, что сделало бы работу программатора невозможной.
Решение элементарно - удерживаем RESET на земле при включении, и делаем свое черное дело. На плате и удобный тестовый штырь есть, TP602.

Все выглядело так:

А это прошивка S/N A19956 ROM

Пару минут изучения результата в hex-редакторе:

Значения совпадают с константами прочитанными из запроса :CAL:PROT:DATA? query.
Осталось разобраться с форматом представления данных, и float-ов в hex.

Также есть проверка контрольной суммы, если она не сходится с результатом вычисления - мультиметр ругается и выдает смешные ошибки:

+

Это я даты поредактировал в hex-редакторе...

Реклама

Mickle

А откуда про "АЦП этой серии приборов (< 1 ppm)"? Там же еще много всего между входными клеммами и АЦП находится. Врядли все это добро демонстрирует подобные характеристики. Может шум измерения, сертификат никакой информации касательно режима работы мультиметра не содержит,
а протокол калибровки не известен. Но даже из сертификата видно, что многие измерения даже не в режиме 7.5 разрядов.

6.5, 7.5 или 8.5 разрядов - не столь важно. Имеет значение лишь NPLC и длина вектора выборок в фильтре. Предел 20 В на то и называется базовым, поскольку в этом случае нормирование сигнала для АЦП либо не выполняется, либо минимально. Указанная в спеках 2001 Linearity<1 ppm актуальна и для большинства мультиметров с multislope ADC. Даже в 34401A эта величина составляет ~0,3 ppm и лишь в самых ранних квази-6,5-разрядных мультиметрах доходила до 10 ppm от предела.
Шум - вполне вероятно.

P.S. Для сравнения запустил сбор данных со старенького HP 34401A в полевых условиях, так сказать as-is: мультиметр стоит над батареей отопления, полутораметровым кабелем подключен к источнику 1 В - резисторному делителю

Режим 7.5, но т.к. в 34401A установить 10 NPLCx5 нельзя, выставил ближайшие 100 NPLC, т.е. частотный диапазон заужен в 2 раза. Результаты представил в том же масштабе, что и для K2001:

xDevs

Ну на 6.5 разрядов мы этот 1ppm даже не увидим, если я верно понимаю.

Спасибо за сравнение.

Вот за вечер насобирал еще в том же режиме, но на максимальном времени преобразований 10 NLPC. Данные за 5 часов.
Вроде лучше, но всеравно +-1,34 ppm разброс, если я все верно подсчитал.

XLS-данные c NLPC 5, сбор 2 часа
XLS-данные c NLPC 10, сбор 5 часов

Оба этих набора - на пределе 2V, не 20.

Сейчас подключил к НЭ, переключил на 20V предел, оставлю на ночь собирать.

xDevs

Намерял элемент.

Таблица Excel с данными. Ось времени не корректна, данные на самом деле за 5 часов. (между 1:10am и 6am)

+- 22 ppm

Режим работы:

Код: Выделить всё

:FUNC 'VOLT:DC';:VOLT:DC:NPLC 10.000000E+0;:VOLT:DC:RANG 2.000000E+1;:VOLT:DC:DIG 9;:VOLT:DC:REF -1.620000E-6;REF:STAT OFF;:VOLT:DC:AVER:TCON REP;COUN 10;STAT ON;ADV:STAT OFF;:DISPLAY:ENABLE ON;:TRIGGER:DELAY 0.0;
:FORM:ELEM READ;
:READ?

Mickle

Намерял элемент.

Странный масштаб по горизонтали. Если я правильно вычислил, то на каждую точку графика приходится 5,5 секунд. NPLC10x10 даёт время интегрирования 2 сек., тогда остальное - автокоррекция нуля?
Нашёл в своих архивах единственный график, который получен в похожих условиях: нормальный элемент, предел 10 В, время интегрирования 3,2 сек., 7,5 разрядов, автокоррекция нуля каждые 15 мин. Правда это не K2001, а Солартрон 7081.

P.S. Предлагаю определить шумовую дорожку на пределе 20 В с замкнутым накоротко входом.

xDevs

Это потому что я в LabView забыл, как привязать график и реальному времени. Поэтому в графике по горизонтали просто
количество отсчетов, а время я писал, т.к. знал когда начал запись и когда остановил.
По времени интегирования, согласно манулу - в режиме с синхронной коррекцией нуля мультиметр проводит три измерения
на каждый триггер, измеряет входную величину, затем корректирует смещение, затем gain.

Правда это я из манула на 2002-й прочитал, ибо сейчас его изучаю. Да, купил таки 2002-й с ибея.

xDevs

Полечил второй мультиметр, проходит самодиагностику без единой ошибки теперь

Завтра опубликую статейку с фотками..

Теперь надо решить вопрос с калибровкой, ибо в этом экземпляре отсутствовали LM399, LTC1043 и другие ключевые компоненты, поэтому пришлось заменить новыми из Digikey.
С измерением 1.00000V от стандарта EDC мультиметр выдал негодные 0.986V

Завтра также опубликую полные схемы 2001, наконец-то

otus

Можно поздравить с победой!
Титанический труд всё таки

Схемы
http://keithley.reprocenter.com/2001-M- ... 902-06.pdf
http://keithley.reprocenter.com/2001-M- ... 902-07.pdf

xDevs

Так сказать официально..

Пользователь с EEVBlog macboy изначально нашел Keithley 2001M (военное исполнение) на ибее вчера, с фотографиями мануалов "schematics addentum for repair manual", ну а дальше было дело техники задать эти кейворды в гугл с ключем filetype:pdf, что в итоге и привело к этой страничке.

Забавно, что продавец быстренько лавку прикрыл и лот с продажи снял

2001M у продавка также с версией прошивки B17, в то время как последняя в наших закромах - B15.

Выкачал мануалы и перешарил у себя на сервере, а то кто знает сколько дней проживут исходные ссылки. В кеше гугла были ссылки и на документы к 26xx SMU (но не схемы) а на самой страничке уже их нет.

Model 2001 Multimeter, Calibration Manual, 2001-M-905-01 Rev. H / Mar 2011
Model 2001 Multimeter, Repair Manual Addendum Schematics part 2, 2001-902-07 Rev. C / March 2011
Model 2001 Multimeter, Operator's Manual, 2001-M-900-01 Rev. K / March 2011
Model 2001 Multimeter, Repair Manual Addendum Schematics part 1, 2001-902-06 Rev. C / March 2011
Model 2001 Multimeter, Repair Manual Addendum, 2001-902-05 Rev. C / March 2011

xDevs

Залечил еще одного пациента

До

После

Заменены конденсаторы и лавинные диоды , CR514,CR513 стабилитроны.
Плата отмыта от какашек, прогорелые дорожки восстановлены проводами.

Отпаял U505, U507, U508, U509, помыл их и плату под ними, впаял обратно все кроме U508. U508 (74HC00) заменил на новую 74F00, смысла проверять копеечную логику нет.

На замену использовал 1000uF x 50V в места C117,C116, вместо родных 1000х35В. Тот же диаметр, но выше.
Непонятно, почему Кeithley поставили конденсаторы 35V в bootstrap источнике выдающем +38..+44 -38 to -44 VDC. В последовательном включении конечно перепада такого там нет, но на холодную старт ведь жестче.

Новые детальки по схеме отмечены синеньким:

Диагностика без проблем

Контрольные замеры:

1.00028VDC от 2400, результат измерения 0.99029 VDC. Нехорошо.

10V из стандарта EDC MV106, результат 9.89829 VDC. Даа, надо калиброваться

kada

xDevs писал(а): Пользователь с EEVBlog macboy изначально нашел Keithley 2001M (военное исполнение) на ибее вчера, с фотографиями мануалов "schematics addentum for repair manual", ну а дальше было дело техники задать эти кейворды в гугл с ключем filetype:pdf, что в итоге и привело к этой страничке.

Уважаемый xDevs. Снимаю шляпу перед истинным Keithley-поклонителем

Наткнувшись на ваши темы на eevblog и на этом форуме решил обновить свой парк измерительных приборов. Изучив цены на ибее, покупать Keithley как то отбило желание . Поэтому прикупил сначала мультиметр HP 34401 снятый с рабочей лаборатории и периодически калибруемый ранее. Очень доволен покупкой. Но сегодня также прикупил ранее упомянутый вами Keithley 2001. Теперь вот мучают сомнения не поторопился ли я, т.к. продаван обрадовал солидным списком ошибок по результатам самотестирования:

Спойлер

200.1 A/D
200.3 A/D
200.4 A/D
200.5 A/D
200.6 A/D
200.7 A/D
201.2 TEST CAL
201.3 TEST CAL
300.1 A/D
300.2 A/D
302.2 OHMS PROTECT
303.2 INPUT PROTECT
304.2 OHMS
304.3 OHMS
304.4 OHMS
304.5 OHMS
304.6 OHMS
304.7 OHMS
305.2 INPUT 100
307.2 CAL
307.3 CAL
308.1 4 DIGIT
309.1 AMPS
309.2 AMPS
309.5 AMPS
309.6 AMPS
310.1 AMPS PROTECT
400.1 DAC
400.2 DAC
400.4 DAC
400.5 DAC
402.1 FREQ
404.1 ABS CKT
404.2 ABS CKT
404.4 ABS CKT
404.2 ABS CKT
407.1 FRONT GND
407.2 FRONT GND
407.3 FRONT GND
408.6 100 TRED CMP
410.1 TRMS
411.1 TRMS FILTER
411.2 TRMS FILTER
412.1 ACA SWITCH

Прибор я получу недели через две где-то. Хотел узнать у Вас, как у человека имеющего огромный опыт восстановления 2001-х, какие примерно неисправности могут быть при таких ошибках? Может быть выдрана плата АЦП или еще что?

Как получу прибор, обязательно считаю и выложу прошивку.
Заранее благодарю.

xDevs

О, поздравляю

А вы который купили, ссылочку не дадите? А то сегодня на ибее ушел тот самый 2001М военного исполнения, благодаря которому нашлись схемы

Судя по диагнозу - отсутствует плата АЦП. У меня одна "лишняя" есть, хотя я ее планировал под эксперименты

По крайней мере если платы АЦП нет - то ошибки именно такие, начинающиеся с 200.1 и далее , ибо мерять то контрольные сигналы некому

Предлагаю кооперацию

У меня осталось два 2001 долечить, 4хх.х ошибки, вместе веселее! А то народ на EEVBlog-е что-то полуживой.

По приезду :
* Делаем фото "as received"
* Снимаем дампы прошивки и калибровочной EEPROMки (24C16)
* Меняем ВСЕ электролиты (на обоих платах, аналоговой и цифровой). Отпаивать осторожно, ибо дорожки тонки и отслаиваются легко от малейшего перегрева.
* При наличии говен и вытекшего электролита - тщательно осматриваем поле боя, тщательно вычищаем (скорее всего придется отпаивать микросхемки вокруг , если растеклось сильно
* Визуально осматриваем все на предмет повреждений. Пальцами по аналоговой плате не возим, в плату не чихаем, и обращаемся осторожно чтобы не испортить гигаомы и наноамперы

* Постим промежуточные результаты в ветку

* Обсуждаем дальнейший план действий

* Если платы АЦП таки нет - подумаю насчет жертв во имя восстановления ценного дивайса

З.ы. надеюсь доедет в целости и сохранности и без проблем на таможне

kada

Спасибо!

Ага, именно его и купил сегодня.

Вот бы узнать еще чем этот военный вариант отличается от обычных. Я так понял это что-то вроде нашей 5-й приемки - более жесткие требования к отсеиванию компонентов и т.п. Надеюсь нет кардинальных отличий от обычных, а то шансы оживить его сильно уменьшатся.

Спасибо за предложение, с удовольствием помогу чем смогу с лечением наших пациентов

При получении обязательно пройдусь по всем пунктам.
Ах как руки чешутся...

xDevs

Супер

Меняемся значит

680$ солидная сумма, даже для рабочего прибора, не ожидал что в нем АЦП нет. Хотя может банально со слота вылезла

А если серъезно - вдвойне приятно, когда достойное железо находит небезразличных людей.
Схема как раз от 2001М, различий нет (но 100% гарантий не дам, никогда фото кишков -М варианта не видел). Прошивка другая, у KI была заметка именно для 2001M B16 касательно дополнительного режима ACV со средним RMS. Ну и может дополнительные режимы в меню для частоты сети 400Гц, если память одного из авторов прошивки 2001 не подводит

Интересно попробовать прошивку на "обычном" 2001.

Я ожидаю более новую ревизию аналоговой платы , судя по серийному номеру прибора, резисторный делитель R394 слегка другие в более свежих приборах и дополнительная оптопара зачем-то. Заодно будет повод дорисовать схему и внести изменения более свежих плат в схему. В кетлевской схеме черт ногу сломит..

kada

Продавец сделал фото прибора со снятой верхней крышкой. Плата АЦП на месте. Фото низкого разрешения, деталей не видно.