Модернизация советских цифровых вольтметров типа В7-хх

[bsw_m]

Mickle писал(а):

Не исключаю, что УД14 окажется ни при чём. Вторичный ИОН нагружен на генератор форсирующего сигнала. Но если заменять, то на что-то лучшее по температурному коэффициенту смещения, хотя бы УД17.

Спасибо за ваш комментарий.
Насчет ОУ, в данном случае - не принципиально, так как в любом случае нужно будет заказывать и естественно, было бы лучше поставить более стабильный ОУ. Посмотрю еще иностранного производства, например, от того-же Linear.
Насчет же нагрузки... интересный момент, тут учитывая что АЦП, в принципе работает, могу предположить только проблемы с потреблением какой из логических микросхем - попробую перепроверить это.

Добавлено after 9 hours 28 minutes 34 seconds:
Понаблюдал осциллографом выход вторичного ИОН
1.

2. но бывает и такое:


Также посмотрел питание формирователя форсирующего импульса (после дросселя) - все время присутствует нечто близкое к меандру с амплитудой p-p в 1мВ

Произвел сравнение нескольких контрольных точек со второй платой.
На этой плате скачет все же именно вторичный ИОН, буду пробовать менять ОУ.
На плате же с большим входным током, похоже, все же фоторезисторные оптомодуляторы имеют утечки или дают инъекцию заряда, еще буду перепроверять, но чувствую что ждет меня увлекательное занятие по переделке усилителя вольтметра.

Добавлено after 7 hours 36 minutes 20 seconds:
Провел более глубокое сравнение и анализ.
Вторичный ИОН формирует свое выходное напряжение за счет делителя на сборках резисторов R90 и R91. Соответственно, чтобы получить стабильное выходное напряжение вторичного ИОН, необходимо, чтобы в точке КТ17 было стабильное напряжение. Проверяю, на стабильной плате - все стабильно, прыгает единица младшего разряда, на нестабильной - скачет вплоть до 1.6мВ.
Далее, иду методом исключения:
1. ОУ DA14 уже заменялся ранее.
2. Транзистор VT43, не помню, заменялся ли ранее. Поэтому меняю на заведомо исправный.
3. Проверяю - скачет.
4. Отрезаю от делителя входа ОУ DA11 и DA13, чтобы исключить их влияние.
5. Подаю на точку КТ18 +6.5В, чтобы не нарушать работу первичного ИОН.
6. Проверяю выходное напряжение первичного ИОН на стабильность - стабильно.
7. Проверяю напряжение в точке КТ17 - скачет.
Таким образом, методом исключения прихожу к выводу, что неисправна одна из сборок R90, R91. печально...

Михаил, хотел поинтересоваться, я так понимаю, в данных вольтметрах опторезисторы подбираются парой и если переставлять их с одной платы на другую, то стоит именно парой это делать?

[Alti]

Здравствуйте. Проблема с вольтметром В7-38.
Проблема такая: при измерении сопротивлений показания на индикаторе примерно в 200 раз ниже, чем значения сопротивления.
Куда копать?

зы кроме неисправного есть ещё один такой же рабочий вольтметр.
ззы проблема появилась, когда вольтметром решили померить высокое напряжение, в режиме измерения сопротивления.

[Mickle]

bsw_m, на мой взгляд тоже получается, что основной причиной наверняка является окислившийся контакт в одной из сборок. Хотя ещё есть С39 и С40 типа К10-17, но маловероятно, что у них настолько большая утечка.
Если фоторезисторы оптронов имеют малый технологический разброс параметров, их могли и не подбирать. А вообще несимметричность модулятора - есть источник помехи, эквивалентной входному сигналу, а так же температурного дрейфа.

Alti, проверяйте полевики, ОУ по пути прохождения высокого напряжения в режиме омметра.

Последний раз редактировалось Mickle Пн окт 23, 2017 09:55:51, всего редактировалось 1 раз.

[Alti]

Mickle писал(а):

bsw_m, на мой взгляд тоже получается, что основной причиной наверняка является окислившийся контакт в одной из сборок. Хотя ещё есть С39 и С40 типа К10-17, но маловероятно, что у них настолько большая утечка.

Alti, проверяйте полевики, ОУ по пути прохождения высокого напряжения в режиме омметра.

ОУ DA2 я уже заменил. Также заменил транзисторы VT28, VT29, VT19. Не помогло.
Буду смотреть дальше.

[bsw_m]

Для верности исключил и конденсаторы, но ничего не поменялось. Так что выходит, что резисторные сборки вышли из строя.

[bsw_m]

Решил изучить наборы резисторов, выпаял оба. Заметил, что в одном что-то явно болтается.
Также промерял, могу сказать, что разрешения вольтметра В7-39 не совсем хватает для оценки шумов резисторов.
Разобрал, итоги:
Во всех сборках нарушилось клеевое соединение резистивного элемента и корпуса.
В одном из резисторов, видимо из-за нарушения клеевого соединения и постоянной подвижности был заломан один из проводников идущих к резистивному элементу.
В одном из резисторов была явно некачественная пайка проводников к резистивному элементу.

Сами резистивные элементы стабильны. Выполнены на подложке, напоминающей смесь стекла, цемента и керамики, цвет темный.
Чуть позже постараюсь сделать снимки конструкции.
Так же для себя отметил такой момент: резистивный элемент приклеивается к корпусу не по всей поверхности, а небольшим пятаком по центру, на корпусе присутствует выступ для этого - остальная поверхность резистивного элемента находится в воздухе. Сделано это, как я понимаю, для уменьшения термомеханических напряжений.

Добавлено after 3 hours 35 minutes 26 seconds:
Так как наборы резисторов, как законченная конструкция повыходили из строя. Они были разобраны для изучения.
После я все же не устоял и решил соединить 3 резистора, отвечающих за работу первичного и вторичного ИОН проводами и включить в схему.
Результат не то чтобы был не ожидаем, но все таки немного удивил тем, что если на "стабильной" плате при измерении напряжения вторичного ИОН была нестабильность в примерно 3 единицы последнего (5-го после запятой разряда), то тут даже он стоит как вкопанный.

Понимая, что не в состоянии восстановить данные наборы до такого состояния, чтобы они обеспечивали на 100% свои заявленные параметры, я все же предприму попытку доступного в моих условиях восстановления. Позже отпишу что было сделано как, и какие результаты получены.

Добавлено after 1 hour 8 minutes 13 seconds:
Знакомьтесь, Франкенштейн

Резисторы, задающие работы первичного/вторичного ИОН были наклеены на керамическую подложку, хоть для какого выравнивания их температуры и уменьшения разбаланса в выходных напряжениях первичного и вторичного ИОН.
Резистор, задающий работу источника опорного тока стоит отдельно, как и резистор по входу АЦП.
Предварительные результаты:
1. Ранее при отображении в формате 5.5 была кратковременная нестабильность показаний до 10е.м.р.
2. Сейчас, при отображении в формате 5.5 младший разряд стоит как вкопанный, при отображении в формате 6.5 - нестабильность 1 е.м.р (впрочем, тут скорее всего уже шумит моя мера напряжения).

Выводы, видимо в тот период, когда были выпущены мои вольтметры, были весьма серьезные проблемы на производстве резисторов у объединения "Аякс".
Разобрав 2 сборки могу отметить следующее: пайка очень плохая, в некоторых резисторах оставлены следы канифоли, а некоторые паялись с использованием активного флюса (видны следы солей и окислов).

P.S. Если кому попадет В7-54 выпущенный в период 94-97 года (как мои), и он будет очень странно себя вести, советую попробовать заменить аяксовские сборки хотя бы на дискретные стабильные резисторы, для проверки. При обмере данных сборок при помощи В7-39 были получены стабильные результаты, не вызывавшие подозрений. Тем не менее, проблема была именно в этих резисторах.

Добавлено after 6 hours 14 minutes 24 seconds:
Думаю, уже можно сделать выводы по текущей аналоговой плате.
После сотворения "франкенштейна" из резисторов, предварительного прогрева вольтметра в течение 40 минут и дальнейшего контроля, показания вольтметра как встали на уровне 10.0049 - выходное напряжение моей меры (которое дополнительно контролируется при помощи В7-39), так и не шелохнулись за 5 часов.

Так же ради интереса произвел оценку (измерением это сложно назвать, но тем не менее) ТКС одного из резисторов номиналом 20.00026КОм. Для того чтобы получить однозначно контролируемое изменение сопротивления резистора, его пришлось разогреть до 150градусов и его сопротивление при такой температуре составило 20.00073КОм. Что дает ТКС этих резисторов около +0.2ppm/K. Получается ООО "Аякс" умеет выпекать очень хорошие резисторы, но в те годы подкачала окончательная сборка.
Кстати, при разборке резисторных сборок, внутри на корпусах были цифры, которые точно совпали с последними цифрами измеренного сопротивления (например, резистор, имеющий сопротивление 20000.26Ом, имел надпись 26). Выходит эти резисторы имеют не только очень низкий ТКС, но и отличнейшую временную стабильность (на резисторах значился год выпуска 96-й)

[Mickle]

Т.е. получается, что технология изготовления резистивных элементов почти безупречна, чего не скажешь о технологии их корпусирования.

[bsw_m]

Mickle писал(а):

Т.е. получается, что технология изготовления резистивных элементов почти безупречна, чего не скажешь о технологии их корпусирования.

Получается, что так.
Но все же, думаю, что в те годы имелись проблемы именно при конечной сборке резисторов, вероятно по причине "тех лет".
И вот почему такие мысли:
1. на некоторых резисторах - остатки канифоли, на некоторых - остатки какого-то активного флюса.
2. качество пайки везде плохое, а именно только у 2-х резисторов из 6-и были нормально залужены контактные площадки, на всех остальных - коснулся паяльником и весь припой с площадки собрался на жало паяльника. На площадках - окислы.
Так что, я могу предположить лишь одно - страдала культура производства и контроль в те годы.

Что интересно, установленные сборки в этом вольтметре. судя по всему набраны как раз из этих резисторов: http://www.ajax.by/rpf-2.html
При этом для наиболее стабильных из них указан ТКС в 1ppm, что хуже в 5 раз измеренного мной.
Интересно, это они указывают параметры с 5-и кратным запасом, или в В7-54 шли какие-то особо отобранные резисторы.
Забавно, а ведь и в допуск по сопротивлению резисторы вписываются с почти 4-х кратным запасом

[Дмитрий М]

Судя по фото собирали приборы вообще с отклонениями от всех правил, не должны в одном приборе стоять ИС от 93 года и сборки от 96 ... Видимо была попытка выжить собрав по отдельному заказу партию приборов из того что было на складах.

[Alti]

Вроде-бы всё проверил.
Заменил DA2, поменял VT19, VT28, VT29
Проверил VT7, VT8, VT18 A3 (VT1,VT2)
Проверил наличие импульсов на C43-R91 - импульсы - идут!

Не помогло. Всё равно на индикаторе выводится значение ровно в 200 раз меньшее (с учётом погрешности), чем должно быть.
На разных пределах измерения погрешность не меняется.
Пределы измерения, как я понял:
0-0.2k; 0.2k -2k; 2k-20k; 20k-200k; 200k-2M.
Я проверял только до 200к. Дальше не стал - не было под рукой больших резисторов.
Проверял на переменном резисторе и таком же исправном В7-38.
Скачков значений при изменении пределов - не заметил.

Подозреваю какие-то проблемы в источнике опорного напряжения.

Сделал ещё одну проверку: Резистор 33 ом. Параллельно подключены 2 вольтметра (исправный и неисправный). Плюс к плюсу, минус - к минусу.
Один ставится на измерение сопротивления, другой - на измерение напряжения.
Результат - показания вольтметров одинаковые. (Что нормально)
Если сопротивление измеряет исправный вольтметр - значение правильное.
Если неисправный - соответственно - в 200 раз меньше

Что ещё можно проверить?

[Дмитрий М]

Измерительный ток меньше чем нужно в соответствующее число раз. Когда ток задаёт исправный вольтметр падение становится правильным и ацп измеряет правильно.

[serg-el]

Alti писал(а):

Сделал ещё одну проверку: Резистор 33 ом. Параллельно подключены 2 вольтметра (исправный и неисправный). Плюс к плюсу, минус - к минусу.
Один ставится на измерение сопротивления, другой - на измерение напряжения. "Потом наоборот"
Результат - показания вольтметров одинаковые. (Что нормально)
Если сопротивление измеряет исправный вольтметр - значение "сопротивления" правильное.
Если неисправный - соответственно - в 200 раз меньше

Что ещё можно проверить?

Резистор R14, токоизмерительный резистор на входе. Наверняка подгорел.

[bsw_m]

Прошли примерно сутки прогона и контроля.
Показания В7-54 полностью совпадают с показаниями контрольного В7-39, вплоть до 1е.м.р. в формате отображения 6.5. Были у меня мысли все же немного переделать и облагородить "франкенштейна" из резисторов, но теперь появились сомнения, нужно ли это делать на данной стадии. Что еще замечено - нет уже такой острой реакции на изменения окружающей температуры.
Оставшиеся проблемы:
1. Нет "0" на диапазоне 200В. показания при замкнутом входе 0.012В
2. Провал пробной калибровки на диапазоне 2В: Подаю на вход напряжение в 1.99856В, сразу же после прохождения калибровки показания вольтметра: 1.998452В
По этим пунктам есть некоторые мысли, но для их перепроверки потребуется время.
Так же уже начали появляться мысли, что можно улучшить в В7-54, но пока все достаточно примитивно - замены некоторых деталей, с целью уменьшить шум и температурные коэффициенты.

P.S. Возможно ко мне придет еще один интересный пациент в виде трупа В1-18/1, все с таких же жутких условий "хранения". Прибор включается, нет индикации, не реагирует на кнопки, но это однозначно цифра, на которой может все и закончится). На самом деле мне будет очень любопытно поковыряться у него в кишочках.

[Alti]

Проверил R14 - всё норм. Подгорелостей - не замечено. Сопротивление 22к - в норме.
R19 - на схеме - 6.2 ом, у меня стоит - 8.2 ом. прибором определяется, как 8.7 ом

Проверил R23 (988 ом). Обрыв! Хотя, каких-либо внешних повреждений не наблюдается.
Такого номинала у меня нет. Буду подбирать.

Подобрал. Прибор - работает.
Осталось только немного подстроить резистором R26 показания омметра. Чтобы они соответствовали показаниям 2го прибора. Хотя, разница в последних разрядах - не существенная.

Всем спасибо за подсказки.
Дальше буду смотреть ещё 2 таких же прибора. На сколько помню, они вообще ничего не измеряют... Буду смотреть.

[bsw_m]

Продолжу про В7-54 и резисторные сборки
Итак, "восстановление" с подвесом резистивных элементов на проводах провалилось, но тут я сам виноват. Причина - при сборке вольтметра у 2-х резисторов оторвалась фольга в местах пайки (впрочем, я предполагал такой исход).
Это раз, второе: если говорить с точки зрения метрологии, то такое восстановление дает неясную картину с кратковременными/долговременными и тепловыми дрейфами, увы в моих условиях это не поддается измерению.

Теперь по поводу диапазонов 2В и 200В...
Выпаял я все резисторные сборки и решил проверить их таким образом: на крайние выводы резисторов (в сборке они все соединены последовательно), подал напряжение от меры напряжения. Далее на резисторах контролировал напряжение. Увы, но данный эксперимент показал, что шумят все резисторные сборки. Дадее комплект сборок (наиболее шумящий) из одного вольтметра был разобран и резистивные элементы были соединены проводами. Эксперимент с подачей напряжения на делитель и контроль напряжений был повторен - шумов в виде скачков напряжение не было зарегистрировано.

Выводы следующие: диапазоны 2В и 200В проваливали калибровку из-за шумов делителя R52, дрейфы показаний вольтметра вызваны шумами в сборках R90, R91.

Так как "восстановление" данных сборок с выниманием резистивных элементов из корпусов дает неясную картину по ТКС, кратковременным и долговременным дрейфам, то такое "восстановление" с точки зрения сохранения метрологических качеств прибора - недопустимо.

На данный момент мысли 3:
1. Написал в ООО "Аякс" запрос на возможность приобретения 2-х комплектов резисторных сборок для данного вольтметра и их цены.
2. Восстановить сборки, достав резистивные элементы из корпусов, учитывая опыт с отрывом фольги в местах пайки от несильной тряски при сборке вольтметра, и приняв меры по недопущению этого, и имея ввиду вероятность ухудшения метрологических качеств прибора.
3. Заказать резисторы (сборки), производства Vishay Precision Group, и иметь ввиду также не совсем ясные изменения метрологических качеств прибора, а так же цену восстановления, за которую можно приобрести тот же HP34401 в полностью рабочем состоянии.

В любом случае, эксперименты продолжу.

[serg-el]

Для хендмейда, можно попробовать закорпусировать элементы. Например, сделать корпус их фольгированного текстолита.
Приклеить элементы внутри, выводы зафиксировать изнутри.
И пропаять корпус для герметичности.
Главное, на металлизацию ничего не наносить.

Выводы наружу загерметизировать лаком, либо ещё чем.
На выбор. Главное, не гигроскопичным.
Либо сделать переходы на другую сторону текстолита.
Тогда герметизация получится припоем.

Ну а при наличии бюджета - vishay.
Не факт, что свежекупленные (в случае их наличия) будут без дефектов.

Успехов

[bsw_m]

serg-el писал(а):

Для хендмейда, можно попробовать закорпусировать элементы. Например, сделать корпус их фольгированного текстолита.
Приклеить элементы внутри, выводы зафиксировать изнутри.
И пропаять корпус для герметичности.
Главное, на металлизацию ничего не наносить.

Выводы наружу загерметизировать лаком, либо ещё чем.
На выбор. Главное, не гигроскопичным.

Ну а при наличии бюджета - vishay.
Не факт, что свежекупленные (в случае их наличия) будут без дефектов.

Успехов

Учитывая конструкцию корпусов сборок, которые вызывают сомнения в полной герметичности, а так же конструкцию резистивного элемента, на котором фольга чем-то похожим на стекло покрыта, думаю, герметизировать не имеет особого смысла, особенно с учетом того, что использование вольтметра не предполагает жестких климатических условий.

С точки же зрения метрологии меня больше волнует то, какие материалы использовались для пайки, какие материалы использовались для выводов и соединения выводов с резистивным элементом.
Т.е. использование скажем того-же медного провода для выводов в купе с обычным припоем 63/37 может дать не совсем предсказуемые (для меня) эффекты по таким параметрам, как EMF и TCR, и абсолютно непредсказуемые эффекты с краткосрочной и долговременной стабильностью.
Ежели говорить про такой блок вольтметра, как ИОНиТ, и "восстановления" резисторов, то мне тут видится интересным такой вариант:
Изготовление отдельной платы для ИОНиТ, в качестве материала основы - PTFE, возможно с приклеиванием данной платы на алюминиевое, либо медное основание для выравнивания температур. И предусмотреть возможность термостатирование всей платы на невысокой температуре. Так же там предусмотреть место для приклейки резистивных элементов. При разработке данной платы использовать более современные и стабильные ОУ.
Относительно же делителя в PGA - пока мыслей нету, но возможно, как вариант тоже пойти по пути переделки ИОНиТ, с заменой в PGA ОУ на более современный и заменой ключей НТ012 на скажем что-то из ADG411.
Но все эти доработки и переделки потребуют серьезного контроля метрологических качеств прибора, который у меня увы провести не представляется возможным, за неимением соответствующего измерительного оборудования и неимением необходимых мер.
Впрочем, для домашнего применения, возможно данный путь вполне допустим. По крайней мере, можно будет провести несколько контрольных измерений погрешности В7-54, разнесенных, скажем на 6месяцев, с использованием в качестве меры П320 и в качестве контрольного вольтметра В1-18А (который каждый год проходит госповерку), понимаю, что это не совсем верный вариант, с точки зрения метрологии, но опять таки для домашних условий использования В7-54, вполне себе допустимый.

[serg-el]

Нет предела совершенству.
Но для данного прибора, я считаю что переделка ИОНиТ будет чрезмерна.
И при отсутствии контроля получившихся параметров - бессмысленным.
Проще восстановить (довести до ума) существующие сборки.
И попробовать! заменить (если есть в доступности) операционники и оптопары.
А за емф и остальное не волнуйтесь.
При отсутствии активных флюсов, грязи, температурных градиентов - влияние остальных факторов абсолютно незначительно.

[Mickle]

Мне представляется, что нет никакого смысла оживлять штатные наборы резисторов, имеющих производственный дефект. Я не знаю, какой конкретно сплав используется в этих резисторах, но наверняка что-то из ЭП998, ЭП999 и т.п. из систем никель-хром или никель-молибден. Они не дают надёжного контакта при пайке мягкими о/c припоями с применением пассивных флюсов. Либо контактная сварка, либо твёрдый припой, либо активный флюс (раньше рекомендовали пасту фосфата анилина) с последующей промывкой щелочным раствором в у/з ванне. По крайней мере в монографии Железнова такая технология описывается.

Я бы оставил нестабильные наборы резисторов для опытов, а на их место впаял обычные фольговые. Хоть наши С5-61, Р2-67, хоть Vishay. Точные значения номиналов выдерживать не обязательно, а места достаточно, чтобы расположить цепочки в параллель или последовательно. При желании резисторы можно выбрать по ТКС.

[bsw_m]

Mickle писал(а):

Мне представляется, что нет никакого смысла оживлять штатные наборы резисторов, имеющих производственный дефект. Я не знаю, какой конкретно сплав используется в этих резисторах, но наверняка что-то из ЭП998, ЭП999 и т.п. из систем никель-хром или никель-молибден. Они не дают надёжного контакта при пайке мягкими о/c припоями с применением пассивных флюсов. Либо контактная сварка, либо твёрдый припой, либо активный флюс (раньше рекомендовали пасту фосфата анилина) с последующей промывкой щелочным раствором в у/з ванне. По крайней мере в монографии Железнова такая технология описывается.

Я бы оставил нестабильные наборы резисторов для опытов, а на их место впаял обычные фольговые. Хоть наши С5-61, Р2-67, хоть Vishay. Точные значения номиналов выдерживать не обязательно, а места достаточно, чтобы расположить цепочки в параллель или последовательно. При желании резисторы можно выбрать по ТКС.

В принципе, не зная нюансов по поводу сплавов, я предполагал, что "восстановление", это временно.

Насчет же С5-61, меня смущает их ТКС, минимум в 5ppm, и это при их недоступности (в моих широтах), что вообще исключает какой либо подбор по ТКС, впрочем, как и любых других.
Кстати, Михаил, я так понимаю, через ваши руки прошло приличное количество С5-61, и уверен, вы их обмеряли, какие у вас были результаты с этими резисторами по ТКС? И может быть, есть какая статистика по их долговременной стабильности? Дело в том, что я их на данный момент рассматриваю, как наиболее доступную замену. Да и по размерам они идеально встанут на места сборок.

Относительно номиналов - тут да, точность не важна, впрочем, я думаю, что 20кОм стоит подобрать чтобы они были более близки между собой по абсолютному значению сопротивления.
Кстати, исследовал сборки на ТКС, ибо были мысли, что там выбраны резисторы с противоположным по знаку ТКС, но нет, все при нагреве плывут в одну сторону.

Из интересного, один резистор из сборки, при комнатной (~22 градуса) имеет сопротивление 20002.2Ом, при нагреве до 200 градусов, его сопротивление: 20001.1Ом. Хотя я не исключаю и методическую ошибку в подходе к измерениям: резистор помещался в самодельную печку (сделанную из термостата кварцевого генератора), температура контролировалась термопарой, к резистору были припаяны 4 отрезка провода МГТФ диаметром 0.7мм и длинной ~5см, далее уже к проводам подключался вольтметр по 4-х проводной схеме.