Модернизация советских цифровых вольтметров типа В7-хх

[bsw_m]

После лечения УПТ, всерьез занялся шумами АЦП вольтметра.
Собственный шум АЦП составлял около 5ppm p-p (FS), это при отключенном от УПТ и закороченном входе.
Перерыл все составляющие АЦП, но ничего не помогало. Может быть это особенность моих приборов, тут увы не знаю..
Но в итоге шум АЦП удалось побороть, и достаточно просто. Дополнительные электролитические конденсаторы по питанию.


Параллельно обведенным конденсаторам были установлены электролитические 470uF x 25V, так-же были зашунтированы керамикой прямо на выводах все логические микросхемы в АЦП.
Как итог, шум прибора (на базовом диапазоне (20В, 40В FS)) снизился до 0.5ppm p-p (FS), при подключенном входе АЦП на выход УПТ, .
Проект по восстановлению В7-54 хоть и затянулся но все же был успешно доведен до логического завершения. Данный прибор был откалиброван и наконец-то включен в работу. Ранее упоминались проблемы с калибровкой диапазона 200В(а именно нуля), но они ушли после восстановления УПТ.


2-й же экземпляр будет использован для экспериментов, есть еще мысли по доработке, но пока не стану их озвучивать, об этом - чуть позже.
Что в моих доработках 1-го экземпляра прибора можно было бы улучшить - у LTC1150 есть вход синхронизации, его стоило бы использовать для синхронизации чопперов с периодом работы интегратора АЦП.

[Mickle]

Просто удивительно, как легко устранена проблема нестабильности показаний.
Вот ещё хотя бы вдвое быстродействие повысить, прибору цены бы не было!

[bsw_m]

Михаил, вы читаете мои мысли ) Даже этот АЦП можно заставить работать быстрее, правда придется выкинуть всю плату УУМ )
Насчет же нестабильности - не так все просто было, это и прецизионные резисторы и куча других моментов, в том числе и замена некоторых ОУ в АЦП. Тем не менее, последний разряд все равно скачет на +-1, но такое меня уже устроило.

[S.Valeriy]

Добрый день! подскажите пожалуйста по вольтметру В7-22А. насколько хорош прибор, есть ли его смысл восстанавливать? со старта дал прогреться 15 мин, выставил 0, на пределе 20 В врет постоянно на +0,36В. ну и подзаедают кнопки выбора режима. Внутри все заводское.

[TrexREXX]

S.Valeriy писал(а):

Добрый день! подскажите пожалуйста по вольтметру В7-22А. насколько хорош прибор, есть ли его смысл восстанавливать? со старта дал прогреться 15 мин, выставил 0, на пределе 20 В врет постоянно на +0,36В. ну и подзаедают кнопки выбора режима. Внутри все заводское.

Лет 30 назад был мечтой(у меня) Потом долгое время им пользовался, из за отсуствия других.
Сейчас многие китайцы его уделают . А чем калибруете?

[S.Valeriy]

я пользуюсь Fluke112, им как бы и сверял. хотел в гараж\мастерскую что то посерьезнее стационарное. у меня тоже когда то был В7-22, я им был доволен. думаю, может начать с замены конденсаторов в блоке питания. не понимаю почему только на пределе 20В есть погрешность, и не убирается даже если замкнуть между собой щупы.

[Vovk_Z]

Для кнопок есть специальные спреи, если все не совсем стало плохо. Кроме конденсаторов БП - там больше нечего менять.
В7-22а, если исправный - то в два раза (грубо) точнее, чем Fluke 112.

[TrexREXX]

S.Valeriy писал(а):

я пользуюсь Fluke112, им как бы и сверял. хотел в гараж\мастерскую что то посерьезнее стационарное. у меня тоже когда то был В7-22, я им был доволен. думаю, может начать с замены конденсаторов в блоке питания. не понимаю почему только на пределе 20В есть погрешность, и не убирается даже если замкнуть между собой щупы.

Быстренько пробежал

Предел 2 В

Предел 20 В

Предел 200 В

[S.Valeriy]

Спасибо большое за подробный фотоотчет!!! теперь смеюсь над своим постом о сверке Flukom

[bsw_m]

Небольшой отчет по шумам В7-54:
1. До установки дополнительных конденсаторов на питание ОУ интегратора и питание компаратора, шумы прибора составляли до 27е.м.р.
2. После установки: около 10е.м.р.



Но это тоже много, как я писал ранее, цель: 1е.м.р.

Дальнейшие попытки снизить шумы АЦП не увенчались успехом. Любые действия не позволяли снизить шум ниже 10е.м.р p-p. Причем, на обоих вольтметрах (1-й условно рабочий, второй - для экспериментов).
Самое интересное, тут то, что данный шум вкладывается в погрешность вольтметра и наверное даже можно сказать, что прибор исправен. Но болтание младшего разряда меня не устраивает и потому я продолжил поиски, и вероятнее всего нашел источник шумов.

Еще давно я публиковал вот такой замечательный график напряжения на стабилитроне:


Собственно, шум стабилитрона составляет около 0.000025В p-p, как это может повлиять на показания прибора?

По входу АЦП стоит резистор на 75кОм, токозадающий (-Iоп) резистор имеет сопротивление 20кОм.
единица младшего разряда у данного ацп: 10uV.
Ток, который заставить "перескочить единичку" будет составлять 0.00001/75000=0.000000000133А
Насколько же меняется ток от шума стабилитрона: 0.000025/20000=0.00000000125А
Как же это повлияет на показания прибора: 0.00000000125/0.000000000133=9.4
Полученное значение очень хорошо коррелирует с болтанкой младшего разряда данного прибора.
Пока делаю выводы, что для стабилизации младшего разряда нужен менее шумный опорник (самое простое), либо же опорник на значительно бОльшее напряжение и перерасчет схемы прибора. Еще как один из вариантов, учитывая характер болтанки напряжения стабилизации стабилитрона - значительное увеличение времени интегрирования (возможно, до нескольких минут )
P.S. Вообще, в этой выкладке я могу и ошибаться, если так - то пусть меня поправят.

[Mickle]

0.000025 В пик-пик это конечно очень много для 2С108С. В расчёте на 6,45 В стабилитрон получается без малого 4 ppm. Но поскольку АЦП линейно преобразует отношение измеряемого напряжения к опорному, привносимая в результат измерения помеха имеет мультипликативный характер. Т.о. коэффициент вариации результата измерения инвариантен по отношению к источнику возникновения помехи: либо это ИОН шумит с относительным размахом 4 ppm, либо измеряемый сигнал на те же 4 ppm в той же полосе - различить невозможно. Так что если 10 е.м.р. получены с замкнутым входом - маловероятно, что виноват в этом стабилитрон. Тем более, что одной лишь блокировкой цепей питания удалось так существенно снизить шум.

P.S. Если всё же интересно вывести стабилитрон на чистую воду, напишите в л/с почтовый адрес, я пришлю два 2С108С: один с огромным шумом 8-16 мкВ и телеграфной компонентой, а второй - нормальный, с шумом 3-4 мкВ п-п в полосе 0,1-10 Гц.

[bsw_m]

Михаил, спасибо за ваше предложение, ответил в лс.

Так-же решил поделиться некоторыми наблюдениями и мыслями:

1. Проверка "в лоб" и без особых измерений, на плате второго неисправного вольтметра: АЦП без каких либо доработок, запущена программа поиска экстремумов за 3 часа, диапазон - 71е.м.р. То же самое, но параллельно стабилитрону включен Low ESR конденсатор 1800uF, диапазон - 17е.м.р.
2. Уже к цифровой плате неисправного вольтметра подключена макетка с STM32 на борту(дабы исключить ошибки с цифрой), на нее заведены тактовый импульс и сигналы счет+ и счет-, результат по шумам тот-же, что показывает и сам вольтметр. Были перепроверены все задержки и прежде всего джиттер при передаче к/от аналоговой плате - тут все ок.

Относительно дальнейших планов:

1. Доработанный УПТ имеет некоторые недостатки - а именно, достаточно большой уровень инъекции от чоппер ОУ, как следствие, несколько повышенная нестабильность показаний на пределе 200мВ. Думаю, этот момент решиться использование входа синхронизации у LTC1150 - новая плата будет опубликована, когда будет готова и пройдет тесты.
2. Попробовать в ИОНиТ, вместо 2С108 установить опору на базе LTZ1000ACH(уже добыта) - будет сделано, после приобретения необходимых резисторов и ОУ.
3. Избавление от родной "цифры" и увеличение частоты счета (не периода работы интегратора) (на данный момент раскапываю работу родного индикатора (точнее соответствие установленного бита зажигаемому сегменту). Реализация работы счетчиков уже готова.

[bsw_m]

Решил, что уже есть некоторый смысл в написании мини-отчета по борьбе с шумами АЦП в одном из моих В7-54 (который сейчас откалиброван и используется, поэтому на нем дальнейшие исследования приостановлены)

Изначальный размах шума в коротком временном интервале - не более 20-и минут(чуть позже будут некоторые пояснения) ~50е.м.р. или 12.5ppm FS.

1. Замена востановленных прецизионных металлофольговых резисторных сборок на новые микропроволочные - без изменений. - установленны назад металлофольговые.
2. Замена ОУ интегратора (544УД1Б -> 544УД1А) - без изменений.
3. Замена компаратора на новый - без изменений
4. Замена всех 140УД14 на новые, отобранные по минимальному напряжению смещения - без изменений
5. Замена транзисторов ключа на новые, отобранные по минимальному току утечки - без изменений
6. Замена керамического конденсатора C49, на пленочный Epcos - без изменений
7. Замена транзисторов VT41-43 на новые - без изменений
8. Замена сборки транзисторов (DA15) 504НТ1 на новую - без изменений
9. Установка "форсирующего" конденсатора на компаратор (как на более новых приборах) - без изменений в шумах, вроде улучшилась линейность АЦП.
10. Дополнительно шунтирование микросхем логики конденсаторами 0.1uF непосредственно на выводы - без изменений
11. Установка дополнительных электролитических конденсаторов, емкостью 470uF на питание ОУ интегратора, и электролитических конденсаторов 100uF на питание компаратора - снижение шума с ~50е.м.р до ~12е.м.р.

Относительно же короткого временного интервала: Дело в том, что может произойти "искусственное" увеличение амплитуды шума из-за работы схемы AutoZerro.
Как это происходит: был 0, потом прибор прыгнул, скажем на -9е.м.р. и в этот момент времени срабатывает AZ, следующее показание будет соответственно +9е.м.р. Амплитуда p-p, искусственно увеличилась до 18е.м.р. p-p.

P.S. На втором приборе, это кстати, одна из причин параллельного основной цифре прикручивания STM32-го и реализации в нем своих счетчиков на таймере и математики.

[ub9///]

а прошивка от 54 го к 53/1 подойдет?

Добавлено after 2 minutes 13 seconds:
и как жки на в7-53 заказать частному лицу?

[Mickle]

Прошивка от 54 го к 53/1 не подойдет. Это приборы разных категорий, не совместимые ни программно, ни аппаратно.

[bsw_m]

Мини отчет и дальнейшие мысли:
На 2-й плате хорошо зашунтировал питание интегратора и компаратора электролитическими конденсаторами. Шум ~12е.м.р.
Зашунтировал стабилитрон 3-я конденсаторами 1800uF, шум не изменился.

Не стал дожидаться появления у меня сверхстабильных прецизионных резисторов и собрал опору на LTZ1000 с резисторами С2-23 и ОУ 140УД17.
Понятное дело, что с такой обвязкой LTZ1000 не обеспечит хорошей долговременной стабильности, но краткосрочная будет достаточна для проверки связи шума в младшем разряде вольтметра В7-54 с шумом стабилитрона. В принципе, как я и предполагал, шум не исчез, более того, он и не изменился. т.е. стабилитрон можно исключить.

Дальнейшие попытки понять причины возникновения шума привели меня снова к компаратору и интегратору, а именно мысль о не очень четком переключение компаратора при пересечении "0".
Так же вызывает некоторые мысли то обстоятельство, что на уменьшение шума повлияло только шунтирование питания интегратора и компаратора. Теоретически этот момент можно проверить 2-я способами:
1. Задать управление АЦП от отдельного генератора, без модуляции и проверить джиттер переключения компаратора, но учитывая схемотехнику В7-54, это несколько усложненная задача.
2. Попробовать включить между интегратором и компаратором дополнительный усилитель, который увеличит скорость нарастания напряжения на входе компаратора на уровнях близких к 0.

На днях проверю с дополнительным усилителем по вышеприведенной схеме. Так как на данный момент хороших иностранных ОУ в наличии нет, применю 544УД2А, которые есть в наличии и должны подойти .

[ava297]

Здраствуйте.
Вопрос к уважаемому TrexREXX или другим форумчанам, у кого есть доступ к вольтметру В7-22А или РВ7-22А.
Что Ваш прибор показывает на диапазонах измерения постоянного и переменного напряжения на пределе "2В" и "0,2В" при свободных разомкнутых щупах?
Вчера заметил (редко пользуюсь этими диапазонами), что на диапазоне "2В" прибор при разомкнутых щупах показывает напряжение около 0,9В. А на диапазоне "0,2В" перегрузку "2000".
Не знаю, это штатный режим работы или неисправность. На других диапазонах измерения напряжения и тока прибор показывает нули или около того. Вольтметр был прогрет около получаса и выставлен на ноль.
С помощью лабораторного блока питания и мультиметра Ц4317М а также точных резисторах МРХ прошелся по режимах измерения постоянного напряжения, тока и сопротивления. Показания с Ц4317М совпали, явных отклонений не заметил. Нет более точного прибора за Ц4317М, чтобы сравнить.
Если это неисправность (какой-то дрейф или утечка тока/напряжения) то толкните, с чего начать поиски.
Родная инструкция и формуляр на прибор есть. Читал инструкцию, ничего интересного не нашел про эту проблему.
Может в инструкциях других, аналогичных вольтметров, есть более полное описание режима работы и поиска неисправностей.

[bsw_m]

Для начала, имеет смысл проверить входной ток прибора, самый простой способ, взять резистор на 1МОм или 10МОм и замкнуть им вход. Считать показания прибора и пересчитать в ток.
Для вашего прибора входной ток должен быть ниже 2нА.
По результатам уже делать вывод о исправности или неисправности прибора.

[TrexREXX]

ava297 писал(а):

Здраствуйте.
Вопрос к уважаемому TrexREXX или другим форумчанам, у кого есть доступ к вольтметру В7-22А или РВ7-22А.
Что Ваш прибор показывает на диапазонах измерения постоянного и переменного напряжения на пределе "2В" и "0,2В" при свободных разомкнутых щупах?
Вчера заметил (редко пользуюсь этими диапазонами), что на диапазоне "2В" прибор при разомкнутых щупах показывает напряжение около 0,9В. А на диапазоне "0,2В" перегрузку "2000".
Не знаю, это штатный режим работы или неисправность. На других диапазонах измерения напряжения и тока прибор показывает нули или около того. Вольтметр был прогрет около получаса и выставлен на ноль.
С помощью лабораторного блока питания и мультиметра Ц4317М а также точных резисторах МРХ прошелся по режимах измерения постоянного напряжения, тока и сопротивления. Показания с Ц4317М совпали, явных отклонений не заметил. Нет более точного прибора за Ц4317М, чтобы сравнить.
Если это неисправность (какой-то дрейф или утечка тока/напряжения) то толкните, с чего начать поиски.
Родная инструкция и формуляр на прибор есть. Читал инструкцию, ничего интересного не нашел про эту проблему.
Может в инструкциях других, аналогичных вольтметров, есть более полное описание режима работы и поиска неисправностей.

Вот!

Это нормально, вход то открыт, а он довольно ВЫСОКООМНЫЙ!!!

Последний раз редактировалось TrexREXX Чт мар 14, 2019 15:10:20, всего редактировалось 2 раз(а).

[ava297]

bsw_m
TrexREXX
Спасибо за совет и помощь!
Буду дома, проведу експеримент с определением входного тока с помощью резистора.