Измеритель малых сопротивлений

[TEKTRON]

[uquote="Andrey_B",url="/forum/viewtopic.php?p=4113625#p4113625"].. связка из двух ОУ имеет входное сопротивление и емкость, которая вносит ошибку в усиление U.[/uquote]Быть может, оттого у него и Fmax=10кГц а не выше?

[uquote="Andrey_B",url="/forum/viewtopic.php?p=4113625#p4113625"]Скомпенсировать эту ошибку без костылей можно, если сделать схему как я исправил. Наверняка у инженеров были причины сделать так, а не иначе.[/uquote]Если имеются в виду изменения, помеченные красным, то в результате из цепи компенсации будут исключены паразитные параметры, как минимум, проводника I' и его разъёма на лицухе. При нехилой разрядности Е7-14, видимо, этим жертвовать не стали...

Глянул в схему - первым в связке поставлен 544УД2А - со входным R и скоростью там всё в порядке. Скорее, ограничивающим частоту фактором стали составные транзисторные ключи (на биполярниках), коммутирующие шунты. А цепи ОС вообще переключаются единственными транзисторами. Не было тогда доступа к ADG-шкам...

[Andrey_B]

[uquote="TEKTRON",url="/forum/viewtopic.php?p=4113667#p4113667"]Если имеются в виду изменения, помеченные красным, то в результате из цепи компенсации будут исключены паразитные параметры, как минимум, проводника I' и его разъёма на лицухе.[/uquote]
Ток с шунтов будет измеряться корректно, напряжение тоже. Потенциал на разъёмах U' и I' будет не идеальным нулём, это да. Но это ведь 4х-проводная схема, там в любом случае будет не точный ноль. Видимо у разработчиков были причины сделать идеальный ноль на контакте I', даже ценой внесения погрешности в канал напряжения.

[strannik2039]

Здравствуйте уважаемые форумчане. Давайте чуть углубимся в схему преобразователя. На входе у нас ОУ с входным резистором 100Ом и резисторами ОС. Что делает эта схема? Правильно, как только на входе появляется напряжение, ОУ через резисторы ОС пытается свести входное напряжение ОУ к 0. Но это же выходное напряжение поступает и на второй ОУ который так же через эталонные резисторы ОС пытается свести входное напряжение всего преобразователя к 0.
Теперь давайте вернёмся к 100Ом резистору на входе первого ОУ. Этот резистор играет роль 0- индикатора, если можно так выразится. Если у нас на проводах I', U' - 0 то и на 100Ом резисторе по входу - 0. Но если у нас там хотя бы пару милливольт, то первый ОУ тут же пытается эти пару милливольт скомпенсировать, но с учётом своей цепи ОС. А за счёт того, что у нас есть последующий каскад на ОУ то вся схема сводит напряжение на 100Ом резисторе к нулю. Тем самым мы получаем на проводах - 0, постоянно отслеживаемый. Поэтому Первый каскад преобразователя и называется - с местной ОС. Его основная задача выбирать остаточное падение напряжения на 100 Ом резисторе с учётом всех цепей коммутации. Если же сделать схему как предлагалось выше, то она не будет чувствовать сопротивление измерительных кабелей, контактов щупов или присоединительного устройства. А так у нас общая ОС усилителя - преобразователя замыкается на входе 100Ом резистора пройдя через кабели и коммутационные аппараты. Такая схема повышает точность и не даёт возбуждения.
Теперь давай рассмотрим случай когда измеряемое сопротивление равно "0". Казалось бы в этом случае, преобразователь должен начать возмущаться и возбуждаться. В обратной связи есть резисторы, по входу -0. Но нет, если посмотреть на выход генератора, то мы видим там 100Ом резистор. Поэтому схема работает устойчиво. Отсюда вытекают требования к ОУ: минимальный входной шум, ток и большой КУ ну и скорость нарастания выходного напряжения.

[Andrey_B]

strannik2039, другими словами, этот усилитель с двумя ОУ делает в точке, куда подключен 100 Омный резистор точный 0. Разработчики Е7-14 выбрали этой точкой U'. Хотя по мне логичней было бы выбрать I', так как усилитель U все равно отвязан по постоянке. И усилитель I имел бы точный 0 на одном из входов. Видимо такое решение разработчиков было связано с измерением напряжения смещения на измеряемой цепи.

Что касается моих исправлений красным. Проводник должен идти не к клемме I', а непосредственно к шунтам, чтобы исключить паразитное сопротивление дорожек.

[strannik2039]

Давайте посмотрим так на схему. Токовая цепь по любому соберётся. Но что мы имеем на потенциальных выводах? Как убрать ошибку в виде падения напряжения на резисторе R?

А так получается, что напряжение обратной связи проходит через провода и разъёмы, замыкается на губках крокодилов ли присоединительного устройства и подаётся на вход 100Ом резистора. В итоге в Проводе U' - нулевой потенциал.

[Andrey_B]

[uquote="strannik2039",url="/forum/viewtopic.php?p=4114059#p4114059"]В итоге в Проводе U' - нулевой потенциал.[/uquote]
Скачал принципиальную схему, разобрался. Действительно с той элементной базой по другому было не обойтись. Это сейчас можно легко программно скомпенсировать все сдвиги и по напряжению и по фазе.

Глянул в схему - первым в связке поставлен 544УД2А - со входным R и скоростью там всё в порядке.

Это D19, он там включен по схеме инвертирующего усилителя, поэтому не смотря на полевики на входе в этом ОУ, входное сопротивление этого усилителя достаточно низкое. Как и входное сопротивление дифф.усилителя U (D12) R245+R244 - всего 11 кОм. Что-бы скомпенсировать этот входной ток и охватили всё такой обратной связью.

В моей схеме микроконтроллер во время калибровки просто "учтёт" входное сопротивление, входную ёмкость, сдвиг усилителей U и I, и будет соответственно корректировать измеряемую величину.

[TEKTRON]

[uquote="strannik2039",url="/forum/viewtopic.php?p=4113942#p4113942"].. вся схема сводит напряжение на 100Ом резисторе к нулю. Тем самым мы получаем на проводах - 0, постоянно отслеживаемый. ...[/uquote]Вот ведь... Похоже, из этого вытекает презанятное следствие
Если вспомнить, что Е7-14 обязан измерять импеданс в широких пределах, а не только малых величин. И, не менее важно, - на переменке.
Высокое сопротивление объекта совместно с ёмкостью пробника неизбежно образуют RC-фильтр, искажающий показания в точке U'. А переменка там должна была бы появиться за счёт падения напряжения на шунтах, если бы не эти два ОУ. Шунт-то может быть 200 Ом, а может и 20 кОм.
Но если в точке U' поддерживается постоянный 0, то значит там нет переменного напряжения, и влияние паразитных ёмкостей снижается.
Так?

Andrey_B, а микроконтроллер такое сможет?

[Andrey_B]

TEKTRON, схема подключения объекта со всеми паразитными параметры по сути - линейная цепь, поэтому сигнал в ней может измениться только по амплитуде и/или фазе. И то и то микроконтроллер сможет учесть. Есть ещё шум и нелинейные искажения, которые вносят усилители. Первое до некоторой степени можно подавить цифровыми методами, со вторым сложнее - для минимизации влияния нужно правильно выбирать элементную базу с соответственной схемой включения.

По изначальной задаче - измерение малых сопротивлений, как тут правильно указали, наибольшие проблемы скорее всего будут с конкретным способом подключения к объекту. Стабилизации нуля по аналогии с Е7-14 в моей схеме не требуется, так как усилитель U полностью симметричен и отвязан по постоянному току. Применённый инструментальный усилитель имеет достаточно широкую полосу и низкий шум. Усилитель I вообще выродился в повторитель, тоже с хорошей полосой и малым шумом.

Я не ставлю задачу перекрыть большой динамический диапазон, достаточна только область 0...5 Ом. Микроконтроллер по измеряемым данным также посчитает и остальные параметры цепи, C, L, Z, tg и др.

[strannik2039]

Здравствуйте. Виртуальный 0 формируется схемой не для того, что бы он там был. Этот 0 получается при работе преобразователя I-U. Чем меньштй потенциал имеет Вход преобразователя, тем точнее он преобразовал ток в напряжение. Отсюда и требование к входному усилителю - минимальный входной ток. Так как если вспомнить законы Кирхгофа, то сумма токов втекаюших в узел равно сумме вытекающих токов из узла. Теперь если мы возьмём узел состоящий из входа ОУ, резистора ОС и входного резистора 100Ом, то в идеале если ОУ не потребляет ток мы имеем Ir = -Ir ос. Таким образом правильным решением будет измерять падение напряжения на резисторе относительно этой точки. Снимать прямо с вывода. В этом и есть суть кельвиновской схемы. Эта схема используется всеми производителями. Если посмотреть на HP4263a то мы увидим практической такой же метод измерения. И не потому, что тогда были плохие комплектующие. Нет. Просто это продуманная и точная аналоговая схемотехника. Которая позволяет работать с любой цифровой частью. Зачем пытаться что-то компенсировать в цифре, если это можно автоматически убрать аналоговой схемотехникой? Вы думаете Е7-14 не компенсирует в цифре ничего? Компенсирует, но ему достаточно тать 2 параметра - холостой ход ХХ и короткое замыкание КЗ. Два крайних состояния.
Вы собираетесь развязать конденсаторами вход усилителя напряжения, но тогда, что у нас получится? В провод с 0 потенциалом Вы ставите конденсатор. Относительно чего ОУ измеряет напряжение? Относительно нулевого потенциала или шумов через конденсатор? Поняв всю физику метода измерения, Вы избавите себя от обилия головной боли.

[Andrey_B]

[uquote="strannik2039",url="/forum/viewtopic.php?p=4114496#p4114496"]Теперь если мы возьмём узел состоящий из входа ОУ, резистора ОС и входного резистора 100Ом, то в идеале если ОУ не потребляет ток мы имеем Ir = -Ir ос.[/uquote]
Если посмотреть на принципиальную схему этих цепей, то видно, что входное сопротивление этих усилителей достаточно низкое, а значит и входные токи значительны. Чтобы их скомпенсировать и огород весь этот нагорожен.
[uquote="strannik2039",url="/forum/viewtopic.php?p=4114496#p4114496"]Таким образом правильным решением будет измерять падение напряжения на резисторе относительно этой точки.[/uquote]
Сейчас элементная база позволяет измерять не относительно какой-то точки, а чётко падение, прямо на резисторе, качественным дифф.усилителем. Естественно это потребует программной компенсации смещения нуля. От аналоговой части требуются минимальные дрейфы смещений, Кус, от температуры и во времени, а так-же минимальный шум.
[uquote="strannik2039",url="/forum/viewtopic.php?p=4114496#p4114496"]Зачем пытаться что-то компенсировать в цифре, если это можно автоматически убрать аналоговой схемотехникой?[/uquote]
Кардинальное упрощение и удешевление узла. Это общая тенденция развития, перенос сущностей из железо-аналоговой части в софтверно-цифровую. В профессиональной технике естественно пытаются от аналоговой части получить максимум возможного, особо не считаясь со сложностью.
[uquote="strannik2039",url="/forum/viewtopic.php?p=4114496#p4114496"]Вы думаете Е7-14 не компенсирует в цифре ничего? Компенсирует, но ему достаточно тать 2 параметра - холостой ход ХХ и короткое замыкание КЗ. Два крайних состояния.[/uquote]
Микроконтроллер будет помнить три: два крайних и точку с калиброванным образцом. Причём значения будут в комплексном виде, т.е. будут нести информацию и об уровне, и о фазе. На каждой частоте. Т.е. учтены будут и Кус усилитей, и их смещения нуля, и сдвиги фаз.
[uquote="strannik2039",url="/forum/viewtopic.php?p=4114496#p4114496"]Вы собираетесь развязать конденсаторами вход усилителя напряжения, но тогда, что у нас получится? В провод с 0 потенциалом Вы ставите конденсатор. Относительно чего ОУ измеряет напряжение? Относительно нулевого потенциала или шумов через конденсатор?[/uquote]
В Е7-14 вход усилителя напряжения тоже отвязан конденсатором. И этот конденсатор неизбежно сдвигает фазу, образуя RC с входным сопротивлением усилителя, и его как-то компенсируют, видимо программно. А если так, какая разница, по одному входу дифф.усилителя будет развязка, или по двум ? Шума это не добавит, а вот полностью симметричный вход точно положительно скажется на линейности усилителя, как раз того параметра который не оправдано сложно компенсировать программно.

[Andrey_B]

Изготовил 4х-проводные щупы.

Пружинные зонды P75-B1 для канала U и швейные иглы для канала I.
В корпусах печатная плата зафиксирована эпоксидной смолой.

Развел печатную плату под корпус Sanhe 20-21 (120x55x31), с оказией закажу.

[TEKTRON]

Отлично сделано!
Сразу видно нехилую производственную базу под рукой.
Приличными щупами обзавелись, на крайний случай, можно будет и иммитансником закупиться. Получить весь диапазон и все виды измерений
(Чувествую себя змеем-искусителем )

[Andrey_B]

[uquote="TEKTRON",url="/forum/viewtopic.php?p=4117731#p4117731"]можно будет и иммитансником закупиться.[/uquote]
Не, у меня интерес состоит в том, что-бы добиться каких-то результатов своими силами.

[Andrey_B]

Платы наконец то пришли.

[Andrey_B]

Смонтировал, теперь прошивка.


Полная принципиальная схема:

[Ruzik]

Отмечусь.

[dantist3]

Раз уж такая работа проделана интересно можно ли сделать чтобы прибор мерил и малые индуктивности, с измерением которых у радиолюбителей также возникают трудности?

[valikow]

Можно уже собирать детальки? Изменений не будет ? Зачем в схеме 12вольт?

[Andrey_B]

dantist3, малые индуктивности тоже будет мерить.

valikow, детальки пока рано собирать, процесс идёт, кое-что уже поменял. 12В нужно для получения большого размаха сигнала с DA2.

[kipigor7]

Вот хорошие щупы-https://www.taobao.com/list/item/10295440833.htm.Таких там много разных вариаций и диаметров.