Попался мне в руки весьма любопытный прибор, но если быть точнее, лишь половина прибора "блок регистрирующий" В7-57/1.
Исторически, В7-57/* - это последний электрометр разработки МНИПИ, дальше, насколько мне известно, уже были только пикоамперметры серии А2-*.
Главный конструктор данного прибора, тот же, что и у В7Э-42 - Володкевич А.А.
Насколько мне известно, прибор пошел в производство примерно в 1992 году, т.е. уже после развала СССР.
Данный прибор может измерять:
1. Напряжения до 200(100В для /2)
2. Токи с минимальным диапазоном 1Е-12 (1Е-15 для /2)
3. Заряды
4. Сопротивления.
Прибор, как и все "правильные" электрометры разработки МНИПИ на малых токах является интегрирующим прибором, т.е. преобразует входящий ток в линейно нарастающее напряжение на выходе токового интегратора.
Конструктивно оформлен в виде 2-х блоков: БР (Блок Регистрирующий, содержащий в себе блок питания, управляющий компьютер, АЦП, масштабирующий усилитель и дифференциатор) и БИ (Блок Измерительный, содержащий в себе все остальное).
К сожалению у меня не полный прибор, а только половина от него, но это тем не менее не помешало мне немного изучить его и сделать определенные выводы. Фото можно посмотреть тут:
https://yadi.sk/d/mU1Thzv-UA1WVQ?w=1Предварительно пару моментов:
АЦП в данном приборе 5.5 разрядный с полной шкалой 1В и имеет "перегрузку" до 100%, т.е. допустимый размах на его входе -2В...+2В, чувствительность соответственно 10мкВ.
Если говорить про разрядность, то сам прибор выдает 5.5 разрядов только в режиме вольтметра, при этом нижний диапазон 2В. АЦП построен по структуре динамического интегратора или же ШИМ (снова привет Solartron).
В режиме измерителя токов - только 4.5 разряда, в режиме измерителя сопротивлений до 1Е9 - 4.5 разряда, от 1Е10 - только 2.5 разряда, зачем ему так урезали разрядность при измерении сопротивлений - вопрос, увы пока без ответа.
В режиме вольтметра, входное напряжение без преобразований подается на диапазоне 2В(который является базовым для данного прибора и в то же время минимально возможным), остальные диапазоны реализуются с помощью делителя на резисторах С5-53, установленного на плате масштабного усилителя внутри БР. Данный усилитель имеет достаточно простую конструкцию - делитель напряжения на 10 и на 100, с входным сопротивлением 1МОм и буферный усилитель на КР544УД1.
Переключение диапазонов реализовано с помощью реле и ключей на КП307А. Так же на плате масштабного усилителя установлен фильтр, с возможностью его отключения. Данный фильтр отключен при установленном времени фильтрации 0.1с, при 1с и 10с - подключен, 10с реализуется математически.
Схема масштабирующего усилителя
Плата дифференциатора очень похожа на дифференциатор В7-45, с тем различием, что дифференцирующий конденсатор имеет номинал 0.5мкФ, а резистор обратной связи 20МОм. Такие номиналы нам дадут выходное напряжение в 1В при скорости нарастания 100мВ/с. При этом, компаратор находящийся на плате дифференциатора настроен на срабатывание при входном напряжении по модулю 10В. Исходя из этого можно посчитать что время цикла измерения у данного прибора составляет всего 100с, далее следует сброс и повторение цикла измерения. Время цикла измерения получается в 10раз меньше, чем у В7-45. Предположительно увеличение скорости ЛИН должно дать меньший уровень шума.
Собственно преобразование входного ЛИН в выходное напряжение реализовано по такой схеме:
Немного про метрологию данного прибора. Если посмотреть в спецификацию, то наименьшая погрешность, что можно там найти, составляет 0.05% и она реализуется только в режиме вольтметра на диапазонах 2В и 20В. Во всех остальных случаях погрешность прибора указана значительно выше.
Я решил проверить, что же БР покажет при подаче на его вход напряжений и с какой погрешностью он это покажет (по сути, составляющие данной погрешности - погрешность вносимая масштабирующим усилителем и непосредственно погрешность АЦП+его опоры).
Выводы достаточно обнадеживающие, АЦП, можно предполагать, имеет хорошую линейность. Впрочем, потратив некоторое время на исследования данного типа АЦП, от него действительно можно ожидать хорошей линейности. Так же погрешность вносимая АЦП и масштабирующим усилителем не превышает 0.002%, что при заявленной погрешности на прибор в 0.05% на этом диапазоне - весьма хорошо.
Раскапывая данный прибор несколько глубже, естественно были найдены несколько моментов, которые можно было бы еще улучшить (используя современную элементную базу), но об этом как-нибудь в другой раз.
Ну и еще 2 картинки с работой уже дифференциатора прибора.
В данном эксперименте на вход дифференциатора БР В7-57/1 подавалось ЛИН со скоростью примерно 10мВ/с (на самом деле не 10мВ/с, а с учетом калибровочных коэффициентов НК4-1).
Соответственно дифференциатор преобразовывал ЛИН в постоянное напряжение, которое уже и измерял АЦП. Надо отметить, что установленные диапазоны на приборах не имеют никакого значения.
Что еще могу сказать, прибор в целом похож на В7Э-42, но с определенными упрощениями:
1. Отказ от масштабирующего усилителя с периодической коррекцией нуля (с архитектурой как в В7Э-42 и В7-39) в пользу простого на одном ОУ, с периодической цифровой коррекцией дрейфа нуля (примерно раз в минут 30 - не засекал)
2. Отказ от навороченного дифференциатора на основе схем выборки-хранения в пользу классического дифференциатора на одном ОУ.
3. Так же разница в АЦП, в В7Э-42 использовался АЦП точно такой же как и в В7-45 - упрощенный MultiSlope от В7-39 с входным диапазоном -10В..+10В, в данном приборе применен динамический интегратор (ШИМ) с входным диапазоном -2В...+2В.
Насчет БИ, увы не могу ничего сказать...
В целом же прибор, по тем аспектам, что я смог изучить получился весьма неплохой для своего времени, несмотря на то, что прослеживаются некоторые компромиссные решения. Впрочем, свой В7-49 я бы на такой прибор поменял не задумываясь. Конечно было бы очень интересно изучить данный прибор полностью, его метрологию и поведение в работе. Но из-за отсутствия БИ и реального шанса найти БИ равного нулю, это невозможно.
P.S. Прошивку прибора выкладывать не стал из соображений, что прибор весьма редкий и делался по сути штучно, соответственно вероятность его попадания в руки радиолюбителя я бы сказал, равна нулю.