Модернизация советских цифровых вольтметров типа В7-хх

[Mickle]

Входные цепи вольтметра и рекомендации по разводке напрямую зависят от того, какие требования предъявляются к метрологическим показателям прибора. Именно поэтому без чёткого и ясного техзадания шансы на эффективное решение проблемы равны нулю.
Вольтметры с динамическим диапазоном в 7,5 - 8,5 декад проектируются совершенно иначе, чем 5,5 - 6,5 декадные. А они в свою очередь отличаются от 3,5-4,5 декадных. Отличия будут и в типе АЦП, и в во входном нормирующем усилителе/аттенюаторе, и в системе защиты от перегрузок и т.д. и т.п. В прецизионных вольтметрах приходится применять дополнительные меры защиты от утечек (двойные изопотенциальные кольца и дорожки с усилителями слежения), гальваническую развязку между измерительной и управляющей цепями, особый подход нужен и к аналоговым ключам (минимизация термоЭДС и иньекции заряда, усилители полуслежения...), источнику питания, в общем, ко всему.

Схемы электрические принципиальные и руководства по эксплуатации на советские мультиметры типа В7 можно найти здесь: http://www.jais.ru/texp.html. Ещё больше информации можно подчерпнуть из Service Manuals на зарубежные мультиметры. Их в Сети ещё больше.
А вот пример любительской разработки 6,5-разрядного карманного мультиметра постоянного тока: http://bbs.38hot.net/read.php?tid=4831. На этом же сайте в строке поиска можно набрать изготовителя и модель прибора и наверняка в результатах поиска будет несколько тем с описанием и фотографиями конструкции. Попробуйте Datron 1061, 1062, 1071, 1081; Solartron 7150, 7081; HP 3455A, 3456A, 3457A; 34101A ...

[D-Breez]

Огромное спасибо, Mickle! Вот это я понимаю! Деловой подход. Если определю параметры измерения, требуемую погрешность, не поможете советом как определиться со схемой вольтметра?

[Mickle]

Разумеется помогу, и не только я, конечно же
Забыл отметить, что указанная мной последняя ссылка ведёт на китайско-язычный ресурс. Его удобнее всего просматривать с помощью Google Chrome, в котором следует задать направление перевода с китайского(упрощённого) на английский язык. Так технические тексты переводятся практически идеально. А вот на русский не рекомендую, т.к. понять ничего не возможно.

[D-Breez]

Доброго здравия, Mickle. Вот тех задание на вольтметр, исходя из потребностей измерения.
Требуется измерять напряжения
в диапазоне 2...20В с точностью 1,5%,
в диапазоне 200...500 мВ с точностью 1%
в диапазоне 50...100 мВ с точностью 10%
И токи
в диапазоне 20...600 мкА с точностью 3%
в диапазоне 1...20 мкА с точностью 10%
в диапазоне 0,7...1 мкА с точностью 3%
Измеряемые величины - постоянный ток и напряжение. Ток измеряется, как падение напряжения на известном номинале шунта, которое затем пересчитывается по закону Ома в величину тока. Точность в том смысле, что не должна быть хуже указанной
Что посоветуете?

[Mickle]

С такими требованиями сможет справиться даже старенький В7-38 Правда за исключением предела 0,7-1 мкА, на котором погрешность будет составлять 6%. Тоже самое можно сказать и про некоторые карманные мультиметры, например, UT71E.
Если промышленного мультиметра будет достаточно для решения проблемы, тогда нужно выяснить для себя ещё ряд вопросов, как то:
1) будет ли прибор только показывающим устройством, или же регистрирующим (нужен ли интерфейс с ПК)?
2) допустимо ли автоматическое переключение пределов измерения (может привести к нарушению монотонности показаний)?
3) шунт для измерения силы тока должен быть внешний или допустимо использовать штатный самого прибора?

[D-Breez]

Приветствую, Mickle. Видится такая идея.
Вольтметр будет входить в состав тестера и работать под управлением ЦП тестера. Результаты измерения вольтметра через ЦП передаются в ПК для дальнейшей обработки. Канал связи - USB через FTDI232. Переключение диапазонов происходит автоматически, т.к. предполагается сбор группы параметров (примерно 50) и переключение диапазонов оператором вручную снизит производительность практически до нуля. Но...
В каждом измерении используется свой диапазон и нет нужды переходить на другой. Перейти на другой диапазон можно в "ручном" режиме в случае сомнений о результате какого-то измерения. Но это частности. Используется редко. В основном - автомат.

[Mickle]

D-Breez, правильно ли я понимаю, что вход мультиметра будет подключен к аналоговому мультиплексору с отдельным управлением?
Про автоматический выбор предела измерения я заговорил потому, что во-первых на этот выбор тратится дополнительное время со случайной составляющей, что затрудняет синхронизацию сканирования каналов. Во-вторых, каждый переход с одного предела на другой сопряжён с разрывом передаточной характеристики ввиду разной погрешности измерения.

[D-Breez]

Mickle, всё так и есть. Только аналоговый мультиплексор это релейное поле, подключающее вход вольтметра к разным измеряемым цепям. Перед подключением в вольтметре автоматически устанавливается соответствующий диапазон и прочие настройки, заранее известные на этом тесте. В течении одного измерения (теста) настройки не изменяются. Время измерения не лимитируется, но желательно делать покороче, если это не приведёт к снижению точности, стабильности измерения.
Сканирования, в том смысле что непрерывное переключение каналов измерения, нет. Оператор включает коммутатор в нужную цепь, нажимает кнопку ПУСК и тестер быстренько перебирает 50 параметров, об меряет, обсчитывает их и ссыпает в базу.

[jes]

Здравствуйте.

Почитал посты про модернизацию В7-38, и решил поделиться своим опытом в этой части.
Когда-то этот вольтметр попал в мои руки, я с ним вдоволь повозился.
Насчет точности и стабильности показаний – был очень удивлен, как, прибор, собранный на ширпотребе, смог обеспечить такие параметры.

Более всего в нем напрягало две вещи – отсутствие сетевого выключателя, и, периодическая коррекция нуля (ручка R16, выведенная на заднюю панель).
Что касается сетевого выключателя – проблему решил довольно просто, установив его на заднюю стенку, а к передней – вывел длинный толкатель с кнопкой (чтобы не тащить сетевые провода через весь прибор).
Все остальные изменения – описаны в PDF-файле, который есть во вложении.

Насчет модернизации, предложенной Mickle.
Все это конечно, хорошо, но, вряд ли стоит это делать (ИМХО).
Я обошелся гораздо более простой переделкой, и, работа прибора после всех изменений – меня вполне устроила.
Тем более, основные недостатки, как правильно подмечено – никуда не делись, они уже заложены в самой схеме прибора.

Совет: очень желательно поставить на входе по сети помехоподавляющий фильтр, прибор очень чувствителен к сетевым помехам.

Насчет напряжений питания.
Если внимательно глянуть табличку “Питание микросхем” (расположенную на схеме около БП), то, там недвусмысленно написано, что микросхемы логики КМОП – питаются от напряжений -12V, и +2V, оно так и есть на самом деле.
Получается, что напряжение на них = 14V, повышать его почти некуда, оно и так рядом с верхним пределом (15 V) для этих микросхем.
Так может быть, неточность именно на странице 71 ТО и ИЭ вольтметра?

И еще, проверяйте смещение нуля обязательно при замкнутых входных клеммах.
Ведь внешние наводки всегда есть, независимо от нашего желания или нежелания.
При МАХ чувствительности 0.2 Вольта на всю шкалу (младший разряд отображает десятки микровольт !!!), даже небольшой кусок провода – уже будет хорошей антенной со всеми вытекающими последствиями.

[Mickle]

Отличная работа, jes! Спасибо, что поделились опытом.

[zöner]

схема и параметры сего чуда конечно жесть...
неужели у кого-то хватает интузиазьма реанимировать такое ?

[Andrew Martin]

Жесть - это измерение True RMS в UT71C. Мало того,что полоса всего 100кГц (от 10кГц погрешность 6%+30 ед. МЗР), так ещё иннерционность как будто там стоит термопреобразователь.
А советские приборы - это жесть только для любителей китайских мыльниц

[jes]

Смотря, что понимать под реанимированием...
Если плата - буквально развалилась пополам, это одно, а если немного пошаманить – так это совсем другое.
Опять же, эта головоломка все полезнее, чем отгадывать современные кроссворды.

Тем более, если он достался максимум за 30...40 убитых енотов.
Конечно, покупать В7-38 за 400…500 у.е. - вряд ли кто будет, это смешно.
Хотя, некоторые фирмы в сети предлагают его и за такие деньги.
Но, то, что он с легкостью уделает большинство китайских мультиметров - так это запросто.

Была еще одна безумная идея – перевести индикацию на нормальные светодиодные семисегментные индикаторы, но, там придется делать дополнительное питание, или искать новый трансформатор.
Пока работают ИВ-3А, решил этим не заморачиваться.
Плату для индикации, правда, развел в S-layoute, но, до ее изготовления дело так и не дошло.

Что же касается задумки собрать вольтметр на современной базе, это – очень спорный вопрос.
Собрать-то его можно, а вот где искать прецизионные резисторы, и тому подобное.
И, во что все это выльется, наверное, дешевле будет его все-таки купить.

Если уж пытаться собрать, то, смотреть надо (ИМХО) в сторону двухтактного интегрирования, и, чтобы АЦП был на одной микросхеме, а не “размазан” по всей схеме, как в В7-38.
Очень неплохая штука ICL7135, а все управление – вполне можно запихнуть в микроконтроллер.

Но, это просто мысли вслух, так сказать.

[zöner]

Жесть - это измерение True RMS в UT71C

для этого существуют конвертеры True-RMS-to-DC

[Mickle]

для этого существуют конвертеры True-RMS-to-DC

Так в UT71C и применяется True-RMS-to-DC: AD636.

Вообще, на мой взгляд при особом желании собрать широкодиапазонный вольтметр/мультиметр на современной элементной базе - вполне реализуемая задача. Вот некоторые проекты 6,5-декадных мультиметров:

http://www.eevblog.com/forum/oshw/open-source-multimeter/
https://sites.google.com/site/theopensourcemultimeter/ - Open Source Multimeter
http://bbs.38hot.net/thread-4594-1-1.html - мультиметр на базе АЦП LTC2440
http://bbs.38hot.net/thread-35246-1-1.html - полностью воспроизведён АЦП Agilent 34401A.

В конце концов никто не мешает взять за основу любой понравившийся серийный мультиметр . К примеру, вот так незамысловато выглядит вся изолированная измерительная часть PICOTEST M3500A:

[jes]

Mickle, вашу шутку оценил, действительно, “незамысловато выглядит”, и даже - как-то слишком просто.

После того, как я собирал преобразователь True-RMS-to-DC из статьи “Среднеквадратичный милливольтметр”, автор - Н.Сухов, опубликованной в Радио, N11, 12 за 1981 год, все микросхемные преобразователи типа AD636 – просто отстой, особенно по рабочей полосе.
Кто не верит – пусть на досуге помакетирует.

Кстати, есть неплохие универсальные вольтметры, например, MASTECH MS8050, его параметры очень даже ничего.
Не думаю, что самодельный прибор с подобными параметрами выйдет сильно дешевле.
Особенно, если учесть поиск калиброванного эталона напряжений, саму калибровку, и так далее.

[borys]

Несколько лет назад делал милливольтметр на ICL7135 по схеме из РАДИО №9 за 2004. Работает действительно хоро-
шо, сравнивал с промышленным.

[zöner]

В конце концов никто не мешает взять за основу любой понравившийся серийный мультиметр

Как-то не радуют пром.схемы, лучше пусть их другие делают.
Мне пока для постоянки хватит 24-битного АЦП с хорошей опорой (ADS12xx, LMP90100, REF31../REF50../MAX63..), с любым контроллером.
Делители - есть в продаже С5-60/61, совсем дешевые. Точность и ТКС отличные, но они проволочные, на ВЧ конечно не очень, до единиц/десятков кГц должны тянуть.
RMS-to-DS пусть будет дискретный по схеме Сухова, раз уж его все хвалят, но пока не нашел согласованных пар JFET.

Все равно все вместе в несколько раз дешевле б/у советских, не говоря про новые, которые вообще стоят как самолеты.

[Mickle]

Делители - есть в продаже С5-60/61, совсем дешевые. Точность и ТКС отличные, но они проволочные, на ВЧ конечно не очень, до единиц/десятков кГц должны тянуть.

С5-61 фольговые.

Кстати, не так уж и плох RMS преобразователь в UT71. До 400 кГц укладывается в 6%. На удивление 6,5-разрядный Solartron 7150+ с тем же чипом AD636 показал гораздо худшие характеристики. А 7,5-разрядный Datron 1071 оказался не откалиброван в режиме переменного тока, поэтому он приведён только для массовки. В противном случае показал бы прямую до 1 МГц.

Меандр, 5 В п-п:

[veejut]

Прошу прощения-Вас не затруднит провести подобную калибровку "Fluke 87"(разных серий) и "Fluke 8060"?Ещё интересуют "Agilent U1253","Tektronix TX3" и что-нибудь от "Метра ватт"(мультиметры). Вот такая нескромная просьба... Спасибо.