Методика калибровки мультиметров

[Evgeny1]

могли уже воздуха насосать

[TEKTRON]

Спойлер

http://www.ebay.com/itm/Agilent-Keysight-HP-3458A-Std-Ref-Board-Multimeter-PCA-03458-66509-/321638404301?pt=LH_DefaultDomain_0&hash=item4ae32490cd

[Mickle]

Ранее я описывал две конструкции мер напряжения, в которых классический термостатированный ИОН LM399 помещён в сосуд Дьюара для снижения тока подогревателя и повышения долговременной стабильности выходного напряжения меры (http://radiokot.ru/forum/viewtopic.php?p=1990276#p1990276). Но почему бы не пойти дальше и вовсе отказаться от встроенного в этот ИОН термостата? Тем более, что чипы LM199/299/399 свободно продаются на ebay по весьма демократичным ценам, в отличие от тех же LTZ1000.
Сказано - сделано. На эксперимент был пущен последний из оставшихся у меня LM399H, с которым когда-то случилось несчастье: вышел из строя подогреватель. Схема получилась простая, если не сказать примитивная:



Что касается конструкции, тут всё ещё проще. Датчик температуры (пластмассовый КТ3102) обильно смазан термопастой и помещён вместе с чипом ИОН в латунную трубочку от резистора С5-5-1Вт. С торцов трубочка заглушена пластмассовыми пробками с отверстиями под выводы компонентов. Снаружи выполнена обмотка подогревателя из сложенного вдвое тонкого манганинового провода. Витки обмазаны термопастой и весь этот узел обтянут термоусадкой. В качестве корпуса термостата использован корпус электролитического конденсатора с текстолитовой крышечкой. Теплоизолятором служит обычный пенопласт.
Критичных компонентов в схеме почти нет. Выводные резисторы можно заменить на С2-29В, в том числе и применённую мной сборку КМ308НР1. Сдвоенный операционный усилитель можно заменить на 2 шт. КР140УД17. Одно только исключение - резисторы R4,R5 и R8, задающие температуру статирования. Чем стабильнее отношение их сопротивления, тем лучше. К примеру, при суммарном сопротивлении R4+R5=21,7 кОм рабочая температура термостата составила 49,5 градуса. При сопротивлении в 30 кОм температура поднялась до 86 градусов.

Что получилось в конечном итоге:
Выход на рабочий режим за 2.5 минуты.
НЧ шум (0,1=10 Гц) 2,6 мкВ.
ТКН без термостата 76-100 ppm/C.
ТКН с термостатом -0.25 ppm/C.
Потребляемый ток 50 мА при напряжении питания 12 В.
Напряжение на нагревателе 6-7 В.

Как видно, КПД всего 50% и рациональней было бы расположить регулирующий транзистор тоже внутри термостата. Это примерно вдвое снизило бы потребляемый устройством ток. Но в принципе схема вполне работоспособна и даже повторяема.

[Леонид Иванович]

Интересно, а как будет обстоять дело с долговременной стабильностью у датчика температуры на транзисторе?

[Mickle]

На этот вопрос смогу ответить не раньше, чем через 1000 часов.

[TEKTRON]

Гложет любопытство, а как себя показал бы в этой схеме какой-нибудь Д818Е или КС191Ж в сравнении с полуживой LMx99H?
Т.е. если лишить ЛМ-ку преимушества единокристалльного термостата, так ли он будет недосягаем для, так сказать, не самых худших отечественных образцов?
Опять же, наличие термоизоляции между кристаллом и корпусом у ЛМ-ки преимуществом при внешнем термостатировании уже считаться не должно...

[Mickle]

На мой взгляд термостатировать Д818 или КС191 бесперспективно, т.к. по стабильности и НЧ шуму эти стабилитроны уступают большей части современных интегральных ИОН.
Даже в LM399 я уже не так уверен. Дело в том, что у этих чипов экстремум функции ТКН локализован в области высоких температур, в непосредственной близости от температуры статирования 90-95 С. Вне этой области ТКН меняется по квадратичному закону и при комнатной температуре может достигать величины в несколько десяткой ppm/C. По этой причине более высокие требования предъявляются к стабильности рабочей точки внешнего термостата. И если на стабильность уставки регулятора температуры можно повлиять выбором ОУ и резисторов, то на стабильность Uбэ применённого мной датчика температуры повлиять никак нельзя. И даже порядок её величины мне пока не известен.
В целом, сравнивая прецизионные стабилитроны и LM399 (без подогревателя) в качестве объекта термостатирования, можно выявить два существенных отличия: 1) LM399 имеет на порядок больший ТКН (20-50 против 5 ppm/C) и, следовательно, более чувствителен к характеристикам термостата. 2) LM399 имеет на порядок меньшее дифференциальное сопротивление, что снижает требования к источнику тока.

Пару слов о вышеприведенной схеме. R11 обеспечивает начальный ток смещения в момент запуска стабилизатора и позволяет использовать в схеме практически любой ОУ, в том числе и не R-R по входу и с инверсией фазы вблизи шин питания. Удивление вызывает тот факт, что в родственной ветке про LM399 на форуме eevblog все участники хором рекомендуют исключить этот резистор, дескать и без обоснования понятно, что он является дестабилизирующим фактором. Надеюсь, что подобные глупости никого не введут в заблуждение. Даже в самом худшем случае, когда дифф. сопротивление LM399 составляет 1,5 Ом, а выходное сопротивление ОУ в диапазоне от 0 до 10 Гц порядка 1 мОм, вклад R11 просто ничтожен и находится далеко за пределами погрешности выходного напряжения меры от влияния прочих факторов.
На что действительно необходимо обратить внимание, так это на номинал резистора ООС R3. Этот резистор фактически определяет Ку усилителя ошибки DA1.1 пропорционального регулятора температуры. Его номинал придётся подбирать для каждой конкретной конструкции термостата, точнее, в зависимости от постоянной времени последнего. При уменьшении номинала увеличивается статическая погрешность температуры статирования. К примеру, для моей конструкции уменьшение R3 с 4,3 до 1 МОм приводит к изменению ТКН меры с 0,25 до 1,5 ppm/C. С другой стороны, чрезмерное увеличение R3 (повышение Ку) рано или поздно приведёт к тому, что поменяется режим регулирования термостата с пропорционального на позиционный. Последнее наглядно проявляется в периодическом скачкообразном изменении потребляемого тока в процессе работы термостата. Разумеется о минимизации НЧ шумов меры в этом случае можно забыть.

[Леонид Иванович]

на стабильность Uбэ применённого мной датчика температуры повлиять никак нельзя. И даже порядок её величины мне пока не известен.

Для подобных применений я поглядываю на датчики температуры HEL-700, вот только цена не радует.

На что действительно необходимо обратить внимание, так это на номинал резистора ООС R3.

Само наличие этого резистора является в корне неправильным. В регуляторе должно быть честное интегральное звено, которое будет сводить статическую ошибку к нулю. На одном ОУ реализуется ПИ-регулятор. Другое дело - обеспечение устойчивости и нужной переходной характеристики, тут потребуется подобрать коэффициенты, записывая лог напряжения с датчика температуры в процессе установления.

[Mickle]

ИМХО, было бы ошибочно усложнять конструкцию регулятора только ради устранения статической ошибки. В текущей конструкции она мала настолько, что измерить её величину без 6-ти значного мультиметра весьма затруднительно. Именно поэтому я уже на этапе эскизного проекта от ПИ отказался в угоду простоте. В принципе, если не требуется краткосрочная стабильность, а более важен КПД (например, при батарейном питании ИОН), то регулятор вообще можно перевести в двухпозиционный режим, разорвав ООС.

[Леонид Иванович]

Да какое там усложнение? Включить резистор с конденсатором в ОС последовательно, вместо параллельного соединения?

[Mickle]

Так в этом и есть усложнение, пусть не конструктивное, а методическое.

[otus]

Михаил,результаты в марте ждать ?

[Mickle]

А может не стоит? Всё же это частный случай: взятый наугад из коробки транзистор, какой-то подгорелый стабилитрон с подозрительными характеристиками... Даже если я соберу стенд, буду методично проводить измерения и получу, скажем, интенсивность дрейфа в 20 ppm/sqrt(kHr), то после всей этой котовасии можно лишь вздохнуть и пожать плечами

[otus]

Почему же,думаю стоит.Любой наглядный практический исход
очень поучителен.Так что не стесняйтесь.
А как дела в направлении - калибратор ?

[Mickle]

Хорошо, если раздобуду лишний блок питания, оставлю платку ИОН до весны где-нибудь в укромном месте.
Калибратор процессов, к счастью, городить не понадобилось. Поменяли в установке АЦП с самопального на свежеприобретённый промышленный, не требующий никаких настроек и подстроек. Так что AD5791 заброшена далеко и надолго.

[xDevs]

В небольшом полку 7 1/2-разрядников прибавление, в соответствии с современной модой на свистелки и моргалки интуитивные интерфейсы,
Keithley DMM7510. 4K$, 1MSPS

Из интересностей - заявлена автокалибровка, 32-бит АЦП. Было бы весьма интересно препарировать сий дивайс, есть желающие?

[Леонид Иванович]

Дизайн передней панели очень слабенький. Наверное, молодое поколение делало.

[SecreT UseR]

Извиняюсь что встреваю в ваш разговор со своими не прецизионными вопросами, но думаю лучше всего спросить здесь.
Собираюсь строить пробник для измерения шумов в широкой,и не очень, полосе. Основная задача конечно же первый каскад усиления. Планирую реализовать его на основе AD797, требуемое усиление 40дб. Информации на эту тему крайне мало, в паре мест предлагают инвертирующий усилитель с Т-мостом. У меня возникли два вопроса, если делать инвертирующий усилитель то изменение внутреннего сопротивления источника шума будет заметно влиять на коэффициент усиления, понижая его, или в реальных условиях это не критично? И второй вопрос, если использовать неинвертирующий усилитель, то главным источником шумов будет входной резистор, который определяет входное сопротивление усилителя, по идеи его шумы должны шунтироваться через разделительный конденсатор низким сопротивлением источника, можно ли использовать этот эффект и использовать высокоомный резистор и конденсатор малой емкости?
Заранее спасибо.

[Леонид Иванович]

Где-то в этой ветке была готовая конструкция такого усилителя от Mickle.

[otus]

Не так далеко - стр.22