W zasadzie każdy z nas kiedyś będzie ten temat przerabiał. Zwłaszcza dotyczy to tych, którzy posługują się sprzętem pomiarowym, pochodzącym z poprzedniej epoki, lub tanimi miernikami, na których nie bardzo można polegać. Przychodzi taki moment, kiedy każdy z naszych woltomierzy zaczyna pokazywać inny wynik. Pół biedy, jeśli mamy choćby jeden miernik, który jest pewny. Wtedy, można pozostałe skalibrować, porównując odczyty. Jeśli nie mamy takiego miernika, to zaczyna się problem. Dochodzimy do wniosku, że przydałoby się jakieś stabilne, wzorcowe napięcie, by skalibrować woltomierz, choćby w kilku punktach.
I zaczynają się poszukiwania. Na Allegro, czasami są dostępne chemiczne ogniwa Westona. Napięcia z takich źródeł, owszem są stabilne aczkolwiek uzależnione od temperatury. Niestabilności dotyczą czwartego miejsca po przecinku, więc dla naszych zastosowań, są wystarczająco dokładne. Obsługa takich źródeł jest strasznie uciążliwa.
Nie można ich przenosić ( poruszać) 7 dni przed pomiarem,
max. obciążalność to 1 uA, pobór 100uA, uszkadza ogniwo, etc.
By za bardzo nie komplikować tematu, trzeba więc rozejrzeć się za jakimiś scalonymi źródłami napięcia odniesienia.
Kiedyś, jednym z lepszych układów, był REF 02.
http://www.analog.com/static/imported-f ... /REF02.pdf
Jego współczynnik temperaturowy dotyczący zmiany napięcia na wyjściu, zależnie od grupy selekcyjnej, wynosi od 3-25ppm/stC
( ppm=10^-6).
Innym ciekawym źródłem, jest układ MAX6250
http://www.datasheetcatalog.org/datashe ... AX6250.pdf
Zalety to, wysoka dokładność poczatkowa +- 0,02%, czyli dla 5V, mamy max. odchyłkę na poziomie +- 1mV, obciążalność +- 15mA,
Współczynnik temperaturowy 1-max.8 ppm/st.C.
Są to wystarczająco wysokie parametry stabilnościowe, wybrałem więc taki właśnie układ scalony. Czas zastanowić się nad schematem.
C.D.N.
Kalibracja woltomierza
Moderatorzy: gsmok, tszczesn, Romekd, Einherjer, OTLamp
-
ATM
- 500...624 posty
- Posty: 578
- Rejestracja: pn, 2 lutego 2004, 09:55
Re: Kalibracja woltomierza
Dążąc do ideału, trzeba by wykonać 14-to, może 16-to bitowy układ przetwornika C/A, z zewnętrznym napięciem odniesienia, opartym właśnie na układzie MAX. Przetwornik, sterowany byłby z zadajnika kodu, najlepiej na magistrali I2C, na którym to układzie, ustawiałoby się (cyfrowo), żądaną wartość napięcia wyjściowego z przetwornika. Myślę, że dla naszych zastosowań, to przerost formy, trzeba pomyśleć o zwykłym analogu.
Jednym z problemów, mimo znacznej dopuszczalnej obciążalności, jest konieczność buforowania wyjścia układu MAX, tak, by jego obciążenie, było jak najmniejsze i w miarę możliwości stałe. I tu znowu kłopot, trzeba zastosować w tym celu wzmacniacz operacyjny, o znikomym napięciu niezrównoważeni, na poziomie kilku uV i minimalnym dryfcie temperaturowym rzędu 0,05uV/st.C, lub lepiej. Wzmacniacze np. MAX430, MAX432, MAX4238, spełniają warunki, jest jednak taki problem, że ja nie mam ich w swoich zbiorach
Zakładając, że układ napięcia odniesienia, obciążony będzie dzielnikiem rezystorowym,
( by uzyskać też niższe napięcia wzorcowe), wymuszającym prąd ok. 3mA, musimy pogodzić się z błędem napięcia wyjściowego w granicach, 25-30 uV, co wdg. mnie jest do przyjęcia. W związku z tym, iż współczesne woltomierze, mają wysoką oporność wejściową, pomijam dodatkowe obciążenie wprowadzane przez kalibrowany przyrząd.
I tak, godząc się z pewnymi uproszczeniami i w związku z tym gorszymi parametrami naszego źródła referencyjnego, Zaczyna rysować się dość prosty, by nie powiedzieć trywialny
schemat.
Jest jeszcze jeden problem do rozwiązania, by uniknąć zbyt szerokich zmian temperatury pracy, trzeba pomyśleć o termostatowaniu całości.
C.D.N
Jednym z problemów, mimo znacznej dopuszczalnej obciążalności, jest konieczność buforowania wyjścia układu MAX, tak, by jego obciążenie, było jak najmniejsze i w miarę możliwości stałe. I tu znowu kłopot, trzeba zastosować w tym celu wzmacniacz operacyjny, o znikomym napięciu niezrównoważeni, na poziomie kilku uV i minimalnym dryfcie temperaturowym rzędu 0,05uV/st.C, lub lepiej. Wzmacniacze np. MAX430, MAX432, MAX4238, spełniają warunki, jest jednak taki problem, że ja nie mam ich w swoich zbiorach
Zakładając, że układ napięcia odniesienia, obciążony będzie dzielnikiem rezystorowym,
( by uzyskać też niższe napięcia wzorcowe), wymuszającym prąd ok. 3mA, musimy pogodzić się z błędem napięcia wyjściowego w granicach, 25-30 uV, co wdg. mnie jest do przyjęcia. W związku z tym, iż współczesne woltomierze, mają wysoką oporność wejściową, pomijam dodatkowe obciążenie wprowadzane przez kalibrowany przyrząd.
I tak, godząc się z pewnymi uproszczeniami i w związku z tym gorszymi parametrami naszego źródła referencyjnego, Zaczyna rysować się dość prosty, by nie powiedzieć trywialny
schemat.Jest jeszcze jeden problem do rozwiązania, by uniknąć zbyt szerokich zmian temperatury pracy, trzeba pomyśleć o termostatowaniu całości.
C.D.N
-
ATM
- 500...624 posty
- Posty: 578
- Rejestracja: pn, 2 lutego 2004, 09:55
Re: Kalibracja woltomierza
Odnośnie termostatu, sadzę, że i tu nie ma sensu przesadzać. Jeśli Jeśli zastosujemy MAX6250 z najwyższą grupą selekcyjną AC_A, i w naszym termostacie dopuścimy zmianę temperatury o 10st.C, a więc bardzo dużo, otrzymamy zmianę napięcia wyjściowego ,(wzorcowego), na poziomie 50uV. Jeśli przyrząd ma być stosowany w warunkach domowych, może w ogóle zrezygnować z termostatu?
Trzeba jednak pamiętać, że wszystkie błędy układu, których stopniowo coraz więcej dopuszczamy, sumują się. Dodatkowo, przy zastosowaniu na wyjściu dzielnika rezystorowego, trzeba doliczyć dryft termiczny rezystorów. Nie brałem również pod uwagę błędów wynikających ze zmian napięcia zasilania, zawsze istniejących, mimo stosowanej stabilizacji i pewnie jeszcze wielu innych.
W świetle powyższego, postanowiłem zastosować termostat, jednak raczej prosty, wygodny w realizacji. W tym celu zastosuję układ scalony LM56
http://www.national.com/ds/LM/LM56.pdf
Posiada on histerezę punktów przełączania, na poziomie 5st.C. Jak widać nie jest zbyt precyzyjnym, wydaje się, że mimo tego wystarczy. Istotną sprawą, przy realizacji termostatu, jest dobór mocy grzania oraz umiejscowienie grzejnika. W załączniku, przedstawiłem wykresy dotyczące powyższego zagadnienia. Widać, iż przy pionowym ustawieniu płytki z układem, a tym samym pionowym położeniu opornika grzejnego, uzyskujemy najlepsze efekty. Zależnie od objętości komory termostatu, trzeba zwrócić uwagę na dobór mocy grzania. Pierwszy od lewej wykres w załączniku, przedstawia sytuację powstałą przy zbyt małej mocy. Układ MAX6250 ma najniższy wsp. temperaturowy w zakresie 10-45stC i należy ustawić w komorze temperaturę z tego właśnie przedziału. Pomiary próbne, wykonywane były w pudełku zbudowanym z twardego styropianu a temperatura mierzona elementem DS1820, współpracującym z komputerem.
I to z grubsza wszystko.
W zasadzie powyższa całość, to tylko sygnalizacja główniejszych problemów, które trzeba wziąć pod uwagę zabierając się za temat. W swoim rozwiązaniu dążyłem do maksymalnego uproszczenia układu, przy uzyskaniu przyzwoitej dokładności. Czas na realizację całości.
C.D.N.
Trzeba jednak pamiętać, że wszystkie błędy układu, których stopniowo coraz więcej dopuszczamy, sumują się. Dodatkowo, przy zastosowaniu na wyjściu dzielnika rezystorowego, trzeba doliczyć dryft termiczny rezystorów. Nie brałem również pod uwagę błędów wynikających ze zmian napięcia zasilania, zawsze istniejących, mimo stosowanej stabilizacji i pewnie jeszcze wielu innych.
W świetle powyższego, postanowiłem zastosować termostat, jednak raczej prosty, wygodny w realizacji. W tym celu zastosuję układ scalony LM56
http://www.national.com/ds/LM/LM56.pdf
Posiada on histerezę punktów przełączania, na poziomie 5st.C. Jak widać nie jest zbyt precyzyjnym, wydaje się, że mimo tego wystarczy. Istotną sprawą, przy realizacji termostatu, jest dobór mocy grzania oraz umiejscowienie grzejnika. W załączniku, przedstawiłem wykresy dotyczące powyższego zagadnienia. Widać, iż przy pionowym ustawieniu płytki z układem, a tym samym pionowym położeniu opornika grzejnego, uzyskujemy najlepsze efekty. Zależnie od objętości komory termostatu, trzeba zwrócić uwagę na dobór mocy grzania. Pierwszy od lewej wykres w załączniku, przedstawia sytuację powstałą przy zbyt małej mocy. Układ MAX6250 ma najniższy wsp. temperaturowy w zakresie 10-45stC i należy ustawić w komorze temperaturę z tego właśnie przedziału. Pomiary próbne, wykonywane były w pudełku zbudowanym z twardego styropianu a temperatura mierzona elementem DS1820, współpracującym z komputerem.
I to z grubsza wszystko.
W zasadzie powyższa całość, to tylko sygnalizacja główniejszych problemów, które trzeba wziąć pod uwagę zabierając się za temat. W swoim rozwiązaniu dążyłem do maksymalnego uproszczenia układu, przy uzyskaniu przyzwoitej dokładności. Czas na realizację całości.
C.D.N.
Nie masz wymaganych uprawnień, aby zobaczyć pliki załączone do tego posta.
Ostatnio zmieniony wt, 15 czerwca 2010, 12:59 przez ATM, łącznie zmieniany 1 raz.
-
ATM
- 500...624 posty
- Posty: 578
- Rejestracja: pn, 2 lutego 2004, 09:55
Re: Kalibracja woltomierza
Układ napięcia wzorcowego, wraz z termostatem, zmontowany został na uniwersalnej płytce laminatu. Wybierając oporniki do dzielnika rezystorowego, trzeba wybrać te, o najlepszej stabilności termicznej. Ja zastosowałem dawniej produkowane rezystory typu AT, 0,5%. Ich dokładność, jest raczej mniej istotna. Założyłem, że po uruchomieniu, i tak pomierzę napięcia wyjściowe, jakimś dobrym wielocyfrowym woltomierzem. Układ został umieszczony w styropianowym pudełku, a następnie całość, zamknięta w puszce ze stalowej blachy, stanowiącej ekran, połączony do osobnego zacisku na płycie czołowej- GUARD. Napięcia zasilające są stabilizowane, dwoma stabilizatorami. Jeden podaje napięcie na układ MAX, drugi, na termostat.
Wszystkie doprowadzenia kablowe, przepuszczone są przez pierścienie ferrytowe, by zmniejszyć poziom ewentualnych sygnałów o wyższych częstotliwościach. Napięcia, blokowane są za pomocą kondensatorów tantalowych i ceramicznych. Całość zamontowana w stalowej obudowie z odzysku. Diody świecące, sygnalizują zasilanie, oraz działanie termostatu.Schemat, jak widzicie w załączniku, wręcz prymitywny, można to zmontować w parę chwil. Najprostsza aplikacja scalaka. Estetyka obudowy, też raczej warsztatowa Więcej w tym wątku gadania (pisania), niż uczciwej roboty
Dzięki uprzejmości znajomych moich znajomych, napięcia zostały pomierzone na homologowanym, dokładnym woltomierzu.
I tak, na zacisku wyjściowym -
5V- dostajemy faktycznie 4,99962V, czyli błąd początkowy wynosi 380 uV, co w zasadzie nas nie interesuje.
Podczas działania termostatu, dochodzi dryft termiczny ,( to istotne), i napięcie narasta do 4,99973V.
Czyli mamy zmiany napięcia na poziomie 0,00011V=110uV. Można by trochę jeszcze pomęczyć termostat i uzyskać mniejsze zmiany, tylko nie widzę specjalnie sensu.
Przy pomiarach na 4-cyfrowym FLUKE, wynik, nawet po wielu godzinach pracy, jest stabilny, nie widać żadnej zmiany napięcia na ostatniej pozycji wyniku. Wyświetlana wartość to 5,000V.
Natomiast woltomierze V543, i V541, mają większy własny dryft termiczny, niż mierzone źródło. Trzeba poczekać ok. 2godz do uzyskania stabilności sprzętu i dopiero teraz kalibrować.
Pozostałe zakresy napięciowe-
1V to 0,994743V, na FLUKE, 4-te miejsce stabilne, nie zmienia się.
2V to 2,02272V
3V to 3,02135V
4V to 4,01227V
Na zwykłych 3,5- cyfrowych miernikach, których najczęściej używamy, nie widać żadnych zmian napięcia wyjściowego.
Chciałbym przedstawić jakieś wykresy, dotyczące stabilności napięcia, lecz przy takiej dokładności, nie mam czym pomierzyć.
Tak, więc, myślę, że układ, mimo swoich wad, z którymi można by jeszcze powalczyć, oraz dość prymitywnych rozwiązań układowych, spełni swoje zadanie, w naszych zastosowaniach jako wzorzec do kalibracji sprzętu.
Wszystkie doprowadzenia kablowe, przepuszczone są przez pierścienie ferrytowe, by zmniejszyć poziom ewentualnych sygnałów o wyższych częstotliwościach. Napięcia, blokowane są za pomocą kondensatorów tantalowych i ceramicznych. Całość zamontowana w stalowej obudowie z odzysku. Diody świecące, sygnalizują zasilanie, oraz działanie termostatu.Schemat, jak widzicie w załączniku, wręcz prymitywny, można to zmontować w parę chwil. Najprostsza aplikacja scalaka. Estetyka obudowy, też raczej warsztatowa
Więcej w tym wątku gadania (pisania), niż uczciwej roboty Dzięki uprzejmości znajomych moich znajomych, napięcia zostały pomierzone na homologowanym, dokładnym woltomierzu.
I tak, na zacisku wyjściowym -
5V- dostajemy faktycznie 4,99962V, czyli błąd początkowy wynosi 380 uV, co w zasadzie nas nie interesuje.
Podczas działania termostatu, dochodzi dryft termiczny ,( to istotne), i napięcie narasta do 4,99973V.
Czyli mamy zmiany napięcia na poziomie 0,00011V=110uV. Można by trochę jeszcze pomęczyć termostat i uzyskać mniejsze zmiany, tylko nie widzę specjalnie sensu.
Przy pomiarach na 4-cyfrowym FLUKE, wynik, nawet po wielu godzinach pracy, jest stabilny, nie widać żadnej zmiany napięcia na ostatniej pozycji wyniku. Wyświetlana wartość to 5,000V.
Natomiast woltomierze V543, i V541, mają większy własny dryft termiczny, niż mierzone źródło. Trzeba poczekać ok. 2godz do uzyskania stabilności sprzętu i dopiero teraz kalibrować.
Pozostałe zakresy napięciowe-
1V to 0,994743V, na FLUKE, 4-te miejsce stabilne, nie zmienia się.
2V to 2,02272V
3V to 3,02135V
4V to 4,01227V
Na zwykłych 3,5- cyfrowych miernikach, których najczęściej używamy, nie widać żadnych zmian napięcia wyjściowego.
Chciałbym przedstawić jakieś wykresy, dotyczące stabilności napięcia, lecz przy takiej dokładności, nie mam czym pomierzyć.
Tak, więc, myślę, że układ, mimo swoich wad, z którymi można by jeszcze powalczyć, oraz dość prymitywnych rozwiązań układowych, spełni swoje zadanie, w naszych zastosowaniach jako wzorzec do kalibracji sprzętu.
Nie masz wymaganych uprawnień, aby zobaczyć pliki załączone do tego posta.
Ostatnio zmieniony ndz, 13 czerwca 2010, 19:34 przez ATM, łącznie zmieniany 1 raz.
-
traxman
Re: Kalibracja woltomierza
Też w najbliższym czasie będę coś takiego robił (mam już w szufladzie kilka układów napięcia odniesienia) a myślałeś co zrobić z prądem/napięciem zmiennym?
-
ATM
- 500...624 posty
- Posty: 578
- Rejestracja: pn, 2 lutego 2004, 09:55
Re: Kalibracja woltomierza
Kalibrator dla napięć zmiennych, to trudniejsza sprawa i raczej nie będę się za to zabierał. Na razie opieram się na wskazaniach czterocyfrowego miernika Fluke, który z dokładnością +- 0,5%-1%, zależnie od zakresu, mierzy do 100KHz – sprawdzone. Według niego, kalibruję pozostałe, używając generatora z kalibrowanym tłumikiem na wyjściu.
Co do pomiaru prądu, po porządnym wykalibrowaniu woltomierza, dokładność amperomierza, zależy od boczników prądowych, istniejących w mierniku. Nie są one regulowane, więc nic się nie da zrobić, dobierać oporników raczej nie zamierzam. Temat można odpuścić.
---------------------------------------------------------------------------
Będąc w temacie, z ciekawości sprawdziłem kalibrację V640.
Ostatnimi czasy, używam go, dość sporadycznie, wygodniej jest posługiwać się sprzętem z odczytem cyfrowym.
Jeśli mówimy o zakresie napięć DC, to w zasadzie jest idealnie. Tolerancja zgodna ze specyfikacją fabryczną, albo i lepiej.
Natomiast w zakresie napięć AC, już trochę trudniej.
Mam tu na myśli pomiar napięć AC – przy krańcu deklarowanego pasma tj. 20KHz.
Dla zakresu 5mV AC jest -5% błędu, natomiast dla najniższego zakresu tj. 1,5mV, kompletna tragedia, błąd na poziomie -43% przy 20KHz. Pozostałe zakresy – Ok.
Nie jestem pewien, czy tylko mój egzemplarz tak ma, czy to jest „normalne”?
Czy ewentualnie, przy chwili czasu, ktoś może sprawdzić, pomierzyć powyższe? Chodzi o to, by na zakresie AC - 1,5mV, podać na V640, z generatora m. cz. , 1kHz napięcie 1,5mV, ( pełne wychylenie wskazówki), a następnie, przy tym samym poziomie napięcia, przełączyć częstotliwość na 20 KHz i sprawdzić ile teraz miernik pokazuje, jaki jest błąd procentowy? Trzeba mieć pewny generator, by wiedzieć, że po przełączeniu częstotliwości, amplituda nie ulega zmianie. Dobrze jest, posiłkować się równolegle podpiętym drugim, pewnym woltomierzem.
Co do pomiaru prądu, po porządnym wykalibrowaniu woltomierza, dokładność amperomierza, zależy od boczników prądowych, istniejących w mierniku. Nie są one regulowane, więc nic się nie da zrobić, dobierać oporników raczej nie zamierzam. Temat można odpuścić.
---------------------------------------------------------------------------
Będąc w temacie, z ciekawości sprawdziłem kalibrację V640.
Ostatnimi czasy, używam go, dość sporadycznie, wygodniej jest posługiwać się sprzętem z odczytem cyfrowym.
Jeśli mówimy o zakresie napięć DC, to w zasadzie jest idealnie. Tolerancja zgodna ze specyfikacją fabryczną, albo i lepiej.
Natomiast w zakresie napięć AC, już trochę trudniej.
Mam tu na myśli pomiar napięć AC – przy krańcu deklarowanego pasma tj. 20KHz.
Dla zakresu 5mV AC jest -5% błędu, natomiast dla najniższego zakresu tj. 1,5mV, kompletna tragedia, błąd na poziomie -43% przy 20KHz. Pozostałe zakresy – Ok.
Nie jestem pewien, czy tylko mój egzemplarz tak ma, czy to jest „normalne”?
Czy ewentualnie, przy chwili czasu, ktoś może sprawdzić, pomierzyć powyższe? Chodzi o to, by na zakresie AC - 1,5mV, podać na V640, z generatora m. cz. , 1kHz napięcie 1,5mV, ( pełne wychylenie wskazówki), a następnie, przy tym samym poziomie napięcia, przełączyć częstotliwość na 20 KHz i sprawdzić ile teraz miernik pokazuje, jaki jest błąd procentowy? Trzeba mieć pewny generator, by wiedzieć, że po przełączeniu częstotliwości, amplituda nie ulega zmianie. Dobrze jest, posiłkować się równolegle podpiętym drugim, pewnym woltomierzem.