Модернизация советских цифровых вольтметров типа В7-хх

[Кариб]

Кстати, Mickle, ты упомянул что менял операционники интегратора и компаратора, какие ставил, почему.
преобразователем переменки я занимался поскольку сгорела (до меня похоже к аноду 6П44С приблизили случайно. а К553УД1В дифицитны были, сейчас нашёл, починил, просто если вдруг повториться где искать??? Оригинал с которого его лепили (uA709C) нигде не видел давно. А цепями коррекции так не хочется заниматься, давно бы типа OPA 27 но поновее воткнул.
Сегодня окончательно отремонтировал, оказалась DA3 генерила как генератор шума по ножке 9, выпрямитель выпрямлял и получалось 40 МЗР. После замены -U +-0 МЗР вывожу <0>, R 8...9 МРЗ, ~U 1...2 МЗР (на столе разобран вход закорочен).
Руки дойдут и ИОН заменю, к нам почему то иностранные не возят, нащёл только советский интегральный не помню маркировку типа AD584 или 585 на 10В.

[Кариб]

Спасибо, Кариб, на добром слове Смещение нуля на разных режимах измерения неизбежно. Буферный ОУ в АЦП имеет достаточно большой входной ток, а импеданс цепей, которые подключаются ко входу ОУ, разный в каждом из 3-х режимов.

А вот тут вы не совсем правы.
1) В приборе отвратительно разведены земли аналоговая и цифровая, и питание. И самое главное практически нет блокировочных конденсаторов.
2) 3-х точечная схема подключения резисторов доходит до переключателя, т.к. кнопки менять неохота, надо дополнительно реле воткнуть, что бы прибор не мерил сопротивление контактов П2К, перенести на разные контакты токовый и измеряющий провода. У вас на фотке два провода жёлтым цветом. Просто у меня нет дома другого прибора с измерением до 0,01 Ома.
3) Лучше бы балансировку измерителя сопротивлений вывести на отдельную ручку, тогда можно было бы подстраивать сразу под щупы. Тоже надо подумать.

[Mickle]

менял операционники интегратора и компаратора, какие ставил, почему.

Пробовал ради интереса менять буферный ОУ и ОУ интегратора в АЦП, подбирая аналогичные по наименьшему Uсм и Iвх. На фоне других источников погрешностей никакого особого эффекта от замены не увидел. Компаратор заменил полностью со всей обвязкой, т.к. основной моей целью было увеличение разрядности на одну декаду, а скорости нарастания ОУ КР140УД5 уже не хватало.

А вот тут вы не совсем правы.

Не спорю. Я всего лишь хотел обратить Ваше внимание на то, что один лишь входной ток буферного ОУ АЦП в 0,1 нА гарантированно даст смещение нуля в несколько единиц МР при переключении режимов измерения. Конечно, это только одна из причин.
А вот на некоторые другие Ваши замечания вольтметр В7-38, если бы смог , ответил примерно следующее:
1) Шины питания +/- 12 В разведены достаточно грамотно: цифровые узлы отдельно, аналоговые отдельно, соединяются между собой на коммутационном отладочном разъёме. Цифровая земля вообще отсутствует как класс, т.к. низкопотенциальные выводы логических ИС не соединены с общим (аналоговым). Большинство узлов работает в режиме микротоков, узлы АВП и пересчётные декады тактируются всего-навсего 200 кГц.
2) Прибор вовсе не обязан давать точные результаты измерений малых сопротивлений, когда речь идёт о показаниях в единицы МР. С другой стороны, переход на схему Кельвина привёл бы к усложнению конструкции и схемотехники, что для 4,5 декадного вольтметра нецелесообразно. Да что там 4,5, даже 6,5 прецизионные мультиметры "грешат" двухпроводной схемой, как-то В7-84, обсуждавшийся в параллельной ветке.
Впрочем, точку зрения В7-38 я не очень-то и поддерживаю. Поэтому с особым интересом буду ждать вестей о дальнейшей модернизации вольтметра.

[Кариб]

Кончился запал и время, второй прибор найду тогда и продолжу, а этот откалибрую и на стол, не удобно без него.
Да и резистор балансировки омметра не нашёл, потом.

п.с. в справочнике нашёл что К153УД1В (в металле круглый) полная копия К553УД1В, кстати и более предпочтителен, т.к. метал. корпус лучше охлаждается, его легче заземлить. А я что-то не поверил памяти и их не искал.

В 3-х томнике Хоровца Хилла, в 1992г напечатали перевод, видимо оригинал 1987-1989г, так вот в нём uA709C нет даже среди устаревших...

Пока ремонтировал выяснил что "запасной" В7-35 что то не то показывает на всех пределах, им тоже надо будет заняться, а вот на станцию не влияет, хотя в нём импульсный преобразователь питания!!! вот и понимай как хочеш.

[Кариб]

Собрал, измерил Нормальный Элемент, был потрясён, за 15 лет лет без контроля и нескольких ремонтов, замены стабилизаторов, настройка ушла всего 3 МЗР (30мкВ).
Осталось придумать как калибровать измерение переменных напряжений, ну и придётся собрать все точные сопротивления, хотя бы 0,1%.

[Yuri_93]

Какие еще есть варианты для калибровки без использования нормального элемента
один такой элемент стоит как целый вольтметр

[Кариб]

Нормальный элемент по случаю купил за 400р, он 1979г., но вроде рабочий, не тарировал пока и так хватало. А в будущем буду собирать независимый ИОН (на типа LM399 если не безумно дорогие) на батарейках в медном стакане, у друзей откалибрую и по нему и буду тарировать.
Выяснилось что нехватает регулировки +- (+1,0187, -1,0182) при +-0 на замкнутых щупах. 0 выставляется с большим запасом, можно даже уменьшить диаппазон, и применить проволочный переменник на переднюю панель.
1) возможно всё-таки многовато +14,98В (в паспорте 14,5+-10%), придётся убирать LM7915 и ставить LM337 с подстроичником.
2) во время старых ремонтов возможно применил полевик с большим током утечки затвора, выискивать лень.

подстроичник R100 в крайне верхнем положении (аналоговый общий провод), думаю перевесить его на -6В (оно у меня - 5,44В) или +2В (оно у меня +2,32В).
20 Ком не хватает регулировки, да и резисторы не очень надо будет калибровочные С2-29В на 191...198*10^x (х от 0 до какие найду), они по 5-6р.
Можно также поиграть подбирая другие диоды, например которые меньше греются, с большей площадью и соответственно менее шумящие, например КД212А.

Появилась мысль стабилизаторы вынести на проводках на наружный радиатор на заднюю панель, во первых первоначальный дрейф 0 уменьшится, во вторых они стареть медленнее будут. Поменять -6В на интегральный, и ИОН тоже типа LM399

Кстати при замере вольтметром своего ИОН, стоит стабильно уже 15 минут -9,080 В.

Появилась мысль калибровать ~U с помощью компьютера и звуковой платы.

Поставщики, LM399 найти не могут, модет кто знаетподобные ИОН за не очень большие деньги (находил цену LM399 в 2$, или около).

[Mickle]

Калибровка мультиметров в домашних условиях - дело неблагодарное. Универсальных подходов здесь нет, поскольку условия у всех радиолюбителей разные. Для себя лично я решил, что в домашних разработках систематическая погрешность измерения напряжения в 0,1% вполне допустима, важнее обеспечить долговременную стабильность и минимум шумов.
Для периодической проверки состояния моих цифровых "домашних любимцев" я на скорую руку собрал простейший ИОН на базе недорогого REF192E с фильтром на chopper-ОУ AD8551. Получилось как-то так:



При желании можно подобрать интегральный ИОН с малым допуском на начальное выходное напряжение, например, AD588 или MAX6126. При выборе удобно пользоваться обзорной статьёй, написанной моим тёзкой Михаилом Пушкаревым: "Интегральные источники опорного напряжения" http://www.kit-e.ru/articles/elcomp/2007_6_71.php

Кариб, делители корректоров АЦП R98-R100, R15-R16 можно смело пересчитывать, я по крайней мере делал это при необходимости даже не задумываясь. Однако канал стабилизатора "-6 В" для формирования каких-либо коррекций или смещений использовать не рекомендую, т. к. он предназначен для питания электромагнитных реле.
По поводу замены стабилитрона считаю, что лучшее - это враг хорошего. Если не ошибаюсь, штатный стабилитрон в В7-38 обеспечивает 0,02%/1000 часов долговременной стабильности. Типовое значение гораздо лучше. Поэтому "прикручивать" вместо него монстра LM399 - это всё равно, что оснащать молоток оптическим прицелом И не только по этому. ИОН в В7-38 - это не просто стабилитрон, но и резистивный делитель. Если уж менять первого, тогда придётся менять R60, R65, R28, R29, R38, R39 и часть тонкоплёночного делителя Э2. Если этого не сделать, тогда различие в ТКС этих резисторов сведёт на нет всю выгоду от применения прецизионного интегрального ИОН.
Честно говоря, я тоже призадумывался о замене стабилитрона, но даже имея в наличии и LM399H, и сертифицированные стабилитроны кл. 0,005, в т.ч. термостатированные, делать этого не стал по вышеуказанной причине.

P.S. Хочу ещё раз обратить внимание коллег, что АЦП в данном вольтметре является двухдиапазонным. А поэтому требует калибровки на 2-х пределах 0,2 В и 2,0 В.

[Кариб]

Поанализировав схему и описание нашёл, что
1) "элементы схемы С43, R91, МС12-4, МС8-4 предназначены для формирования сигн. упр. корекцией смещения нуля усилителя преобразователя R/U", поставив подстроечник вместо R91 можно попробовать уменьшить 0 на измерении сопротивлений.
2) "формирование сигн. для упр. ключами полярности источника опорного напряжения МС5-2, МС5-3", следовательно что бы сменитьполярность коррекции (+/- R100), необходимо нижний вывод R100 переключть с 9 ножки на 10.

по 1), импульс вполне нормальный где-то 100 мкс, уменьшение увеличение длительности ничего не меняет.

[Borodach]

4) Вместо задающего генератора на 200 кГц подключен внешний на 2 МГц, смонтированный на отдельной плате. Для этого из платы вольтметра выпаяны кварц, конденсаторы C34 и R63; выводы 8 и 9 микросхемы МС6-2 соединены с выводом питания 7, выход генератора подключен к освободившемуся входу 5 МС6-3. Генератор собран на 3-х элементах 2И-НЕ К561ЛА7 по классической схеме с кварцевым резонатором на 2 МГц.

Такая замена не привела к нелинейности измерений на начальном участке, т.е. около ноля...?

[Mickle]

Такая замена не привела к нелинейности измерений на начальном участке, т.е. около ноля...?

Нет, так как циклограмма и тайминги работы аналоговых цепей вольтметра не поменялись. Лишь увеличилось временное разрешение за счёт добавленной пересчётной декады и увеличенной на порядок тактовой частоты. То же самое можно реализовать и без "хирургического" вмешательства, измеряя с помощью внешнего прибора длительность сигнала "Измерительный период", выведенного на диагностический разъём.
Такая гибридная конструкция успешно работала (и работает до сих пор) как одноканальная система сбора данных. Дополнительно на диагностический разъём были выведены код текущего режима и сигнал полярности. Всё это через преобразователь уровней было подключено к параллельному порту ноутбука. Подсчёт длительности цикла измерения выполнялся программно. Точность ограничивалась частотой и латентностью доступа к системному таймеру 82C54. Разрешение был чуть выше, чем то, которое обеспечивали пересчётные декады самого вольтметра. Производительности 386 процессора ноутбука хватало с лихвой (это был самый шикарный ноут, т.к. дело было в 90-х).

[Borodach]

Понял, спасибо, надо попробовать ... .

Вообще, не плохой вольтметр для своего времени, да и считает довольно-таки быстро ... .

[Borodach]

Может у кого имеется лишний входной делитель для постоянного тока - 308НР6

[D-Breez]

Люди, Mickle, у меня вопрос. Если заменить в В7-38 кучу микросхем АЦП на одну типа AD7714 + управляющий контроллер, то будет счастье или нет?
Возможно ли таким способом поднять точность вольтметра да и остальные характеристики улучшить?

[Mickle]

Сомневаюсь в целесообразности, т.к. слишком многое в этом вольтметре завязано на схемы синхронизации АЦП. К тому же точность определяется не только характеристиками АЦП, но и входными преобразователями, делителями, усилителями и т.д.
Хотя, если хочется просто попрактиковаться, тогда конечно стоит попробовать.

[D-Breez]

Mickle, есть потребность изготовить вольтметр постоянного тока. Измеряется только постоянное напряжение с испытуемой схемы. Либо постоянное напряжение с токового шунта, которое пересчитывается затем в величину тока. Время измерения не критично. Хотелось бы изготовить вольтметр возможно более точный и, разумеется, стабильный. Опыта разработки таких устройств zero. Предполагая наличие подводных камней, хотелось бы узнать мнение человека съевшего не один фунт соли в этом деле.

[Mickle]

D-Breez, правильно ли я понимаю, что имеющийся В7-38 чем-то не устраивает? Если так, тогда посмотрите на паспорт этого вольтметра и попробуйте облечь перечисленные Вами требования в числовую форму. Ведь согласитесь, что высказывание "вольтметр возможно более точный и, разумеется, стабильный" каждый будет трактовать по-своему. А когда облик технических характеристик измерителя постепенно проясниться, тогда стоит подумать над тем, как его калибровать/поверять и есть ли для этого соответствующие возможности.

P.S. Раз уж Вы упоминали AD7714, то наверняка видели эту статью "Милливольтметр постоянного тока на AD7714" http://www.radiomaster.net/pdf/izm/izmertec.pdf

[D-Breez]

Дело в том, что вольтметра нет. Я долго подыскивал схему готового измерителя, чтобы взять за основу. Присматриваюсь к AD7714. Выглядит заманчиво, но если бы всё было так просто - зачем такие габариты современных приборов? Вот и нужен совет спеца. А насчёт поверки - это к службе метрологии.

[Mickle]

Вы правы, габариты современных приборов говорят о том, что АЦП в них - лишь малая часть.

[D-Breez]

Да, статья эта мне знакома. В ней рассмотрены общие вопросы измерения постоянного напряжения с помощью AD7714. Много материала взято из datasheet-a на микросхему. Похоже, что измерять нужно с не высокой точностью, да и вообще статья скорее ознакомительная. Ни слова не сказано о входных цепях вольтметра, нет рекомендаций по разводке платы. Хотя в datasheet-e есть несколько моментов, на мой взгляд достаточно важных...