Что мерить, чем мерить, как мерить. И, естественно - зачем мерить...

При поддержке компании ПРИСТ


Ответить

В7-46 В7-46/1

Вс фев 28, 2021 12:27:12

Ну что, парни.
Чем дальше в лес, тем гуще сосны.
Сперва преамбула, после которой пойдет и "амбула" (TM Стругацкие).

С чего начался весь сыр-бор?
С попытки настроить ГСИ (Генератор счетных импульсов) по заводской инструкции, где и выплыл двойной косяк в квадрате. Есть два варианта заводской инструкции и обе имеют фатальные ошибки.

Если открыть инструкцию №1, можно увидеть, что там предлагается настраивать ГСИ на частоту 4600 КГц. WTF? Рабочая частота должна быть 4096 КГц на КТ 1 (при 5 В на варикапах ФАПЧ), а предел ручной регулировки по частоте лежит в диапазоне 3800-4300 КГц.
Более того, найдите мне умельца, кто сможет напрямую синхронизировать на осциллографе мегагерцовый сигнал с помощью частоты сети.

Изображение

Ладно, ищем еще варианты инструкции. О, ура, другой вариант! И тут косяк! Этот вариант инструкции предлагает установить в точке КТ 1 частоту 1000 Гц. Да что они там курили, в конце концов? Хотя, это ближе к делу - частота в 1000 Гц в ГСИ присутствует (правда на КТ 2) и как раз по ней можно сделать синхронизацию на осциллографе по частоте сети и настроить систему ФАПЧ.

Изображение

Короче, пока сам не сделаешь, никто не сделает!

Итак, что мы имеем.

ГСИ №1 старого образца 91 года (потому что бывают еще и нового образца).

Изображение Изображение

С ним все просто и замечательно.
Переварив мануал и комментарии из ветки выработал алгоритм настройки:

0. Вынимаем ГСИ и устанавливаем через переходную плату, а принципиальную схему размещаем в максимальной доступности.
1. Проверяем адекватную работу логики - до включения В7-46 подключаем другой, вспомогательный вольтметр, к инверсному выходу фазового детектора DD5.2; это 12 ножка, сигнал от которой идет далее через R14 на интегрирующую RC-цепочку.
2. Включаем В7-46, смотрим что показывает вспомогательный вольтметр - минимум минуту-две, пока ФАПЧ ГСИ не выйдет "на режим", на выходе ФД неизменно должна быть логическая единица - 10 вольт. Если это не так - читаем историю про ГСИ №2.
3. Выключаем В7-46, размыкаем перемычку 7-7' на плате ГСИ. На 7 контакт подаем от внешнего источника +5 вольт. Для контроля частоты генератора была найдена точка, в которой емкость щупа и входная емкость частотомера оказывают наименьшее влияние на измеряемую схему. Особенно это важно при проверке в режиме синхронизации с сетью. Такой точкой является 9 контакт основного разъема - выход счетных импульсов - "СИ", на нее и вешаем частотомер.
4. Включаем В7-46, даем прогреться ГСИ и по частотомеру выставляем 4096 КГц с помощью переменного конденсатора С6.
5. Выключаем В7-46, возвращаем на место перемычку 7-7', внешний источник убираем. Частотомер оставляем висеть там же, а к точке КТ 2 (там будет 1 КГц) подсоединяем осциллограф, на котором выбран режим синхронизации "ОТ СЕТИ". В дополнении ко всему подключаем вспомогательный вольтметр к замкнутой ранее перемычке 7-7'.
6. Включаем В7-46 и наблюдаем (по вспомогательному вольтметру), как система ФАПЧ ГСИ выходит "на режим". Напряжение плавно, без зависаний, должно увеличиваться примерно до 5 вольт (+/- 0.5 В).
7. Отключаем вспомогательный вольтметр, чтобы он своим входным сопротивлением не мешал работе ФАПЧ ГСИ и переходим к работе с осциллографом.
8. Настраиваем коэффициенты усиления и развертки, и пробуем поймать синхронизацию сигнала. Если повезет - бегущий сигнал со временем успокоится и будет несистемно время от времени на несколько периодов уезжать влево или вправо с последующим замедлением и остановкой.
9. Если с течением времени становится заметно, что сигнал норовит уехать все время в одну и ту же сторону, переменным конденсатором С6 производим точную настройку.
10. При этом не забываем посматривать на частотомер, который должен показывать 4096 КГц +/- несколько килогерц.
11. Стоит проверить внешним вольтметром напряжение на перемычке 7-7'. В идеальном варианте оно будет составлять 5 В (+/- 0.5 В), но точно должно не выпадать из диапазона 4.0 В - 6.0 В.
12. Для увеличения стабильности работы ГСИ коллективный разум рекомендует добавить R' сопротивлением 100 КОм, связывающий с землей по постоянному току варикап VD 1. Хотя в моем конкретном случае данная доработка не сильно повлияла на и так стабильный ГСИ с ФАПЧ.

Изображение Изображение

Ну вот и все, это идеальный случай, когда все получается с первого раза. Это возможно, и один из моих ГСИ поддался регулировке без проблем.

Далее речь пойдет о ГСИ №2 того же старого образца, правда уже 88 года. С этим ГСИ было не все так гладко, пришлось потратить несколько вечеров на разбирательства со схемой и принципами работы, чтобы все наладить.

To be continued...

Re: Модернизация советских цифровых вольтметров типа В7-хх

Вс мар 21, 2021 08:06:43

...Как и обещал, отчитаюсь о настройке второго, проблемного, ГСИ.

ГСИ №2 старого образца 89 года от В7-46

Схемотехнически оформлен так же, как и ГСИ №1 91 года от В7-46/1 (см. выше), только лишь с тем отличием, что имеются гетинаксовые проставки между печатной платой и корпусами микросхем, предназначенные для фиксации последних.
Казалось бы, более ранние года, всеклиматическое исполнение, плата целиком залита лаком, должно быть все выполнено по высшему разряду. Ан-нет, данный ГСИ настраивался из рук вон плохо, более или менее нормальную синхронизацию (да и то, временами уплывая) с сетью держал на нижней границе работы варикапов (3.5 вольт вместо 5.0 вольт) и был весьма уныл по сравнению с ГСИ №1 91 года от В7-46/1.

Хотя, если бы у меня не было нормально работающего ГСИ №1 91 года от В7-46/1, я бы и не заподозрил неладное, думая, что такая работа через пень-колоду - "не баг, а фича". Именно поэтому, в инструкции по настройке ГСИ я первым пунктом указал необходимость проверки адекватной работы логики.

В чем же весь сыр-бор с этим ГСИ №2? От момента включения каждые секунду-две логика на мгновение уходила "в аут", перезагружалась и продолжала работу. И так циклично, что выражалось в кратковременном отсутствии постоянной "1" (10 вольт) на выходе ФД после включения питания, вместо стабильной "1" до момента выхода на рабочий режим.

Попытки поиска проблемы осложнялись тем, что отдельные логические схемы ГСИ были связаны синхронизацией внутри себя, с другими схемами и объединены общей синхронизацией, выполненной отдельной схемой. Пришлось внимательно изучать принцип работы, разрисовывать что куда идет и откуда приходит и искать ту точку, в которой остановка синхронизации не приводила бы к остановке всей схемы.

Было потрачено много вечеров, корпуса перебрасывались один за другим, дифференцирующие цепочки пересчитывались в попытке связать в кучу временные интервалы различных логических схем, навешивались внешние блокировочные конденсаторы, плата грелась феном и охлаждалась фризером. Все это осложнялось толстым слоем лака, который дико мешал пайке и прозвонке. Мозг кипел в попытке найти ключевую суть проблемы.

Рано ли, поздно ли, удача улыбнулась мне. Под слоем лака было найдено бракованное переходное отверстие, с отсутствующим "пояском" в средней его части.

Изображение

Эта точка находилась в цепи, обеспечивающей синхронизацию внутри логической схемы определения частоты питающей сети (50 Гц или 400 Гц). Синхронизация не работала, сбивала синхронизацию логической схемы коммутатора, которая в свою очередь сбивала работу логической схемы общей синхронизации.

Изображение

После восстановления переходного отверстия ГСИ заработал как нужно, синхронизация перестала срываться, на выходе ФД появилась устойчивая логическая "1" до момента выхода "на режим" и запуска ФАПЧ, который заработал как нужно и стал обеспечивать адекватную синхронизацию с сетью при напряжении на варикапах 5 В (+/- 0.5 В), что в целом стало похоже на работу ГСИ №1.

Re: Модернизация советских цифровых вольтметров типа В7-хх

Пн апр 05, 2021 11:31:09

В7-49 основной рабочий электрометр у меня. Но вместе со всеми своими недостатками есть еще один недостаток который стал меня сильно раздражать.
А именно - долгий выход на рабочий режим с момента включения. Необходимость постоянно держать рядом с прибором специальную отвертку для подстройки "нулей", поэтому было решено доработать прибор и избавиться от данного недостатка раз и навсегда.
Собственно все температурные дрейфы прибора (как и долгий выход на рабочий режим), связаны с входным каскадом электрометрического усилителя, построенным на КПС104.
Так же в силу того, что у меня есть ADA4530-1, и более того, при обмере данного ОУ он показал очень хорошие результаты: малое и стабильное смещение, сверхмалый и стабильный паразитный входной ток, не превышающий 50аА.
Было принято решение имплантировать его в В7-49 вместо входного каскада на КПС104.
Что успешно и было реализовано:
Вид до переделки, но с небольшими доработками:
Изображение
Входной каскад демонтирован:
Изображение
ADA4530-1 установлен:
Изображение

Пару слов о доработке (схема не рисовалась, поэтому текстовое описание).
ADA4530-1 включен в качестве повторителя - следующий каскад на DA9 - OPA140, которой ранее был заменен родной ОУ КР140УД1408.
Так как ADA4530-1 не может работать от питающего напряжения 30В (+15В, -15В), для данной микросхемы было организовано питание +6В -6В на интегральных стабилизаторах 78L06 и 79L06.
Выход ADA4530-1 через резистор на 470 Ом подключен к неинвертирующему входу OPA140.
Инвертирующий вход OPA140 через резистор на 499 Ом подключен к земле (этот резистор нужен, чтобы могла работать цепочка C11, R77, без нее усилитель будет возбуждаться).
Цепи корректирующие "0" не строились, ввиду того, что по всем расчетам общее смещение ADA4530-1 + OPA140 не должно превысить в худшем случае 200мкВ, что даст 2е.м.р. смещения нуля в 4.5 разрядном режиме.
Впрочем, коррекцию несложно ввести, при необходимости, подключив к инвертирующему входу OPA140 (но это не потребовалось).

Результат был ожидаем, прибор готов к работе сразу после включения, смещение действительно не превышает 2е.м.р. и оно стабильно.
Шумы визуально (по индикатору) не изменились (впрочем это тоже ожидаемо, так как основной источник шумов в данном усилителе не шумы входного транзистора или ОУ) - шумовую полку не стал снимать.
Хотя если снимать шумовую полку и построить девиацию Аллана в среднесрочной перспективе, то она спуститься ниже из-за улучшения термостабильности усилителя.
Метрология прибора в результате доработки не пострадала (так же ожидаемо) и соответственно, какая либо перекалибровка не потребовалась.
После доработки прибор стал куда более удобен в повседневном использовании. Владельцам В7-49 могу рекомендовать данную доработку.

Re: Модернизация советских цифровых вольтметров типа В7-хх

Ср апр 14, 2021 23:26:10

Итак, В7-49 никогда не калибровался с момента выпуска, в том числе и после переделки (не настраивался). Проверялся при помощи НК4-1 + Д1, другие дифференциаторы не использовались, так как для прибора такого класса чувствительности достаточно только дифференциатора Д1.
Результаты проверки: 2 диапазона провалены: 10мА и 1мА, но тут нет проблем их подстроить. И провал проверки данных диапазонов не может быть никак связан с доработкой электрометрического усилителя.
То что данные диапазоны не вложились в погрешности, наиболее вероятно связано с подстроечными резисторами на данных диапазонах. Хотя еще более вероятно тут проблема с погрешностью НК4-1 на поддиапазоне 1Е-2А. И вот почему: 1Е-2 диапазон провален, так же провалена точка 1.9Е-3, которая формировалась на НК4-1, как 0.19Е-2.
Файл с результатами прикладываю, кому интересно: https://disk.yandex.ru/i/DwCXynns1YAd9g

P.S. Так же к полученным результатам необходимо относиться с долей осторожности, ибо сам НК4-1 пока еще не посетил ВНИИМ (но его там ждут :) ), и если говорить совсем жестко - имеет неизвестные погрешности по воспроизведению токов.

Re: Модернизация советских цифровых вольтметров типа В7-хх

Чт апр 15, 2021 09:27:06

.. провалены: 10мА и 1мА, ... Хотя еще более вероятно тут проблема с погрешностью НК4-1 на поддиапазоне 1Е-2А. ..
к полученным результатам необходимо относиться с долей осторожности, ибо сам НК4-1 пока еще не посетил ВНИИМ (но его там ждут :) ), и если говорить совсем жестко - имеет неизвестные погрешности по воспроизведению токов.

А не помог бы в этой ситуации второй, поверенный от иного источника, прибор, включенный последовательно с В7-49? Чисто для вычленения источника погрешности.
Токи вроде не эксклюзивной размерности..
Или какой-нибудь 100-Омный Р331 (с типом могу ошибаться) с доп. вольтметром..

Re: Модернизация советских цифровых вольтметров типа В7-хх

Чт апр 15, 2021 15:45:07

А не помог бы в этой ситуации второй, ..


Естественно, после получения таких результатов, и с попаданием НК4-1 под подозрение я провел дополнительные проверки.
Прежде всего, проверил показания В7-49 сформировав ток при помощи резистора РФП2 номиналом 120Ом и фактическим сопротивлением 119,965. Показания В7-49 были в пределах допуска.
После этого НК4-1 был вскрыт и проверены реле... собственно проблема была там, сопротивление контакта 2.15Ом Подгулявшие герконы были заменены.
После этого еще раз были произведены измерения на поддиапазонах 1Е-2А, 1Е-3А, 1Е-4А.
Исправленная таблица: https://disk.yandex.ru/i/JgSHegR8ClesIA

Мораль сей басни такова: при восстановлении отечественных приборов нужно обязательно проверять переходное сопротивление контактов всех реле. Даже если это не РВ-5А, даже если это герконовые и с позолоченными контактами.

Re: Модернизация советских цифровых вольтметров типа В7-хх

Пт апр 16, 2021 01:44:15

..Мораль сей басни такова: при восстановлении отечественных приборов нужно обязательно проверять переходное сопротивление контактов всех реле. Даже если это не РВ-5А, даже если это герконовые и с позолоченными контактами.
Из собственного опубликованного опыта солидаризируюсь с вами. Если позволите, добавил бы в "мораль" и забугорную технику самых серьёзных брендов, а также косячить могут не только реле, но и переключатели/выключатели/соединители/панельки, сколько бы золота туда не "намазали".
И даже пАйки, как выяснилось на текущей неделе..

Re: Модернизация советских цифровых вольтметров типа В7-хх

Пт апр 16, 2021 08:39:51

Вот-вот. А уважаемый Mickle в своем калибраторе для коммутации сопротивлений применил реле, а в магазине сопротивлений - переключалку. А меня сомнения гложут по переходному сопротивлению в процессе эксплуатации. Или импорт вне физики? Или они при включении исполняют некий "танец"?
А может я уже спрашивал. Тут помню, а тут не помню…. :oops:

Тут глюк один поймал. При измерении сопротивления высокоомных резисторов обнаружилось, что силикон у измерительных проводов имеет утечку, влияющую на результат измерения. Предупреждал этих метролухов выкинуть их…. :kill:

Re: Модернизация советских цифровых вольтметров типа В7-хх

Пт апр 16, 2021 10:20:43

Всё верно, для коммутации резисторов я применил реле. Однако, ни начальное сопротивление контактов, ни его вариация не привносят существенной погрешности, т.к. резисторы измеряются по 4-х проводной схеме:

Изображение

В целом же для минимизации погрешности от ненулевого переходного контактного сопротивления я использовал известные схемотехнические приёмы:
1) коммутация потенциальной цепи (т.к. I -> 0, падение напряжения на контактах dU -> 0). Пример: селектор входного сигнала для каскада усилителя на ОУ, коммутатор цепи ООС ОУ и т.п.
2) коммутация цепи источника тока. В этом случае переходное контактное сопротивление (десятки миллиом - единицы ом) несоизмеримо мало в сравнении с выходным дифференциальным сопротивлением источника (мега- и гигаомы).
3) коммутация и токовой и потенциальной цепей. Пример: кельвиновское подключение шунтов ИТУН и калиброванных резисторов.

С магазином сопротивления ситуация иная. Поскольку он 2-х проводной, начальное сопротивление приходится учитывать алгебраически, а вариация сопротивления уже заложена в пределы погрешности.

Re: Модернизация советских цифровых вольтметров типа В7-хх

Пт апр 16, 2021 12:20:02

силикон у измерительных проводов имеет утечку

Течет он и знатно течет. Тут только МГТФ или МГТФЭ, для гурманов - кабели из серии АВК.
Кстати, вроде еще и Transmille что то по поводу утечки силиконовых проводов упоминал, но я точно и не помню.

Re: Модернизация советских цифровых вольтметров типа В7-хх

Пт апр 16, 2021 12:21:44

Течет он и знатно течет.
А каков порядок величины?

Re: Модернизация советских цифровых вольтметров типа В7-хх

Пт апр 16, 2021 12:24:41

резисторы измеряются по 4-х проводной схеме

Блин, видел же эту схему. Но как говорится смотрел сквозь нее под своим углом зрения и слона не приметил. :oops:
Ее же можно реализовать и без управления контроллером - небольшая крутилка и табличка со значениями.
В новеньком магазине емкостей Meatest M-520 стоят декадные крутилки и коммутация на реле. Питание от встроенного аккумулятора. Компактно, удобно. Тенденция-с.
А то я все себе не могу выбрать вариант исполнения магазинов.... :roll:

Re: Модернизация советских цифровых вольтметров типа В7-хх

Пт апр 16, 2021 12:28:06

А каков порядок величины?

В достаточно широких пределах, поэтому сложно сказать. Видел и нА на 10В тестового.

Добавлено after 2 minutes 41 second:
Но чаще - десятки, реже сотни пикоампер, при 10В испытательного.

Re: Модернизация советских цифровых вольтметров типа В7-хх

Пт апр 16, 2021 12:34:16

Кстати, вроде еще и Transmille что то по поводу утечки силиконовых проводов упоминал

В одном помещении имеют место быть помехи от светодиодного освещения. Пришлось как-то там проверять мультик. Установил калибратор Transmille, заземлил. Для исключения помех свил провода косичкой. Провода родные из комплекта Transmille. Вместо помех получилась утечка....
Вроде бы прозванивал тогда мегомметром эти провода и замечаний в этом плане к ним не было. Времени не было на разборки, притащил металлический ящик и в нем провел измерения.

Re: Модернизация советских цифровых вольтметров типа В7-хх

Пт апр 16, 2021 12:49:12

В одном помещении имеют место быть помехи от светодиодного освещения.

Вот не просто так я упомянул МГТФЭ и АВК (глядя в сторону измерительных проводов от вольтметров МНИПИ/БЕЛВАР).
Тот же В7-54/2 в не метрологических условиях спокойно измеряет 1000МОм, и показания стабильны.
Изображение

Re: Модернизация советских цифровых вольтметров типа В7-хх

Пт апр 16, 2021 13:44:13

МГТФЭ и АВК (глядя в сторону измерительных проводов от вольтметров МНИПИ/БЕЛВАР

Два сигнальных провода в экране каждый на свой штекер. Экраны на земляной штекер. Так? Или там витая пара в экране как в учебниках?
А ведь придется сделать. Эти вездесрущие лампы уже порядком достали. :kill:
Вроде подобные были в комплекте к Щ1516. Остальные не запомнились. Где-то в ящиках лежат. Как всегда быстрее купить или самому сделать.... :)))

Re: Модернизация советских цифровых вольтметров типа В7-хх

Пт апр 16, 2021 14:45:28

В экране один провод. Отдельный экранированный провод на штекер. Экран подключается к выходу слежения (Guard).
Снимаются сразу 2 проблемы - наводки и утечка, так как экран подключается к следящему напряжению.
Впрочем, утечки сами по себе малые из-за того, что провод во фторопластовой изоляции. Так же виртуально нивелируется емкость кабеля опять таки за счет следящего напряжения.

Re: Модернизация советских цифровых вольтметров типа В7-хх

Сб апр 17, 2021 00:47:13

..Экран подключается к выходу слежения (Guard)..
Где ж его взять, следящий-то.. У западников понятие "Guard" не совпадает с Белваровским, для них это просто наружный корпус. И даже в таком усечённом виде далеко не у всех моделей эта клемма присутствует.. Из относительно доступных у 3456 есть; а у 3457, 34401, 8442, К2001 - нет.
Хоть сверли лицухи и клеммы ставь..
Печаль..

Re: Модернизация советских цифровых вольтметров типа В7-хх

Сб апр 17, 2021 10:39:51

В мануале на Fluke 8842A:
Изображение

Re: Модернизация советских цифровых вольтметров типа В7-хх

Сб апр 17, 2021 11:44:15

ОТДЕЛЬНОЙ-то клеммы нет.
У всех моих кабелей провода Hi и Lo изолированы от экрана, соответственно 3 или 5(для Кельвиновского подключения) штекеров. Похожая картина у кабеля от Щ1516:
Изображение Изображение Изображение

Или городить отдельный кабель, или переходник с 2-х гнёзд в 1 штекер.

Да и не всегда это хорошо, жёсткая посадка экрана на Lo. Для режима нуль-метра, к примеру, вряд ли подойдёт..
Ответить