Ремонт нановольтметра В2-38

[Miko2015]

Наконец-то я заполучил давно желанные нановольтметры В2-38. Приборы были выпущены в 1991 году и с тех пор лежали на складе. В ЗИП, в числе прочего, лежат оптроны ОЭП-26. Это довольно-таки увесистый металлический цилиндр длиной 3 см.

К сожалению, оба приобретенных прибора оказались нерабочими - жизнь еле теплится при включении, ни индикаторы, ни кнопки не функционируют. Была надежда на то, что хотя бы один окажется исправным, но она не сбылась. Надежда эта основывалась на том, что приборы от Минского БелВАР, как правило, очень качественно сделаны – это не Щ какие-нибудь – все платы покрыты лаком, компоненты достойные, монтаж аккуратный. Например, недавно оказавшиеся у меня В7-34А и В7-39 очень этим порадовали.
В2-38 имеет очень подробную документацию с методикой поиска неисправностей. Почти все ИМС – планарные, прецизионные резисторы – С5-60 0,005% с низким ТКС, сделано все очень добротно. Просто удивительно, что они могут не работать. Из недостатков (для ремонта через 25 лет с даты ыпуска) – применено немало микросборок собственной разработки. Измеряет прибор от 1нВ, на пределах от 10мкВ до 1В, максимальное входное напряжение – 2В. Имеет 5,5 разрядов, ИОН собран на 2С191Ф. Конструкция входной части предусматривает для самых чувствительных диапазонов подключение комплектного кабеля с последующим закрытием камеры шторками с целью ограждения клемм от температурных градиентов. Выжидать перед измерениями предлагается 30 минут (заодно и терпеливость воспитывается).


Мои первоначальные предположения по возможным причинам неработоспособности:
1. Сдохли РПЗУ 556РТ7А (стоят 4 корпуса) - самый неприятный вариант.
2. Залипли мембранные кнопки – их нажатие тактильно не ощущается (но почему тогда цифровые индикаторы 3ЛС324Б-1 не светятся?);
3. Сдохли микросборки.
4. Плохой контакт в разъемах. Хотелось бы надеяться, но вероятность невелика.
К конденсаторам в данном случае претензий быть не может – это или крашеные зеленые К50-24 или К53-4АБ – ни те, ни другие подвести не должны.

[xDevs]

Хорошее начало, ведь если бы приборы работали - вы бы их не разбирали А так нам на радость.
Ждем продолжения.

Дверки забавные!

[Miko2015]

Итак, с чего начать? Переднюю панель снимать сложно – займусь этим в последнюю очередь. Инструкция предлагает начать с платы ЦПУ. Стандартный путь – питание, синхронизация, наличие определенных сигналов на контактных точках при определенных положениях диагностического переключателя – все нормально. Все, что можно проверить осциллографом, проверено. Дальнейшие действия требуют наличия анализатора сигнатурного 817 или другого логического анализатора. Пока анализатора нет, попробую подергать разъемы и добраться до платы индикации – наверно, надо идти с той стороны, где видна проблема (а точнее, не видно индикации).



Передняя панель снята, плата индикации отделена от плат с мембранными кнопками. Прозвонил мембранные кнопки – все в полном порядке.
На самой плате индикации питание в порядке, но обнаружена КР580ВВ55А (это единственная тип ширпотребовской ИМС в приборе). Я уже столкнулся с неисправной ВВ55 в Щ1518 – может, и здесь она виновата? Остальные микросхемы на плате – простые и надежные 133ЛА8, ЛА3 и ЛН1. Ломаться нечему (микросборки я пока не принимаю во внимание).
После недолгой проверки обнаружилась просадка сигналов шины данных на выходе двунаправленного формирователя сделанного на 133ЛА8 и соединенного с шиной данных КР580ВВ55. На трех разрядах из восьми. Памятуя предыдущий опыт, замерил сопротивление на землю и +5В у всех восьми разрядов шины данных ВВ55 (там на вышедших из строя разрядах шины они значительно отличались от остальных) – все одинаково. Поскольку было желание использовать что-то из старых запасов, перепаял одну 133ЛА8, на которой была просадка. Не помогло. Тогда сделал то, что надо было делать в первую очередь – перерезал дорожку к ВВ55. Сигнал стал нормальным. Вывод: ВВ55 – на замену. Единственная в пластике микросхема оказалась дохлой. Зачем конструкторы ее поставили? Унификация платы индикаторов с другими приборами, типа В7-46/1? Из своего опыта и из опыта других вижу, что КР580ВВ55А – слабое звено похуже электролитов.
Итак, ВВ55А заменена. Попутно отмечу хорошее качество плат – ни один пятачок в процессе перепайки не отвалился. Правда, я упростил задачу, и сделал импровизированную панельку из плоских разъемов, впаивая гнезда по одному. Этим я избежал перегрева платы при очистке отверстий от припоя, что потребовалось бы для пайки целой панельки или непосредственно микросхемы. И ВВ55 теперь можно заменить на новую без перепайки. Правда, из-за увеличившейся высоты микросхемы на плате, пришлось заменить один винт, упиравшийся в нее, на более короткий, и приподнять плату индикации на полмиллиметра шайбами.
Включаю – есть! Все сегменты светятся! Переключаю прибор из режима проверки индикации в рабочий, подключаю калибратор на 1,5В – прибор показывает 1,4999..1,5000 В – отлично! Осталось все собрать (снятие передней панели – довольно сложное дело, по сравнению с доступом к основным платам: требуется снять верхнюю, нижнюю, и боковые крышки, планки сверху и снизу передней панели, ослабить боковые крепления, чтобы расширить расстояние, и вытащить переднюю панель, попутно поймав высыпавшиеся кнопки.
На душе праздник – микросборки исправны, ПЗУ в порядке.

[Miko2015]

Берусь за второй прибор. Симптомы те же – нет индикации. Ну, тут я уже долго думать не стал и пошел по проверенному пути – включил режим диагностики индикации на плате процессора и разобрал переднюю панель. В режиме диагностики на все индикаторы подается сигнал включения. Несколько индикаторов светилось. Смотрю шины ВВ55. На входной в этот раз все в порядке. А вот на выходной – отсутствует сигнал на двух шинах. Опять требуется замена. Нашел где побыстрее купить КР580ВВ55А. Хотел 580ВВ55 поставить, чтоб уж не дохли, но их оказалось гораздо сложнее достать – и дорого, и нет в наличии поблизости. Ждать не стал – поставил пластик.
И на этот раз мне повезло – прибор нормально заработал. Попутно заменил 3ЛС324Б1 на АЛС333Б2 – у них цифры побольше. Светятся нормально, но до современных китайских, конечно, очень далеко. Очень. Но подходящих импортных га замену 1:1 не нашел, а заморачиваться с переходной платой пока не хочется (уже с Г4-158 имею опыт; но там было без вариантов - оригинальные зеленые АЛС вообще отвратительны). Так-то индикаторы на панельках стоят – заменить не проблема.
После прогрева проверил калибровку прибора на основном пределе при разрешении 5,5 разрядов. 1,90001 В при подаче с калибратора 1,9 В и 1,00001 В при подаче с калибратора 1В.


Очень даже неплохо для пролежавшего 25 лет прибора! Да и вообще неплохо. На младших пределах все не столь радужно, но объективную картину там я не могу увидеть, пока не приобрел точный делитель напряжения – на микровольтах мой калибратор В1-18/1 уже не так хорош.
Выводы:
1. Все Минские приборы 25-ти летней давности, попавшие ко мне в руки, сделаны добротно и на хорошей элементной базе (В7-34А, В7-39 и В2-38). Исключение – эти злополучные КР580ВВ55А. Видимо, была нехватка 580ВВ55 с приемкой. Вряд ли цена повлияла на выбор.
2. Пролежавшие четверть века приборы прекрасно сохранили калибровку.
3. Значительная часть их документации посвящена поиску неисправностей. Мне, правда, пригодилась только информация по включению режима диагностики. В основном поиск неисправностей основан на сигнатурах, которые предлагается вылавливать анализатором сигнатурным 817.
4. КР580ВВ55А – проблемная ИМС. Пролежав без работы 25 лет, дохнет от скуки. В данном случае обе были 90-го года, производства завода Родон, Ивано-Франковск. Хотя мне это пришлось на руку, поскольку приборы дождались меня именно из-за неисправности – хорошие уже давно купил бы кто-то другой.

[Miko2015]

Илья, да, дверки забавные. Самое забавное, что при вставленном разъеме до конца не закрываются. Посмотрю повнимательнее - может, я что делаю не так.

[xDevs]

А как же разборка полетов и конструкции? Такие раритеты, я в жизни не слыхивал. А то всякие кейтли у всех на виду, а эти дивайсы - совсем другое дело.
Народ требует зрелищь!

Калибратор занятный, даже ВЛИ есть .

[Miko2015]

Калибратор - В1-18/1 (аналог В1-18 за вычетом делителя на 100). И это не только калибратор постоянного напряжения до 12В, но и 7,5-разрядный вольтметр (11.999999). Пределы - 10, 100 и 1000В. Хотя нижний предел 10В, но при уровне сигнала до 1,2В и включении усреднения он добавляет знак и показывает 1,1999999В (как бы предел 1В включается при тех же 7,5 разрядах). Предел допускаемой основной погрешности измерения - 16ррм за 12 месяцев и 6,8ррм - за полтора месяца. По воспроизведению 16ррм и 7ррм, соответственно. Зверя таких у меня два (В1-18 и В1-18/1), относительно друг друга отличаются на 10-15ррм, кто точнее - пока не нашел доступного способа выяснить. Еще бывают модификации А, у которых погрешность измерения 10,7ппм и 5,5ппм, а воспроизведения - 11ррм и 5,7ррм. Вполне себе ничего. Стабилитроны - 2С108Р и 2С108С (для варианта "А").

[bsw_m]

Несмотря на то, что я искал В2-39, который хоть по некоторым аспектам хуже 38-го (прежде всего по конструкции входных цепей, что сказывается на стабильности. Уменьшение габаритов - не пошло ему на пользу), но для меня имеет неоспоримое преимущество - компактность.
Но, увы, так и не найдя данный прибор, некоторое время назад был приобретен В2-38, новый с хранения.
Прибор приобретался с полным понимаем, что он будет неисправен из-за протухших резисторных оптронов входного модулятора. Проблемы с данными оптронами я описывал ранее.
И конечно же, новостью не стало, что оптроны в доставшемся мне экземпляре В2-38 оказались неисправными. Но об этом несколько ниже.
Но некоторым сюрпризом для меня стал выход из строя микропроцессора КР580ВМ80А, по прошествию примерно 30-и минут после первого включения прибора.

Немного опишу архитектуру усилителя.
Входной модулятор выполнен на оптронах 2-х парах ОЭП26.
В приборе используется 2 модулятора, нагруженные каждый на свою первичную обмотку трансформатора.
Таким образом, включая управления той или иной пары оптронов, реализуются 2 пары поддиапазонов усилителя.
Одна пара реализует наиболее чувствительные диапазоны: 10мкВ, 100мкВ, 1мВ. Вторая пара оптронов реализует диапазоны 10мВ, 100мВ, 1В.

Модулятор нагружен на трансформатор, после которого уже и находится усилитель переменного напряжения, детектор т.д.
В целом, по архитектуре ничего нового.
Естественно конструкция входных цепей прибора построена таким образом, чтобы максимально выровнять температурные градиенты и минимизировать возможные термоЭДС.
Схема входного модулятора:


Возвращаясь к оптронам.
Общий вид фоторезистора:


Теперь возвращаясь к проблематике выхода из строя фоторезисторов в этих оптронах.

Тут хорошо видно разрушение проводящего слоя.
Так же несколько заметно (но куда менее явно) - деградация непосредственно фоточувствительного слоя.
И да, прибор хранился в нормальных условиях, без влияния на него влаги/температурных перепадов и т.д.
Еще одно фото разрушения проводящего слоя:


Я не химик и не материаловед, но по моим предположениям разрушение проводящего слоя связано с тем, что в химии фоторезистора присутствует ртуть. И при внимательно рассмотрении под микроскопом местами видны "вспучивания" проводящего слоя, которые по виду/консистенции похожи на амальгаму.

Моя первая попытка создать твердотельную замену данным оптронам провалилась с треском. Тем не менее было получено много новых данных при анализе которых, вкупе с анализом полуживых родных оптронов. Полученные данные позволяют мне оптимистично смотреть на возможность создания замены родным оптронам.
Что интересно, что в измерениях исследованиях очень сильно пригодились возможности такого прибора как В7-45.

Работы над исследованиями пока приостановлены, так как требуют и времен и денег. Поэтому в приоритете деятельность, которая позволяет заработать.
Буду ли я делиться подробностями после восстановления прибора - пока не решил. Но поверхностно скорее всего - опишу.

И пару слов, как понять, что оптроны в данном нановольтметре "кончились": Замыкаем вход штатной перемычкой, через 30 минут запоминаем показания прибора на диапазоне 10мкВ. Через час снова снимаем показания. Если разница больше 5нВ - оптроны протухли.

Ну и на закуску несколько "красивых" картинок. Увы из-за неисправных оптронов, показания прибора держаться не более одной двух минут, далее снова надо компенсировать смещение.

[yurilien]

Простите, а нафига такие приборы дома? Им же никакого применения нет. Да еще, как я понял проблемный и непонятно как его отремонтировать.

[bsw_m]

yurilien писал(а):

Простите, а нафига такие приборы дома? Им же никакого применения нет. Да еще, как я понял проблемный и непонятно как его отремонтировать.

Ну раз так вопрос поставлен, то Именно вам, такие приборы и не нужны.
А так, один из множества вариантов использования - проверить нелинейность усилителя постоянного напряжения. Измерение термоЭДС реле... и т.д.

[yurilien]

Нелинейность может быть на переменке. А на постоянке - только смещение. Смещение можно посмотреть в даташите на операционник.
Термоэдс - тоже в даташите смотрится. Вывод, все таки не нужен.

[Electricman]

Ну вот вам он не нужен, и хорошо. За вас можно порадоваться.

[bsw_m]

Отсканировал техническое описание В2-38: https://disk.yandex.ru/d/3pN6X0dBsi8AUw
Заранее приношу извинения, если документация где-то плохо читаема. Качество оригинала было очень отвратное (местами глазами не разобрать).

Добавлено after 1 minute 36 seconds:
Остальные альбомы выложу по мере сканирования.

[yurilien]

bsw_m писал(а):

Отсканировал техническое описание

Мартышкин труд...
Хотя спасибо, посмотрел сравнил древний Keithley 182 точнее стабильней меньше чем этот гроб.
И самое главное в 2 раза дешевле, да еще и рабочий будет!

Добавлено after 9 minutes 58 seconds:
Как я говорил раньше. Эти приборы не нужны в принципе. Попытки bsw_m убедить меня в обратном - тщетны.

[Electricman]

Я думаю, что никто никого не убеждает. Хотите - пользуйтесь китли.

[bsw_m]

Пару слов о планах, какие действия будут производиться с прибором:
1. Восстановление входного модулятора - тут в целом, уже есть решение. Есть некоторая надежда на улучшение характеристик (относительно исправного и оригинального В2-38).
2. Некоторые доработки и настройка усилителя.
3. Считывание дампа ПЗУ. И замена платы с 556РТ7 на одну микросхему из серии 27СХХ, в том числе и для некоторого снижения потребления.
4. Как заключительный этап - переделка источников питания, с целью снизить энергопотребление прибором. Возможные доработки источников питания я озвучивал, обсуждая В7-39. А В2-38 и В7-39, это близнецы-братья, как и В2-39 и В7-54.

[bsw_m]

Чуть выше я писал, что первая попытка создать замену ОЭП26, примененных в модуляторе провалилась с треском. Но не описал почему.
Итак, основная причина - инжекция заряда, которая в самодельном ключе составила примерно 1.5pC. А вот ОЭП26 дает куда меньшую инжекцию - около 50fC.


Добавлено after 51 minute 35 seconds:
Вторая проблема - остаточная ЭДС.
Если у ОЭП26 порядка 10..20нВ, то у самодельной оптопары получилось 600..800нВ.
И вот тут уже есть значительные сложности. Нужен припой с низкой термо ЭДС, а это кадмиевый припой, и готовый такой не продается - нужно покупать компоненты и варить. Тут эксперимент покажет, что получится. Но остается еще одна, и похоже, нерешаемая проблема - транзисторы для ключа с медными выводами...
Вопросы остаточной ЭДС, конечно частично решаться выравниваем температур и т.д. но насколько хорошо получится это сделать.. тут покажет только эксперимент.

[-=Andrey=-]

Продаётся ПОСК 50-18
По измерениям (http://www.chemport.ru/forum/viewtopic.php?t=123283)
ПОС-61 - 3,0 мкВ/°С
ПОСК 50-18 - 2,1 мкВ/°С
Сильно лучше вряд ли получится.
И вопрос по самодельному модулятору, с которым получили 1.5pC. Это упоминаемый Вами VOM1271T + 2N7000 ?

[Mickle]

В оптроне можно дистанцировать источник и приёмник с помощью оптоволокна.
Вместо транзисторов для ключей модулятора (если отказаться от оптронов) можно применить интегральный ключ. Критерии ориентировочно такие: инъекция <10 pC, рассеиваемая мощность не более 50-100 мкВт, On Resistance <10 Ом. Материал выводов определять по спецификации "Environmental Management and Materials Information" на изделие. У MAX3xx, к примеру, выводы медные с небольшим легированием железом.

[bsw_m]

-=Andrey=- писал(а):

Продаётся ПОСК 50-18
По измерениям (http://www.chemport.ru/forum/viewtopic.php?t=123283)
ПОС-61 - 3,0 мкВ/°С
ПОСК 50-18 - 2,1 мкВ/°С
Сильно лучше вряд ли получится.
И вопрос по самодельному модулятору, с которым получили 1.5pC. Это упоминаемый Вами VOM1271T + 2N7000 ?

Припой, тут нужен cd70sn30, а вместо ПОСК тогда лучше уже то-то на основе индия использовать.
А ключ для модулятора, да VOM1271 + 2шт 2N7002nxbkr

Добавлено after 1 minute 27 seconds:

Mickle писал(а):

В оптроне можно дистанцировать источник и приёмник с помощью оптоволокна.

Именно такая идея и стоит на первом месте. Так как основная инъекция идет через проходную емкость (~0.5пФ) VOM1271.