Любительский калибратор напряжения переменного тока

[Mickle]

Хочу поделиться с уважаемыми котами некоторыми соображениями, касающимися разработки в любительских условиях источника калиброванных напряжений (ИКН) переменного тока.

Хорошо известно, что при разработке, ремонте и настройке измерительных приборов, в частности мультиметров, иногда приходится использовать источники калиброванных напряжений, токов и сопротивлений. Если идёт речь о постоянном токе, проблема решается достаточно просто с помощью прецизионных ИОН и резисторов, богатый ассортимент и ценовая доступность которых позволяют с минимальными затратами получить "домашние эталоны" под любые нужды.
Всё становится гораздо сложнее при переходе в область переменного тока. Готовых интегральных ИОН в этой области нет и ожидать не приходится. Промышленные калибраторы и мультиметры, хотя и имеют метрологические характеристики на переменном токе на 1-2 порядка хуже, чем на постоянном, на столько же порядков сложнее и дороже. Разумеется, существует вторичный рынок приборов и можно купить скажем старый советский калибратор В1-9 или какой-нибудь из зарубежных. Но для первого случая рядом должен быть кран или погрузчик, чтобы тягать 130 килограммовую тару по квартире. Для второго нужно запастись терпением и ждать, когда же на ebay и т.п. появится подходящее предложение. Конечно есть и третий вариант - собрать ИКН самостоятельно. Этим я и решил заняться.
Не вдаваясь в подробности хочу заметить, что схемотехника широкодиапазонных AC калибраторов весьма разнообразна, начиная с примитивных приборов на базе индуктивных операционных делителей и заканчивая настоящими монстрами от Datron/Wavetek и Fluke. Впрочем, разнообразная - это ещё не значит, что доступная для повторения на любительском уровне. Поэтому в качестве первого ограничения я выбрал себестоимость разработки, скажем, 3000 руб. Остальные ограничения связаны с технической характеристикой ИКН:
- диапазон частот от 100 Гц до 1 МГц,
- диапазон воспроизводения напряжения от 1 мкВ до 10 В СКЗ с декадным шагом,
- нелинейность АЧХ на пределах 1 и 10 В должна быть сопоставима или лучше, чем взятого за образец мультиметра В7-78/1,
- краткосрочная нестабильность СКЗ напряжения не более 0,02% на пределах 1 и 10 В.
В основу ИКН я положил старую как мир структуру вычисляемой (рассчитываемой) меры напряжения [1-3]. В презентации [1] она очень красочно расписана, так что повторяться не стану.

Блок-схема начальной версии ИКН:


Полностью реализовать замысел к сожалению не получилось. У имевшихся в наличии чипов DDS AD9833 элементарно не выведен наружу сигнал управления током ЦАПа. Так что принципиальная схема вышла куда проще, чем планировал, по причине отсутствия ЦАП обратной связи для регулировки выходного напряжения DDS. Но в целом конструкция работает, требуемые характеристики обеспечивает и даже получила собственное название AC-Cal Lite, по аналогии с предыдущими разработками.

Фотосессия разработки :







Результаты применения калибратора:


Литература:
1. The Solutions : Calculable AC Voltage Reference https://www.ncsli.org/c/f/p13/REG_2013.PRE.1147.1876.ppt
2. Digitally Generated AC Reference Source http://www.transmille.net/Presentations/AC%20Reference/Digital%20AC%20Source.pdf
3. Guildline Model 7410 AC Voltage Reference http://www.guildline.com/Datasheet/Guildline7410Datasheet.pdf
4. Sine Wave Generation Techniques http://my.ece.ucsb.edu/York/Bobsclass/2C/Tutorials/App%20notes/an-263.pdf

Вложения

Схемы.pdf

(153.8 KiB) Скачиваний: 569

Последний раз редактировалось Mickle Пт мар 18, 2016 06:29:44, всего редактировалось 1 раз.

[xDevs]

Как всегда, красота. Продаваться тоже будет?
Пару вопросов.
1. Аналогичный дизайн для генерирования 200В(RMS) потребует лишь каскада на +/-500В с соответствующими транзисторами или нужны изоляция и другие ухищрения?
2. Разве DDS достаточно для получения качественного сигнала без шума и искажений?
3. Может вкратце приведете анализ приемов в калибраторах, так сказать для ориентиру?

Спрашиваю отчасти из практического интереса изза необходимости получения 200В по переменке для калибровки K2001/2002, а выход HP 3245 только 100В, вот и думаю как бы усилить до 200-250ти.

[Mickle]

Спойлер

Эта коробочка не есть законченное устройство, и тем более делалось не для продажи. Это лишь опробование идеи, которой я и делюсь с форумчанами. Ни продолжать, ни развивать я её не буду.
Задумал я этот ИКН по причине того, что в моём домашнем уголке отсутствуют функциональные генераторы как класс, не говоря об AC калибраторах. Когда-то я присмотрел на сайте Приста один из бюджетных генераторов АКИП, но купил вместо него вольтметр В7-78/1. Сейчас цены улетели в потолок, а семейный бюджет вместе с моей совестью такие расходы не позволяют.

1. Не знаю, не думал над этим. Когда в семье маленький ребёнок, все мысли о чём-то, превышающим 10-20 вольт, уничтожаются на подходе
2. Настроить RMS конвертер какого-нибудь китайского карманного тестера - достаточно. Больше в кустарных условиях, пожалуй, и не нужно.
3. Кому нужны эти дебри на любительском форуме? Для начинающих в списке литературы я привёл апнот по схемотехнике генераторов синусоиды. А рассуждать о всяких синтезаторах псевдоквазисинусоиды, тепловых конверторах, широкополосных термостатированных выпрямителях и иже с ними - ИМХО пустая трата своего и чужого времени.

Последний раз редактировалось Mickle Чт мар 17, 2016 22:19:29, всего редактировалось 1 раз.

[MagicianT]

А схема точно та, а то у меня глаз замылился, не могу найти где измеряется амплитуда выхода.

[Mickle]

Амплитуда измеряется только на выходе DDS. Последующие масштабирующие усилители имеют нормированный, стабильный во времени и по температуре Ку.

[otus]

Ммхаил как всегда молодца!
Сколько часов в ваших сутках ?
"Фентилятор" задувает выходной каскад,
и какова нагрузочная способность ?
Схема не очень хорошо читаема (софт наверно такой),
приходится включать интуицию ,с точками на соединениях
комфортнее как мне кажется.
Если остальное (файлы) будет,народ думаю будет собирать
и проверять все свои и ламповые, и стрелочные и ещё какие
вольтметры и приборы.

[Mickle]

Схема выходного каскада практически полностью заимствована из промышленного калибратора. Ток до 50 мА, если память не изменяет. PDF поправил, теперь точки видны невооружённым взглядом
Файлы проекта не выкладываю не потому, что жадный, а потому, что повторять эту конструкцию 1 в 1 ну никак нельзя. Это просто макет, собранный из подручных и подножных компонентов. В нём много чего не хватает и наоборот, есть что убавить.

Вложения

P-CAD EDA - [Diagrams].pdf

Схемы

(153.8 KiB) Скачиваний: 468

[haker_fox]

3. Кому нужны эти дебри на любительском форуме?.

Благодаря интересным материалам, выкладываемым вам Mickle, уважаемым xDevs, и многими другими уважаемыми участниками, это форум уже давно не любительский

[Mickle]

Хорошо-хорошо, убедили, не любительский

[EW1UA]

в качестве первого ограничения я выбрал себестоимость разработки, скажем, 3000 руб.

Это около 42$ или 38€, насколько я понимаю.

[Mickle]

Весь проект здесь: https://drive.google.com/open?id=1mMU1C ... F0RH4AJzSF
В текущей версии макета калибратора и его прошивки не задействованы: режим самокалибровки, АЦП с буферным ОУ, реле Autocal, датчик температуры термостата, последовательный интерфейс и дистанционное управление прибором.

[SashaN123]

Проще параллельно калибруемому тестеру подключить другой уже откалиброванный тестер и подогнать показания калибруемого к откалиброванному.

[uncle_sem]

для этого нужно иметь во-первых откалиброванный тестер и во-вторых всё равно нужен стабильный эталонный сигнал. пробовал воткнуть в одну розетку три тестера? там вакханалия... я пробовал. купил три панельных вольтметра, запараллелил, туда же "эталонный тестер", и погнали сводить показания к общему знаменателю. ага, щаз. напруга-то скачет в сети, а измеряют они все нифига не одновременно, и там такооое...

[SashaN123]

Так нужен просто стабильный источник напряжения, а не эталонный.

[Mickle]

У мультиметров погрешность нормирована до 1 МГц, но на частотах свыше 200 кГц коридор ошибок неумолимо расширяется. Так что даже при наличии 3-х монструозного вида приборов АЧХ калибратора в ВЧ области можно только грубо оценить.
Для сравнения, на фоне RMS преобразователей использованных мультиметров мой калибратор выглядит как телега против внедорожника

[balagan]

Mickle надо отметить - вы лучший и самый увлеченный из радиокотов!

Но задачи по калибровке по переменному напряжению можно решить проще - используя генератор НЧ - например до 10В и до 10МГц!

Используйте амплитудный детектор на ОУ при синусоидальном сигнале!

Это вас при грамотном подходе (не забывайте о теории )- точно не подведет!

Тем более что даже например между промышленными АКТАТОКАМИ и АДЖИЛЕНТАМИ и даже последними Keysight есть расхождения по переменке(и между собой -тоже)!

Главное - думайте как сделать калибровку проще и достовернее!