Методика калибровки мультиметров

[Mickle]

https://m.radiokot.ru/forum/viewtopic.php?f=10&t=128853
До сих пор такой лежит, недоделанный. AD9833 в термостате, масштабный усилитель до 1 и 10 В, декадный аттенюатор. 10 Гц - 1 МГц. Передаю размер единицы ему периодически. Краткосрочная нестабильность ~0,01% FS.

Давеча добавил режим ACV в прошивку старого самодельного калибратора на базе 20-битного ЦАП и LM399/ADR1399. Частота фиксированная, не выше 1 кГц. И диапазона всего два. Но зато показатели стабильности за границами МХ доступных 8-разрядных вольтметров.

[trengtor]

Mickle писал(а):

https://m.radiokot.ru/forum/viewtopic.php?f=10&t=128853

Готовых интегральных ИОН в этой области нет и ожидать не приходится

Вообще-то есть. Например, APEX SWR200, но только если устраивает не слишком высокая точность по напряжению в 0,5% и частота 3,3 кГц:

FEATURES
• Very High Accuracy: +7.071Vrms ±0.5%
• Extremely Low Drift: 20ppm/°C (-55°C to +125°C)
• Excellent Stability: 10ppm/1000 Hrs. Typical
• Low Distortion: 0.1%THD @ F = 3300 Hz
• Hermetic 14-pin Ceramic DIP
• Military Processing Option
APPLICATIONS
• Transducer Excitation
• High Resolution Servo Systems
• High Precision Test and Measurement Instruments
• AC Voltage Standard
• LVDT or RVDT Reference
• Multiplying D/A Reference
DESCRIPTION
SWR200 is a Precision Sine Wave Reference providing an ultra stable sine wave output of +7.071V at ±0.5% initial accuracy and temperature coefficient as low as 20ppm/°C over the full military temperature range. The extreme accuracy is made possible by a chopper-based AGC circuit. The temperature characteristic of the chopper circuit compensates the typical nonlinearity of the internal DC Zener reference, resulting in a nearly linear amplitude-temperature characteristic. Frequency of the SWR200 is programmable with two external capacitors.
The SWR200 is available in a 14-pin bottom braze package. They are hermetically sealed and “M” versions are screened for high reliability and quality.
SWR200 is well suited for any application requiring a stable sine wave source. The SWR200 can be used as a reference source in precision sensing systems based on LVDT or RVDT position sensors. A programmable AC reference can be constructed using the SWR200 as a reference for a high accuracy multiplying Digital to Analog Converter.

[Mickle]

Про SWR200 я знаю. Писал когда-то биографию основателя фирмы и собственно разработчика чипов ИОН. Только я не видел ещё ни одного случая, чтобы кто-то в РФ решился и таки купил хоть один экземпляр.

[trengtor]

Mickle писал(а):

Только я не видел ещё ни одного случая, чтобы кто-то в РФ решился и таки купил хоть один экземпляр.

Цена...

[Динозавр]

trengtor, ---калибровку RMS-режимов.---
Образцовый источник постоянного напряжения + ключи = меандр с известными параметрами?

[abessv]

Спасибо всем отписавшимся за табличку. Кстати, вот тут Эркон утверждает, что сможет изготовить С2-29В с ТКС 5 ppm/c. Как думаете, реально ли это? Кстати, у Vishay тоже есть похожие на С2-29В резисторы с ТКС 5 ppm. https://www.erkon-nn.ru/catalog/pretsiz ... 2-29v_otk/

[local07]

Кстати, вот тут Эркон утверждает, что сможет изготовить С2-29В с ТКС 5 ppm/c. Как думаете, реально ли это?

В сети есть скан справочника "Резисторы", под ред. Четверткова, 1987г. Там на С2-29В указаны те же параметры, что и у Эркона на сайте.
Вот нет под рукой оранжевой версии этого справочника от 1981 года...
Однако, где-то в 1983-м году привез с аффинажки много резисторов с технологическими картами. Как потом оказалось то были С2-29В в разной степени "готовности". Причем, в некоторых технологических картах были отметка типа "партия может быть признана годной к экспорту".
Думаю, что это говорит о том, что С2-29В не только выпускались серийно.
Можно конечно покопаться в закромах и посмотреть маркировку тех резисторов с аффинажки. Можно и по упаковкам с резисторами в закромах пройтись. Но как-то не заводит это. Смысл? Все равно все перепроверять надо....

Кстати, что поразило еще тогда у С2-29В.
Все резисторы, имевшиее товарный вид, а именно промаркированные и покрытые лаком, имели облуженные выводы. Тогда это очень поравилось. Позже уже в упаковочных версиях, выводы тоже были облужены.
Можно предположить, что это как-то связано с неким гарантированным параметром резисторов, а не с удобством для монтажников. Чтобы в процессе монтажа не перегреть тело резистора и т.о. не увести его параметр за допустимые пределы. Предположение...

[abessv]

Спасибо за ответ! Кстати, вот тот Вишай, который тоже от 2 до 10 ppm - на вид один в один С2-29В. https://www.vishay.com/en/product/28726/

P.S. Один форумчанин поделился "бедой" - его организация заказала 30 штук этих С2-29В с ТКС в 5 ppm/c, но Эркон делает их уже больше года, хотя срок поставки по договору - 6 месяцев. Короче, достать их еще сложнее, чем Vishay.

[telem]

Mickle, приветствую тебя. Давно я тут не был и тема вечная "Измерения". В прошлые времена я собрал ИОН на LTZ1000 и для калибровки мультиметра я бы попросил у соседа магазин прецизионный Р236-2 класса 0,02% и отлично провёл бы время. А. что, сиди себе магазин крути и получай удовольствие.

Добавлено after 3 minutes 25 seconds:
К стати, давно не слышал xDeva? Где он, как здоровье?

[bsw_m]

Думаю, под название темы данный пост более чем подходит.
Являясь владелцем странного, но интересного творения японской мысли мультиметра Advantest R6581, у меня естественно стоит вопрос улучшения его метрологии, но даже правильнее сказать - приведения его метрологии к тому, что было заложено в его архитектуру/схемотехнику, но почему то не было реализовано производителем.
Так как тема посвящена калибровке, то различные доработки прибора описывать не буду, впрочем, они описаны ранее Михаилом и сообществом.
У меня же сейчас стояла задача поправить прибору INL и трансфер коэффициенты DCV. Благо, такая возможность появилась благодаря титаническому труду Михаила по реверс-инжинирингу данного прибора.

Итак, калибровка линейности. Что может являться мерой линейности с максимальной точностью? Ответ прост - эталон на основе эффекта Джозефсона (далее JVS).
Соответственно подготовился, написал софт для данной калибровки, развернул на ноутбуке ОС с соотвествующим окружением. Все собрал и поехал в лабу.
Естественно, зная про чувствительность JVS чипа к различным помехам, было предположение, что Advantest R6581 работой своего Az будет сбивать работу эталона. Так и произошло.
Но настроить INL АЦП прибора было необходимо. В силу того, что это оказалось невозможно сделать непосредственно при подключении к эталону, был использован более длинный путь, и в схему добавилось два прибора. А именно Fluke 5720A и Agilent 3458A. Линейность данных приборов была проверена штатной процедурой эталона и были получены значения ошибок, которые после небольшой обработки стало возможным использовать при калибровке INL Advantest R6581.
Собственно калибровка INL Advantest R6581 стала выглядеть таким образом:
1. Передача линейности приборам Fluke 5720A и Agilent 3458A.
2. Подключение к Fluke 5720A калибруемого прибора и Agilent 3458A для дополнительного контроля.
3. Собственно сама калибровка INL Advantest R6581, с учетом коэффициентов для Fluke 5720A, полученный при проверке его линейности относительно JVS.
4. Калибровка передачи единицы DCV у Advantest R6581, тут уже проще - от источника требуется только краткосрочная стабильность и все.

Далее была уже калибровка Advantest штатной процедурой через его меню, причем эту калибровку удалось выполнить напрямую от JVS.
К сожалению, полную проверку линейности прибора после коррекции выполнить не удалось, так как предыдущие этапы заняли много времени и рабочий день близился к концу.
Но некоторые точки проверить удалось (При положительной полярности. При отрицательной же полярности, увы это совершенно невозможно - мультиметр работой своего Аз сбивает работу JVS вплоть до невозможности найти рабочую ступеньку).
Как пример такой точки при контроле линейности: 1В на диапазоне 10В


Фото части лабы:


И как бонус, краткосрочная стабильность Advantest R6581 относительно JVS. Тут участок пока JVS не перескочил на другую ступеньку:


В целом, результатами удовлетворен. Были получены новые данные для изучения/осознания. И получилось поработать с интересными приборами/установками.

[abessv]

Кто-нибудь может знает, как выглядят эталоны емкости и индуктивности? Какой магнитопровод в эталонах индуктивности, какой провод, и какой диэлектрик в эталонах емкости? Какие эти меры имеют особенности? Есть выход на прецизионные измерители емкости и индуктивности, и хотелось бы «перенести» некоторые значения этих величин в переносной эталон для калибровки своих личных приборов. Спасибо!

[Прист]

abessv писал(а):

Кто-нибудь может знает, как выглядят эталоны емкости и индуктивности?

картинок в сети достаточно, ищите для емкости Р597 и для индуктивности Р5101....Р5115 (для ВЧ - Р593)
в мерах емкости диэлектрик точно воздух, в индуктивности не в курсе - не разбирал

[local07]

abessv
На ресурсе была тема про Новосибирский опытный завод “Эталон”. Там и про C и про L с картинками внутренностей есть.

Была как-то на обслуживании мера взаимоиндуктивности Р5017. Внутри простые катушки без сердечника.
Сонэловские катушки индуктивности LN-1 - тоже простые катушки без сердечника.

В спецификаци на магазин емкости Р5025 указаны типы конденсаторов. Там и диэлектрик и прочие прелести.

И ... с емкостями и индуктивностями не все так просто. Там еще частота участвует и не только...

[abessv]

Спасибо всем за ответы! Вообще, логично звучит, что эталон индуктивности без магнитопровода - по идее, индуктивность катушки не должна зависеть от частоты, а с введением магнитопровода появляется нелинейность характеристики. В идеале, даже, чтобы катушка была бы солиноидом - длина намотки в один слой и намного больше диаметра. Тогда эта штука должна мало того, что быть линейна, но ещё и должна очень просто рассчитываться. По конденсаторам, конечно, интересно, почему диэлектрик - воздух, а не вакуум. Ибо мне кажется, что диэлектрическая проницаемость воздуха будет зависеть от состава газа. Но если делать такие эталоны емкости на вакууме, то пропадает диэлектрическая проницаемость воздуха, оставляя только диэлектрическую постоянную, а, следовательно, емкость будет мизерная. Только параллелить вакуумные ячейки, но тогда придётся бороться с паразитной индуктивностью электродов. Хотя, теоретически, индуктивности можно соединять параллельно или последовательно, также, как резисторы… но это мои домыслы, если не прав - поправьте.

[bsw_m]

abessv писал(а):

По конденсаторам, конечно, интересно, почему диэлектрик - воздух, а не вакуум. Ибо мне кажется, что диэлектрическая проницаемость воздуха будет зависеть от состава газа. Но если делать такие эталоны емкости на вакууме, то пропадает диэлектрическая проницаемость воздуха, оставляя только диэлектрическую постоянную, а, следовательно, емкость будет мизерная. .

Еще такие есть: http://www.andeen-hagerling.com/ah11a.htm

[3zna]

Здравствуйте. Мультиметр Richmeters 113G. Как откалибровать? При проверке постоянного напряжения, от китайского ИОН, завышает на 0.07в на 10в. Хотелось бы чуть уменьшить. В принципе в пределах погрешности 0.8%, но нет предела совершенству.....

[Dӧppelganger_857]

Небольшой апдейт по тому что удалось сделать на текущий день.
Так как в хозяйстве появился свой 34401а, встала логичная проблема наличия двух часов, показывающих неясное время - раньше я мог всегда оправдаться тем, что "калибровался по лучшему прибору из имеющихся", а теперь их два, так ещё и в разных местах, и оба калибровались ещё в 90х, так что... бесполезной возни прибавилось. У моего ещё и переклюк терминалов "кислый", контачит плохо. Дёргать много-много раз пробовал, но не особо помогло.

Со времени первого моего предыдущего поста по теме, в поле зрения попали китайские чопперы TP27, обеспечивающие нормальные характеристики для такой меры, на мой взгляд, с допустимым питанием в 36В. Да, разбег смещения в +/-50мкВ выглядит не очень, но замеренный мной кусок ленты в 10 штук уложился менее чем в 20мкВ, чего вполне достаточно - главное, чтоб долговременная стабильность была хорошей, а конкретное значение не столь важно, плюс т.к. это чоппер - у него низкий ТКН смещения.
Токовый шум по входу не должен быть проблемой в довольно низкоимпедансных цепях. Возможно, он критичен в случае инвертирующего входа, который сидит на делителе напряжения, но ОУ скорректирован "вдупель" (0,47мкФ + 10к в цепи ООС) для работы на емкостную нагрузку 10мкФ без выбросов на АЧХ, поэтому, не думаю что проблемы с этим будут. Могу и ошибаться, конечно, материи шумов, особенно токовых (о которых в даташите буквально одна строчка с параметром плотности на одной, далекой от зоны интереса, частоте) мне не особо понятны.

Делитель было решено сделать на КМ308НР1 с неясным ТКН (поленился измерить, решил сразу всю конструкцию протестировать методом "холодильника"), в конфигурации 5/12 (2 по 10R параллельно на 3В, 2х1R +10R последовательно на 7В).
LM399, которую любезно переслал мне shodan, с замеренными мною "где-то 7,059В при токе около 1мА".
Получилось 10,00096В на первоначальной макетке:

Сегодня на каком-то странном мягком куске текстолита (выбранном по принципу "самый грязный и окисленный чтобы не жалко было") сделал прототипную двухстороннюю плату схемы с масштабником на 10В и буфером на 7В, получилось 10,00089В и 7,05942В соответственно:

Она была положена в пенопластовую коробку. Провода выходят из небольшой прорези, в итоговой конструкции можно залить её герметиком. Подключение к минусу стабилитрона осуществляется тремя проводами: один на выход, второй на делитель, третий на минус питания, к плюсу - двумя, один на входы ОУ и второй на резистор С5-5-1Вт 3кОм 0,05% задающий ток с выхода 10В.
Всего от LM399 идёт 7 дорожек, и я не очень уверен в своих навыках ЛУТа, поэтому мостик между основной платой и выносом с LMкой такой толстый.
От каждого буфера идут по 2 провода, FORCE и SENSE, но смысла в этом конечно мало - поскольку "буфера нуля"-то нету, это не полноценный кельвин. Да и не нужно оно тут, сделал просто "чтоб было".
На прототипе совсем забыл про резистор на нагреватель и диод защиты от переполюсовки.
Схема прототипной платы сейчас выглядит так:

На обратной стороне платы (со стороны дорожек, а не под самой КМ308НР1) стоит MCP9700A, термодатчик с линейным выходом для сервисного контроля температуры на всякий случай. Измерения довольно приблизительные, но за всё имеющееся время теста температура внутри коробки относительно окружающей среды повысилась примерно на 2,2 градуса, и продолжает потихонечку ползти. Пока что LM399 не укутана полностью в пенопласт, платка просто "валяется" там.

Думаю над корпусом и над улучшением платы для заказа на каком-нить сервисе типа pcbwave, а так же над замером ТКН.
Так же в пути OPA140 с чипа. LNA сделать хочется, чтобы проверить теорию о попкорне старой платы на LM399+LT1001.

[GARMIN]

Dӧppelganger_857, как вы считаете, стоит подключить к неинвертирующему входу операционника резистор такого же номинала для компенсации разбаланса входным током. А3 (+) - 100 Ом, А4 (+) - 10к?

[Dӧppelganger_857]

GARMIN писал(а):

Dӧppelganger_857, как вы считаете, стоит подключить к неинвертирующему входу операционника резистор такого же номинала для компенсации разбаланса входным током. А3 (+) - 100 Ом, А4 (+) - 10к?

Спорный момент... я действовал из следующих соображений:

Во-первых, со стороны сборки делителя у A3 уже есть несколько десятков килоом ЕМНИП, достаточных для работы коррекции.
Сто ом там стоят просто так - посадочное место сделал на всякий случай и т.к. "нулевых" резисторов у меня нет, поставил наименьший из имеющихся в наличии.

Во-вторых: https://static.3peak.com/res/doc/ds/Datasheet_TP27.pdf
Токи по входу будут в районе 200пА. Не думаю, что есть смысл гнаться за согласованием импедансов. Тем более, что со стороны стабилитрона импеданс 1 Ом, т.е. резистор пришлось бы ставить и после него. Чем меньше импеданс на входах - тем ниже вклад (довольно больших) токовых шумов входа чоппера.

[Dӧppelganger_857]

Выяснился неприятный недостаток моей попытки в двухстороннюю плату...
Подключив к выходу делитель со входным сопротивлением 10кОм был неприятно удивлён. 2.5мВ где-то потерялось.

Сопротивление дорожки от минуса стабилитрона до выходной клеммы составило ~2,2 Ом, бОльшая часть которых находится между переходами на вторую сторону - то есть видимо, виноваты пистоны, которыми оформлена металлизация. Подпайкой между минусом стабилитрона и точкой подключения выходной минусовой клеммы проводочка МГТФ0,2 удалось снизить паразитное падение между клеммой и минусом стабилитрона LM399 до 65мкВ.

Вывод пока я для себя делаю такой: необходим "буфер нуля", для обеспечения полноценного четырёхпроводного подключения выходных клемм для нагрузок, не являющихся вольтметром с высоким входным сопротивлением. Казалось бы, очевидно, но я не ожидал, что сопротивление дорожек будет играть такую большую роль - казалось бы, ток всего 1мА... Но и сопротивление переходных пистонов оказалось неприятно высоким. Из чего ж они сделаны тогда, это же толстенная бронза по виду.

Будет небольшой челлендж сделать такой буфер в схеме с однополярным питанием, но благо современные китайские КМОП чопперы имеют очень даже рейл-ту-рейл выход, всё что нужно, это обеспечить небольшой минус в пол-вольта, чтобы гарантированно уйти от близкого к насыщению выходного каскада ОУ значения в 50-100мВ.