www.mikrocontroller.net

Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Thermospannung bei vergoldeten Steckverbindern


Autor: moardy (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,

bevor ich zur Sache komme, erzähle ich erst einmal ein bisschen vom 
Hintergrund - dann könnt ihr mein Problem vielleicht besser verstehen.

Ich befasse mich mit der Entwicklung einer Referenzspannungsquelle
(just-for-fun).
Da tauchte dann irgendwann die Frage auf, welche Buchsen man nimmt,
um die Ausgangsspannung aus dem Gehäuse zu führen, ohne großen Ärger mit 
Thermospannungen zu bekommen.
Im Prospekt der Firma Agilent zum HP 3458A wird mit "Low EMF tellurium 
copper binding posts" geworben.
Konkrete Zahlenangaben habe ich zu Tellurium-Kupfer jedoch nie gefunden.
Von der Firma POMONA gibt es einige Steckverbinder und Kabel, die aus
Tellurium-Kupfer sind. Sollte also Tellurium-Kupfer das Material der
ersten Wahl sein ?

Jetzt kommt's endlich:
Das merkwürdige für mich ist aber, das diese Steckverbinder (auch die am 
HP3458A) vergoldet sind. Stellt sich für mich die Frage, warum denn
unbedingt Tellurium-Kupfer-Gold ? Warum nicht z. B. Messing-Gold ?
Wenn ich z.B. eine 4mm-Einbaubuchse betrachte (die VOLLSTÄNDIG vergoldet 
ist), dann ist an einem Ende der Anschlussdraht angelötet, also ein 
Kupfer-Zinn-Gold-Thermoelement ist entstanden.
Stecke ich dann einen (VOLLSTÄNDIG) vergoldeten Stecker mit Kabel 
hinein, habe ich ein Gold-Gold-Zinn-Kupfer-Thermoelent. Bin ich da 
richtig ?

Falls ja: wo taucht denn da noch das Material auf, aus dem der Stecker
bzw. die Buchse innen, also unter dem Gold besteht ?

Es mag zwar eine Thermospannung zwischen der Goldbeschichtung
und dem 'inneren' Material des Steckverbinders entstehen, nur kommt die
gar nicht zum tragen, weil doch nur an der einen 'Elektrode'
des Thermoelementes, dem Gold nämlich, meine Verbindungen angeschlossen
sind.
Da ich mit meiner Behauptung krass' gegen die übliche Lehrmeinung
stehe, muss mein Gedankengerüst wohl irgendwo einen Fehler haben - ich 
finde in bloß nicht !

Wer kann mir plausibel und fundiert erklären, wo mein Denkfehler liegt ?

Danke !

Moardy

Autor: Anja (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
moardy schrieb:
> Ich befasse mich mit der Entwicklung einer Referenzspannungsquelle
> (just-for-fun)

Ach Du auch? Was hast Du dir denn als Referenzelement ausgesucht?

BTW: bei meinen Experimenten komme ich noch mit DSUB-Steckern gut hin. 
Da sind die Pins noch so dicht beieinander daß ich noch nichts 
mitkriege. Liegt aber ggf. auch am Meßequipment. Das beste was ich habe 
ist ein LTC2400 mit temperaturkomensierter Referenz.

Gruß Anja

Autor: Anja (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
moardy schrieb:
> Stecke ich dann einen (VOLLSTÄNDIG) vergoldeten Stecker mit Kabel
> hinein, habe ich ein Gold-Gold-Zinn-Kupfer-Thermoelent

Bist Du dir da Sicher daß das ganze mit normalem Lötzinn gelötet ist und 
nicht mit dem guten thermospannungsarmen Cadmium-Lötzinn?

Die Pfosten haben ja auch u.U. zwischen Innen und Außen 1-2 Grad 
Temperaturdifferenz. Da zählt dann jeder Materialübergang. Oxidschichten 
(Kupferoxid) hat eine wesentlich höhere Thermospannung als reines 
Kupfer.
Du solltest dir mal ein paar Application Notes von Linear Technology 
reinziehen.

Gruß Anja

Autor: MaWin (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
> Es mag zwar eine Thermospannung zwischen der Goldbeschichtung
> und dem 'inneren' Material des Steckverbinders entstehen, nur kommt die
> gar nicht zum tragen, weil doch nur an der einen 'Elektrode'
> des Thermoelementes, dem Gold nämlich, meine Verbindungen angeschlossen
> sind.

Also die Thermospanung kommt schon zum tragen,
aber sie wird kompensiert so lange du aussen nicht ein Goldkabel 
anschliesst,
und selbst dann wird sie kompensiert, weil auf dem Rückweg ja dieselben 
Metallübergänge vorliegen.

Es ist völlig wurscht, was du zwischen einer Quelle und dem Ziel alles 
an Metllen verwendest

 + aaaaabbcccccddaaaaaffaaaaa +
Quelle                      Ziel
 - aaaaabbcccccddaaaaaffaaaaa -

denn alle Themospannungen (a-b b-c c-d d-a a-f f-a) addieren sich und 
'zufälligerweise' ergibt die Summe (wenn man mit a anfängt und mit a 
aufhört) 0.

Es macht nicht mal was wenn man mit b aufhört,

 + aaaaabbcccccddaaaaaffbbbbb +
Quelle                      Ziel
 - aaaaabbcccccddaaaaaffbbbbb -

denn auf dem Rückweg gibt es genau dieselben Thermospannungen, die 
Differenz zwischen + und - der Quelle ist dieselbe wie zwischen + und - 
am Ziel. Allerdins liegen beide Potentiale am Ziel um die Thermospannung 
a-b höher.


Wäre es anders, hättest du ein Perpettum-Mobile.

(Zumindest wenn alles dieselbe Temperatur hat, bei unterschiedlichen 
Temperaturen hast du ein Thermoelemente und ein Peltier-Element).

Autor: Ulrich (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Die Galdschichten sind realtiv dünn. Entspechend hat man über die Dicke 
der Goldschicht praktisch die selbe Temperatur. Solange man keinen 
nennenswerten Temperaturunterschiede hat, ist es auch egal was man für 
Materiallien daziwschen hat.

Warum unbedingt Kupfer mit Tellur als Legierungsbestandteil, kann ich 
auch nicht genau sagen.  Da die Kabel in aller Regel aus Kupfer sind, 
sollten die Stecker auch Kupfer ähnlich sein. Weil reines Kupfer zu 
weich ist, muß man irgendwas dazuliegieren, und da könnte Tellur gerade 
wenig an der EMF ändern. Sonst ist es eher üblich Phosphor, Arsen, 
Mangan, Zinn, Aluminium oder Chrom zu nehmen, für Extemfälle auch mal 
Beryllium.

Autor: Jörg Rehrmann (Firma: Rehrmann Elektronik) (j_r)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
moardy schrieb:

> Das merkwürdige für mich ist aber, das diese Steckverbinder (auch die am
> HP3458A) vergoldet sind. Stellt sich für mich die Frage, warum denn
> unbedingt Tellurium-Kupfer-Gold ? Warum nicht z. B. Messing-Gold ?
> Wenn ich z.B. eine 4mm-Einbaubuchse betrachte (die VOLLSTÄNDIG vergoldet
> ist), dann ist an einem Ende der Anschlussdraht angelötet, also ein
> Kupfer-Zinn-Gold-Thermoelement ist entstanden.
> Stecke ich dann einen (VOLLSTÄNDIG) vergoldeten Stecker mit Kabel
> hinein, habe ich ein Gold-Gold-Zinn-Kupfer-Thermoelent. Bin ich da
> richtig ?
>
> Falls ja: wo taucht denn da noch das Material auf, aus dem der Stecker
> bzw. die Buchse innen, also unter dem Gold besteht ?
>
> Es mag zwar eine Thermospannung zwischen der Goldbeschichtung
> und dem 'inneren' Material des Steckverbinders entstehen, nur kommt die
> gar nicht zum tragen, weil doch nur an der einen 'Elektrode'
> des Thermoelementes, dem Gold nämlich, meine Verbindungen angeschlossen
> sind.
> Da ich mit meiner Behauptung krass' gegen die übliche Lehrmeinung
> stehe, muss mein Gedankengerüst wohl irgendwo einen Fehler haben - ich
> finde in bloß nicht !
>
> Wer kann mir plausibel und fundiert erklären, wo mein Denkfehler liegt ?

Ein Denkfehler liegt da nicht vor. In der Tat ist jeder Metallübergang 
für sich als Thermoelement zu betrachten. Das Oberflächenmaterial ist 
dabei irrelevant, wenn an allen Materialübergängen die gleiche 
Temperatur herrscht. In diesem Fall zählt nur das Material des 
ankommenden und des abgehenden Kabels. Idealerweise bestehen alle Kabel 
aus dem gleichen Material (Cu), sodass sich an den thermisch 
ausgeglichenen Kontakten keine resultierenden Thermospannungen bilden 
können, unabhängig davon wieviele unterschiedliche Materialien darin 
verbaut sind.
Goldoberflächen dienen nur als Korrosionsschutz zur Erzielung niedriger 
Übergangswiderstände. Bei größflächigen Kontakten werden sie aber auch 
einen niedrigen thermischen Übergangswiderstand bewirken, sodass sich 
Temperaturdifferenzen schnell ausgleichen.
Weiterhin ist darauf zu achten, dass die Verbindungskontakte der 
Meßleitungen paarweise dicht nebeneinander liegen, damit bei 
verschiedenen Meßleitungen alle eventuellen Materialübergänge paarweise 
auf gleicher Temperatur liegen.
Fazit:
Es kommt weniger auf die Kontaktmaterialien sondern vielmehr auf die 
mechanische Konstruktion zur Vermeidung von Temperaturdifferenzen an.

Jörg

Autor: Tine Schwerzel (tine)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Naja, es kommt aber am Allermeisten auf das Vermeiden von Asymetrien an. 
Nur so heben sich die Störungen auf!

Autor: moardy (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Anja,

danke für deine Antwort.

Anja schrieb:
> Bist Du dir da Sicher daß das ganze mit normalem Lötzinn gelötet ist und
> nicht mit dem guten thermospannungsarmen Cadmium-Lötzinn?

### Was, das gibt's noch ?  Bitte, bitte sag' mir wo ! ###

> Die Pfosten haben ja auch u.U. zwischen Innen und Außen 1-2 Grad
> Temperaturdifferenz. Da zählt dann jeder Materialübergang. Oxidschichten
> (Kupferoxid) hat eine wesentlich höhere Thermospannung als reines
> Kupfer.

Logisch, darum ging's mir aber nicht, sondern warum Steckverbinder aus 
Gold-Kupfer-Tellurium besser sein soll als z.B. Gold-Messing.

> Du solltest dir mal ein paar Application Notes von Linear Technology
> reinziehen.

Ich kenne ziemlich viele zu diesem Thema, besonders gut fand ich die 
Erläuterungen in der AN-86.

Danke !

Moardy

Autor: moardy (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo MaWin,

> Also die Thermospanung kommt schon zum tragen,

Hmm, wie kann das sein ?
Der 'Kern' des Steckverbinders liegt doch gar nicht in der 
Reihenschaltung, nur die (Gold-) Beschichtung.
Die Thermospannung des Steckverbinders, also in meinem Beispiel
Gold-Messing, entsteht doch zwischen dem Gold und dem Messing ...
und der Messing-Kern liegt nicht in Reihe mit den übrigen 
Thermoelementen, solange die Goldschicht unversehrt ist.
Anders sieht es aus, wenn der Steckverbinder nur teilweise vergoldet 
wäre z. B. der Gewindebolzen einer Messing-Polklemme, dann liegt das
Gold-Messing-Thermoelement voll in Reihe mit den übrigen.


Gruß

Moardy

Autor: moardy (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Ulrich,

danke für deine Beitrag.

Ulrich schrieb:
> Warum unbedingt Kupfer mit Tellur als Legierungsbestandteil, kann ich
> auch nicht genau sagen.  Da die Kabel in aller Regel aus Kupfer sind,
> sollten die Stecker auch Kupfer ähnlich sein. Weil reines Kupfer zu
> weich ist, muß man irgendwas dazuliegieren, und da könnte Tellur gerade
> wenig an der EMF ändern. Sonst ist es eher üblich Phosphor, Arsen,
> Mangan, Zinn, Aluminium oder Chrom zu nehmen, für Extemfälle auch mal
> Beryllium.

Also hat die Verwendung von Tellurium mechanische (Verschleiß-) Gründe.
Das kann ich mir sehr gut vorstellen, da reines Kupfer sehr weich ist.

Gruß

Moardy

Autor: moardy (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Jörg,

danke für deine Beitrag.

Jörg R. schrieb:

> Es kommt weniger auf die Kontaktmaterialien sondern vielmehr auf die
> mechanische Konstruktion zur Vermeidung von Temperaturdifferenzen an.

Da hast du einen sehr wichtigen Punkt erwähnt.

Ich frage mich sowieso schon länger, wie ich mit einem super-teuren DVM, 
das 10nV Auflösung hat, vernünftig messen, wenn die Thermospannungen 
schon bei 200nV (Gold/Gold) liegen ?

Danke !

Gruß

Moardy

Autor: Anja (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
moardy schrieb:
> ### Was, das gibt's noch ?  Bitte, bitte sag' mir wo ! ###

Ich würde es mal hier probieren:
http://www.chemet.de/industrie_handwerk_01_weichlote.htm
http://www.chemet.de/industrie_handwerk_02_weichlote.htm

Die 40% Legierung aus der AN86 ist zwar nicht gelistet aber sie 
schreiben ja daß dies nur ein Auszug aus dem Lieferprogramm ist.
Vorsicht: Cadmium-Lote setzen bei der Verarbeitung giftige Dämpfe frei.

Du hast immer noch nicht geschrieben was du als Basis für deine 
Referenzspannungsquelle verwenden willst. Ich nehme an LTZ1000A oder?

Gruß Anja

Autor: moardy (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Anja,

Anja schrieb:
> Du hast immer noch nicht geschrieben was du als Basis für deine
> Referenzspannungsquelle verwenden willst. Ich nehme an LTZ1000A oder?

du hast richtig geraten - welche andere Referenz auch sonst ...
ich kenne keine,  die da mithalten könnte.
Ich plane das ganze schon sehr lange, war mir aber bisher zu teuer ...
du kennnst ja die Preis bei LT, 2 Stück Mindestabnahme, $20 Porto und
dazu die zahllosen Vishay S102C (o.ä.) Widerstände.
Letztes Jahr hatte ich Glück und habe zwei (nur zwei - ich Idiot !) in 
der E-Bucht gekauft, zum halben Preis. Diverse Widerstände mit TK1,5 
konnte ich auch inzwischen einigermaßen günstig erwerben.
Mein (leicht größenwahnsinniges) Ziel ist, eine Referenz zu bauen, die
mindestens mit 'ner Fluke 732A mithalten kann - das wird aber noch
ein Weilchen dauern, Fertigstellung vielleicht nächstes Jahr im Sommer.
Die 7,2V Ur-Referenz läuft demnächst vom Stapel, aber die Umsetzung auf
10,000000V muß ich noch entwickeln (Stichwort: PWM-Divider).

Wie baust du deine Referenz ?

Moardy

Autor: moardy (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Anja,

Anja schrieb:
> Ich würde es mal hier probieren:
> http://www.chemet.de/industrie_handwerk_01_weichlote.htm
> http://www.chemet.de/industrie_handwerk_02_weichlote.htm

ich Trottel: danke für deine Links !!!
Ich hätte nie gedacht, das es das noch gibt.

Hast du bei dem Laden schon 'mal was gekauft ?
Liefern die auch in Kleinmengen an Privatpersonen ?


Gruß

Moardy

Autor: Anja (Gast)
Datum:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
moardy schrieb:
> Hast du bei dem Laden schon 'mal was gekauft ?

Ja, ist aber schon Jahre her und waren so 10 oder 20 Kilo 
Standardlötzinn für die Firma. Ich erinnere mich noch daß es relativ 
preisgünstig war.

moardy schrieb:
> Wie baust du deine Referenz ?

Ich habe schon 2 LM399-Referenzen am laufen, die Alterung ist mir aber 
zu hoch.
Beitrag "Erfahrungen mit Hysterese und Alterung von Referenzspannungsquellen?"

Am Wochenende habe ich den Conrad-Beschaffungsservice beauftragt 4 Stück 
LTZ1000ACH#PBF zu beschaffen. Mal schauen ob die das hinkriegen. 
Vielleicht wird es leichter wenn du auch noch einige Referenzen dort 
bestellst.

Widerstände habe ich die UPW50-Serie (RS-Components) mit ca 3 ppm hier 
liegen (schon 2000 Stunden mit Nennlast vorgealtert). Allerdings sind 
die mir eigentlich zu wenig temperaturstabil. Außerdem brauche ich bis 
zu 3 Widerstände um einen einzelnen Wert darzustellen. Dadurch habe ich 
in dem Gehäuse das ich vorgesehen habe keinen Platz mehr auf der 
Leiterplatte für die mechanische Stressentkopplung. (Siehe 
Datron-Kalibrator-Referenz).

RS hat jeztzt einige Werte der Z201-Serie. (0.6ppm)
Wo ich allerdings die 70K und die 12.4K herkriege weiß ich noch nicht.
Durch die 12,4 K anstelle der 13 K will ich die Heiztemperatur auf ca 50 
Grad bringen damit das ganze noch weniger altert.

Gruß Anja

Autor: Manfred von Antenne (dipol)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Warum legt ihr den ganzen Klumpatsch nicht in ein, mit 80°C beheiztes 
Ölbad?

Wobei der Absolutwert der Temperatur natürlich egal ist. Aufwändig 
dürfte die Regelung derselben werden. So 0,01°C sollte machbar sein.

Ölbäder für Kalibratoren der Meterologie, die 0,001° ausregeln, kosten 
auch nur 16.000,- EUR ;-)

Autor: moardy (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Manfred von Antenne schrieb:
> Wobei der Absolutwert der Temperatur natürlich egal ist. Aufwändig
> dürfte die Regelung derselben werden. So 0,01°C sollte machbar sein.

Hallo 'Manfred',

in der Metrologie ist das sicher gängige Praxis.
Aber dann brauchst du auch einen Quirl, der eine Temperaturschichtung
verhindert, öldichte Durchführungen ... nein, danke !

Der Grundgedanke ist aber richtig ! Bei Fluke wurde das jahrzehntelang
(aber ohne Öl) so gemacht z.B. in der 732B ... ich denke auch darüber 
nach.

Gruß

Moardy

Autor: moardy (Gast)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Anja,

mir ist gerade aufgefallen, das wir völlig vom Thema des Threads
abgekommen sind. Mit wäre es auch lieber, die Diskussion auf andere
Art fortzusetzen (s. Anhang), da ich keine Lust habe, mein ganzes
Know-How öffentlich zu machen.

Moardy

Autor: Иван S. (ivan)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
moardy schrieb:
> Konkrete Zahlenangaben habe ich zu Tellurium-Kupfer jedoch nie gefunden.

moardy schrieb:
> Logisch, darum ging's mir aber nicht, sondern warum Steckverbinder aus
> Gold-Kupfer-Tellurium besser sein soll als z.B. Gold-Messing.

moardy schrieb:
> Also hat die Verwendung von Tellurium mechanische (Verschleiß-) Gründe.

Ich bitte hiermit höflich um die korrekte Verwendung der deutschen 
Sprache. Tellurium gibt es in jener genausowenig wie Sodium, Uranium 
oder Quartz.

Iwan

Autor: moardy (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Ivan,


Иван S. schrieb:
> Ich bitte hiermit höflich um die korrekte Verwendung der deutschen
> Sprache. Tellurium gibt es in jener genausowenig wie Sodium, Uranium
> oder Quartz.

tut mir Leid, ich bin da ins amerkanische abgerutscht.
Ich meine natürlich TELLUR.

Danke !

Moardy

Autor: moardy (Gast)
Datum:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Anja,

Da dieser Thread völlig vom Thema abkommt, schlage ich vor,
dass wir in direkten Emailkontakt treten. Meine Adresse findest
du als Anhang in anderen Antwort dieses Threads, als verfremdete
Grafik.
Das habe ich so gemacht, damit die SPAM-Bots es nicht so einfach haben,
an meine Adresse zu kommen.

Gruß

Moardy

Anja schrieb:
> moardy schrieb:
>> Hast du bei dem Laden schon 'mal was gekauft ?
>
> Ja, ist aber schon Jahre her und waren so 10 oder 20 Kilo
> Standardlötzinn für die Firma. Ich erinnere mich noch daß es relativ
> preisgünstig war.
>
> moardy schrieb:
>> Wie baust du deine Referenz ?
>
> Ich habe schon 2 LM399-Referenzen am laufen, die Alterung ist mir aber
> zu hoch.
> Beitrag "Erfahrungen mit Hysterese und Alterung von Referenzspannungsquellen?"
>
> Am Wochenende habe ich den Conrad-Beschaffungsservice beauftragt 4 Stück
> LTZ1000ACH#PBF zu beschaffen. Mal schauen ob die das hinkriegen.
> Vielleicht wird es leichter wenn du auch noch einige Referenzen dort
> bestellst.
>
> Widerstände habe ich die UPW50-Serie (RS-Components) mit ca 3 ppm hier
> liegen (schon 2000 Stunden mit Nennlast vorgealtert). Allerdings sind
> die mir eigentlich zu wenig temperaturstabil. Außerdem brauche ich bis
> zu 3 Widerstände um einen einzelnen Wert darzustellen. Dadurch habe ich
> in dem Gehäuse das ich vorgesehen habe keinen Platz mehr auf der
> Leiterplatte für die mechanische Stressentkopplung. (Siehe
> Datron-Kalibrator-Referenz).
>
> RS hat jeztzt einige Werte der Z201-Serie. (0.6ppm)
> Wo ich allerdings die 70K und die 12.4K herkriege weiß ich noch nicht.
> Durch die 12,4 K anstelle der 13 K will ich die Heiztemperatur auf ca 50
> Grad bringen damit das ganze noch weniger altert.

Anja

Autor: Volker (Gast)
Datum:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Hi,

da ich keine Antwort auf die Teilfrage nach dem Tellur gefunden habe, 
hier noch ein später Nachtrag:

Tellur wird beigemischt um eine bessere Zerspanbarkeit zu erreichen. Hat 
also erstmal mit Verschleißfestigkeit und vor allem mit der Verringerung 
von Thermospannungen nichts zu tun. Allerdings verändern die 
beigemischten Kupfer-Tellur-Partikel auch kaum die Leitfähigkeit, und 
das ist beim Legieren schon was Besonderes.

Ja, und warum nicht Messing-Gold sondern Kupfer-Gold? Na, weil beim 
Messing die Legierung mit Zink im Gegensatz zur Tellur-Legierung die 
Leitfähigkeit stark herabsetzt.

Man kann auch Reinkupferbuchsen verwenden, das ist sehr gut leitend, 
aber auch sehr weich. Deshalb nimmt man eher Beryllium-Kupfer, welches 
sehr hart bei recht guten Leitfähigkeiten wird.

Beim Messen kleinster Gleichspannungen kommt es aber eher darauf an - 
wie vielfach erwähnt - zusätzliche Thermospannungen zu vermeiden. Da man 
an den meisten Stellen immer paarweise Kontakte hat (Beispiel: +/-Pole 
am Eingang eines Messgerätes) sollten sich die Thermospannungen 
theoretisch genau ausgleichen. Tun sie aber eben nicht genau. Ein halbes 
Grad Unterschied hat man schnell bei einem Buchsenpaar zwischen Plus- 
und Minuspol, und dann hat man nicht nur Thermospannungen, sondern auch 
einen Unterschied, der sich eben nicht mehr ausgleicht. Beispiel: 
Vernickelte Stecker in Kupferbuchsen: das ergibt immerhin etwa 10uV bei 
0,5K Unterschied - und die zeigt das Messgerät dann falsch an!

Gut kombinieren kann man Kupfer, Silber und Gold, denn sie bilden alle 
drei untereinander extrem kleine Thermospannungen aus, so dass sich o.g. 
Temperaturunterschiede nur noch in sehr kleinen Differenzspannungen 
äußern. Wären die Kontakte in obigem Beispiel aus Gold in Kupfer 
gewesen, wäre die Differenzspannung bei 0,5K Temp-Differenz in der 
Größenordnung 0,1uV gewesen, also weniger als ein Hundertstel.

Zu beachten ist, dass Oxide - neben dem höheren Übergangswiderstand - 
tatsächlich mit dem nichtoxidierten Stoff wiederum Thermoelemente 
bilden. Es bietet sich also an, einen Stoff zumindest als Überzug zu 
verwenden, der wenig bis gar nicht oxidiert, das trifft auf Gold zu.

Will man die heftigsten Thermoelemente in einem Messaufbau vermeiden, 
kann man z.B. vergoldete Steckverbinder verwenden, in die man Cu-Leitung 
einpresst (nicht einlötet). Das gilt natürlich auch innerhalb eines 
Gerätes. Man kann sogar auf diese Weise eine Cu-Leitung von der Buchse 
bis an den Bauteildraht führen und für die beiden Eingangsleitungen 
ausnahmsweise auf jegliche Leitungsführung per Leiterbahn verzichten und 
sich somit die Frage nach dem richtigen Lötzinn (das mit dem bösen 
Cadmium, was man kaum in kleinen Mengen kriegt) auch schenken. Ich habe 
das selten gesehen, aber es gibt Beispiele dazu, wo die Eingangsdrähte 
auf einen 4mm-Teflonstützpunkt geführt werden und dort direkt mit dem 
Bauteil kontaktiert werden.

Aber sicher haben Anja und Moardy längst ihre Referenzen am laufen, 
übertreffen um 2 Zehnerpotenzen den Fluke 723 und sind schon steinreich 
;-) - oder?

Lasst doch mal von Euch hören!

Vielen Dank und viele Grüße

Volker

Autor: Anja (Gast)
Datum:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Volker schrieb:
> Aber sicher haben Anja und Moardy längst ihre Referenzen am laufen,
> übertreffen um 2 Zehnerpotenzen den Fluke 723 und sind schon steinreich
> ;-) - oder?
>
> Lasst doch mal von Euch hören!

Hallo,

ich habe tatsächlich inzwischen 2 LTZ1000A Referenzen am laufen.
Reich wird man dabei nur an Erfahrung....
Nach dem Motto: hätte ich vielleicht doch besser noch eine thermische 
Entkopplung zwischen Akku und Referenz eingebaut ...

Das schöne an den Referenzen ist daß sie mit zunehmendem Alter besser 
werden.

Tellurium binding posts gibts übrigens von "POMONA"
In Kleinstückzahlen (Typ 3770) auch bei DigiKey.

http://www.digikey.de/product-detail/de/3770-2/501...

Gruß Anja

Autor: Harald Wilhelms (wilhelms)
Datum:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Anja schrieb:

> Das schöne an den Referenzen ist daß sie mit zunehmendem Alter besser
> werden.

Gilt das eigentlichn auch für Normalelemente?
Gruss
Harald

Autor: Volker (Gast)
Datum:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Freut mich, von Dir zu hören, Anja.

Ich habe jetzt so viele Referenzbausteine ausprobiert, der vermutlich 
einzige, der noch fehlt in der Sammlung, ist der LTZ1000. Hast Du ihn 
nochmal in eine geregelte Thermokammer gesetzt, oder läuft er bei Dir 
"an der Luft" nur mit der internen Thermoregelung?

Wenn ich auf die Schnelle einen kriegen könnte, würde ich ihn noch 
testen, aber woher?

Grüße

Volker

Autor: Anja (Gast)
Datum:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Volker schrieb:
> oder läuft er bei Dir
> "an der Luft" nur mit der internen Thermoregelung?

Du brauchst auf jeden Fall eine gute thermische Isolierung der Pins auf 
beiden Seiten der Leiterplatte.
Bei allen hermetisch dichten Referenzen (Metall/Keramik) sind die Pins 
aus Kovar. Kovar hat ca 39uV/K Thermospannung gegen Kupfer.
Eine geregelte Kammer halte ich nicht für notwendig solange auf der 
Leiterplatte keine Temperaturgradienten entstehen können.

Volker schrieb:
> Wenn ich auf die Schnelle einen kriegen könnte, würde ich ihn noch
> testen, aber woher?
Die Referenz ist nicht schwierig. z.B. Spoerle hat gerade 5 Stück am 
Lager.
Schwieriger sind die richtigen (langzeitstabilen) Widerstände und der 
richtige Aufbau. Nach dem 3. oder 4. Aufbau dürfte dann das Konzept 
stimmen.

Ich würde erst mal mit ein paar LM399 Erfahrungen sammeln. Die meisten 
davon werden nach wenigen Tausend Stunden ebenfalls sehr stabil.

Gruß Anja

Autor: Anja (Gast)
Datum:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Harald Wilhelms schrieb:
> Gilt das eigentlichn auch für Normalelemente?
> Gruss
> Harald

eher nicht (wenn Du die Weston-Zelle meinst) siehe:
http://kalibrierinfo.de/
http://kalibrierinfo.de/kalib/buch/CAL6A.PDF

Gruß Anja

Autor: Volker (Gast)
Datum:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
> Du brauchst auf jeden Fall eine gute thermische Isolierung der Pins auf
> beiden Seiten der Leiterplatte.

Wie machst Du das denn mit der thermischen Isolierung, ist mir nicht 
ganz klar. Wenn ich mich recht entsinne, hast Du mal damit 
experimentiert, die Beinchen (bis auf eines) gar nicht in die 
Leiterplatte zu löten - oder war das nur wegen den mech. Spannungen?

> Eine geregelte Kammer halte ich nicht für notwendig solange auf der
> Leiterplatte keine Temperaturgradienten entstehen können.

Aber gerade das finde ich fast unmöglich zu realisieren, man kann die 
Leiterplatte um das Bauteil herum einfräsen aber Luftbewegung hat man 
doch trotzdem. Außerdem erwärmen sich die Beinchen doch sicher 
unterschiedlich!?

> Die Referenz ist nicht schwierig. z.B. Spoerle hat gerade 5 Stück am
> Lager.

Ah, ja, da hatte ich noch nicht gekuckt.

> Schwieriger sind die richtigen (langzeitstabilen) Widerstände

Ja, das ist ein Problem, ich habe hier jetzt ein paar, die ebenfalls 
niedrige Driftwerte haben (das Stück immerhin schon deutlich teurer als 
ein LM399...), aber ob die die Langzeitstabilität haben...

> Ich würde erst mal mit ein paar LM399 Erfahrungen sammeln. Die meisten
> davon werden nach wenigen Tausend Stunden ebenfalls sehr stabil.

Das lässt hoffen. Momentan ist es scheinbar immer noch der Messaufbau, 
der unangenehme niederfrequente Rauschanteile produziert (so im Minuten- 
bis Stundenbereich). Die im Chip eines LT1019 gemessene Temperatur 
korreliert leider so gar nicht richtig mit diesen Schwankungen, das hat 
mich etwas enttäuscht.

Grüße

Volker

Autor: Volker (Gast)
Datum:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Noch ein Experiment zum Thema: Kenne Deinen Messaufbau.

Behauptung: vernickelte Stecker und Klemmen in Versuchsaubauten erzeugen 
Thermospannungsdifferenzen in Größenordungen, die für die hier 
beschriebenen Anwendungen inakzeptabel sind.

Versuchsaufbau: Gut bekannte und über Tage eingelaufene LM1019-Quelle 
unter Decke (gegen Luftbewegung); Messgeräte: zwei gut bekannte HP 
34401A (DMM1 und DMM2); Spannungsabgriff an der Quelle mit Hirschmann 
Spinnenbeinen über Hirschmann Messleitung mit vernickelten Kontakten an 
DMM1, der zweite Abgriff über an der Quelle angelötete Kupferleitungen 
direkt mit umgebogenen Drähtchen in die Kupferbuchsen des DMM2; gemessen 
über 24h.

Ergebnis: Neben den üblichen Rauschanteilen der Quelle und der 
DMM-AD-Wandler ergibt sich eine Differenz von bis zu 6uV zwischen den 
beiden DMMs, die sich - soweit ich das abschätzen kann - mit 
Zeitkonstanten im Minutenbereich bewegen. Das spricht zumindest nicht 
gegen obige Behauptung. Die aufgezeichnete Messung von DMM2 wirkt 
deutlich ruhiger als die an DMM1.

Sprüht man einen Stecker (also nur einen) kurz(!) mit Kältespray an, hat 
man einen Spannungsprung von etwa 15uV, mit einer abklingenden 
Zeitkonstanten, die sich im 1-Minutenbereich bewegt. Also ein Indiz mehr 
für die These, dass die genannten 6uV von den Ni-Cu-Übergängen stammen.

Der Test mit Goldkontakten folgt...

Grüße

Volker

Autor: Anja (Gast)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Volker schrieb:
> oder war das nur wegen den mech. Spannungen?

Letzteres. Bei Verbiegen der Leiterplatte will ich weniger als 5uV 
Spannungsänderung haben. Mit normalem Einlöten sind es mehrere 100uV.

Volker schrieb:
> Aber gerade das finde ich fast unmöglich zu realisieren, man kann die
> Leiterplatte um das Bauteil herum einfräsen aber Luftbewegung hat man
> doch trotzdem. Außerdem erwärmen sich die Beinchen doch sicher
> unterschiedlich!?

Alle Antworten sind "ja". Ich versuche durch Abdecken mit Watte oder 
Schaumstoff (auf beiden Seiten der Leiterplatte) das ganze zu 
stabilisieren.

Volker schrieb:
> ergibt sich eine Differenz von bis zu 6uV zwischen den
> beiden DMMs, die sich - soweit ich das abschätzen kann

Mhm, verstehe ich nicht. ein 34401A hat bei 5V Spannung (10V 
Messbereich) eine Auflösung von 10uV. Wie mißt Du da 6uV Unterschied?

Volker schrieb:
> Die im Chip eines LT1019 gemessene Temperatur
> korreliert leider so gar nicht richtig mit diesen Schwankungen, das hat
> mich etwas enttäuscht.
Es gibt noch andere Effekte wie Hysterese und Luftfeuchtigkeit 
(Wasseraufnahme der Leiterplatte und des Kunststoffgehäuses mit 
Zeitkonstanten im Bereich mehrerer Tage) sowie HF-Einstrahlungen. 
Außerdem ist die LT1019 eine Bandgap-Referenz mit relativ hohem 
Rauschen.
Meine LT1019 hat fast 10ppm Hysterese bei +/-15 Grad 
Temperaturschwankung.

Beim LM399 hängt die Ausgangsspannung von der Lage der Referenz ab.
(senkrecht, liegend oder über Kopf macht mehrere 10 uV in der 
Ausgangsspannung aus).
Die LM399 wird übrigens im HP34401A verwendet.

Gruß Anja

Autor: branadic (Gast)
Datum:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
> Wie mißt Du da 6uV Unterschied?

Vermutlich durch auslesen des 34401A via PC, dadurch soll wohl eine 
weitere Stelle sichtbar werden, die auf dem VFD nicht dargestellt wird.

Autor: Volker (Gast)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
>> ...ergibt sich eine Differenz von bis zu 6uV zwischen den
>> beiden DMMs, ...
>
> Mhm, verstehe ich nicht. ein 34401A hat bei 5V Spannung (10V
> Messbereich) eine Auflösung von 10uV. Wie mißt Du da 6uV Unterschied?

Wenn ich die Multimeter per GPIB auslese, bekomme ich die vollen 24Bit 
Auflösung. Ich weiß, die letzten Bit rauschen ordentlich, aber wenn ich 
zwei Multimeter gleichzeitig dasselbe Signal messen lasse und ziehe die 
beiden voneinander ab, kann ich unterscheiden, was von der Referenz kam 
und was von den Multimetern. Auf den Diagrammen sieht man ordentlich 
hochfrequentes Rauschen der DMMs, aber keine größeren Messschwankungen 
mit größerer Zeitkonstante. Siehe Bild 1.

Klemme ich auf DMM1 nun meine Cu-Drahtkontaktierung und auf DMM2 die 
Messstrippen mit den Ni-Steckern, so kann man in Bild 2 relativ deutlich 
sehen, dass letztere unruhiger ist, und wenn man mal die Differenz 
abschätzt, ergeben sich bis zu etwa 6uV.


> Volker schrieb:
>> Die im Chip eines LT1019 gemessene Temperatur
>> korreliert leider so gar nicht richtig mit diesen Schwankungen, das hat
>> mich etwas enttäuscht.
> Es gibt noch andere Effekte wie Hysterese und Luftfeuchtigkeit
> (Wasseraufnahme der Leiterplatte und des Kunststoffgehäuses mit
> Zeitkonstanten im Bereich mehrerer Tage) sowie HF-Einstrahlungen.

Ich habe vor dem Messgerät ein Tiefpassfilter mit tau=1Hz, wegen der 
Abtastung mit etwa 3Hz. Ich will nicht behaupten, dass da alle 
Einstrahlungen 'raus sind, aber das Wesentliche. Luftfeuchte werde ich 
mitmessen, wenn am Montag der Sensor kommt.

> Außerdem ist die LT1019 eine Bandgap-Referenz mit relativ hohem
> Rauschen.

Aber der LM399 rauscht doch auch ordentlich bei Heizbetrieb, oder?

> Meine LT1019 hat fast 10ppm Hysterese bei +/-15 Grad
> Temperaturschwankung.

Bis jetzt konnte ich die Labortemp. etwa innerhalb 3° halten

> Beim LM399 hängt die Ausgangsspannung von der Lage der Referenz ab.
> (senkrecht, liegend oder über Kopf macht mehrere 10 uV in der
> Ausgangsspannung aus).
> Die LM399 wird übrigens im HP34401A verwendet.

Oh, ja, das habe ich schon ausprobiert, während einer Reparatur auf dem 
Kopf liegend.

Grüße

Volker

Autor: Volker (Gast)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
...sorry, da wurde ein Dateiname abgeschnitten, hier das Diagramm 2.

Autor: Anja (Gast)
Datum:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Volker schrieb:
> Klemme ich auf DMM1 nun meine Cu-Drahtkontaktierung und auf DMM2 die
> Messstrippen mit den Ni-Steckern, so kann man in Bild 2 relativ deutlich
> sehen, dass letztere unruhiger ist, und wenn man mal die Differenz
> abschätzt, ergeben sich bis zu etwa 6uV.

Mir fehlt da noch die Gegenprobe ob das DMM-Rauschen nicht doch von der 
Referenz (und nicht von den Thermospannungen) kommt:
Beide DMMs tauschen. Aber aufpassen daß das eine DMM genau auf dem Platz 
des anderen steht.

Volker schrieb:
> Ich habe vor dem Messgerät ein Tiefpassfilter mit tau=1Hz, wegen der
> Abtastung mit etwa 3Hz. Ich will nicht behaupten, dass da alle
> Einstrahlungen 'raus sind, aber das Wesentliche.

Du hast hoffentlich am Ausgang der Referenz direkt an den Pins einen 
Abblockkondensator (vorausgesetzt die Referenz schwingt nicht). 
Ansonsten kann eine Einstrahlung an den Ein/Ausgangsschutzdioden der 
Referenz demoduliert werden -> es entsteht eine Offsetspannung. 
Verändere mal die Lage der Leitungen und schaue ob die "Handkapazität" 
an den Leitungen + Netzzuleitung den Messwert verändert.
Was passiert wenn du die Ganze Anordnung auf eine Metallplatte stellst 
oder die Referenzen aus Batterien speist? Ist die Versorgungsspannung 
stabilisiert? (0.5-3 ppm/V)
Ich habe lange gebraucht bis ich derartige Effekte unter ein paar uV 
gebracht habe.

Ein Tiefpaß kann auch eine Quelle von Rauschen sein. Bei 1 Hz hast Du 
vermutlich einen Elko mit erheblichen (rauschenden) Leckströmen.

Volker schrieb:
> Aber der LM399 rauscht doch auch ordentlich bei Heizbetrieb, oder?
In der Theorie eine buried Zener bei Raumtemperatur mit etwa 0.6ppmpp/V. 
Also 4.2uVpp bei 7V. (0.1 - 10Hz)
Bei 90 Grad sinds dann wurzel(363K/298K) = 10% mehr.

Gemessen habe ich an 3 Mustern bei aktivem Heizer und 15-18 
Wiederholungsmessungen:
#1: 3.8uVpp Mittelwert 4.6uVpp max
#2: 6.5uVpp Mittelwert 7.1uVpp max
#3: 3.6uVpp Mittelwert 4.4uVpp max

Die LT1019 rauscht laut Datenblatt mit 2.5ppmpp/V also Faktor 4-5 mehr 
bzw. bei 5V etwa 12.5uVpp.

Volker schrieb:
> Bis jetzt konnte ich die Labortemp. etwa innerhalb 3° halten
Ich beneide Dich.

Gruß Anja

Autor: Volker (Gast)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
> Mir fehlt da noch die Gegenprobe ob das DMM-Rauschen nicht doch von der
> Referenz (und nicht von den Thermospannungen) kommt:
> Beide DMMs tauschen. Aber aufpassen daß das eine DMM genau auf dem Platz
> des anderen steht.

Nein. Weiter oben habe ich ja ein Diagramm eingefügt, wo beide DMMs 
dieselbe Quelle messen. Die Reihe "Differenz" zeigt, welcher Anteil von 
den DMMs ist und welcher von der Quelle.

Ich hab das mal noch ein bisschen weiter getrieben und nachgerechnet. 
Wenn man nämlich Differenz und Summe zweier ähnlicher Messgeräte hat, 
kann man so Einiges heraus bekommen.

Zunächst habe ich mal mithilfe von Excel die Rauscheffektivwerte der 
Spannungsreihen berechnet. Im Anhang eine Abbildung, was ich dann 
berechnet habe für die Rauschspannung der Quelle. Ansatz: drei 
unkorrelierte Spannungen, die sich quadratisch zu einer Gesamtspannung 
addieren, die wir ja gemessen haben.

Als Ergebnis erhalte ich 2,5uV für U Quelle rausch. Das ist mit Vorsicht 
zu genießen, denn in dem Term unter der Wurzel steht ja eine Differenz, 
und da schnellen die Fehlergrenzen hoch, wenn das Ergebnis klein gegen 
die Einzelwerte ist. Aber die Größenordnung sollte stimmen.

Das Datenblatt hält sich da ziemlich zurück. Immerhin ist für den 
Bereich 0,1Hz bis 10Hz max. etwa 3ppm angegeben. Rechne ich das auf eine 
Dichte mit 5V um, so ergibt sich 5uV/sqrt(Hz). Da meine Bandbreite etwa 
1Hz beträgt, sollte Urms bei mir etwa 5uV betragen, ich habe aber oben 
deutlich weniger ausgerechnet.

>> Ich habe vor dem Messgerät ein Tiefpassfilter mit tau=1Hz...
> Du hast hoffentlich am Ausgang der Referenz direkt an den Pins einen
> Abblockkondensator (vorausgesetzt die Referenz schwingt nicht).

Ich habe einen Tantal über einen 4,7 Ohm-Widerstand am Ausgang, sonst 
nichts.

> Ansonsten kann eine Einstrahlung an den Ein/Ausgangsschutzdioden der
> Referenz demoduliert werden -> es entsteht eine Offsetspannung.

Ja, das muss ich kontrollieren.

> Verändere mal die Lage der Leitungen und schaue ob die "Handkapazität"
> an den Leitungen + Netzzuleitung den Messwert verändert.

Nein.

> Was passiert wenn du die Ganze Anordnung auf eine Metallplatte stellst

Das verringert auch nach meiner Erfahrung Einstrahlungen, wenn die 
Platte an einem gemeinsamen Massepunkt hängt. Mach ich noch.

> oder die Referenzen aus Batterien speist?

Mach ich noch, interessanter Gedanke.

>Ist die Versorgungsspannung stabilisiert? (0.5-3 ppm/V)

Ja, R&S NGM 15/2, hat nachgemessene +/-0,5mV im Messzeitraum bei 15V 
(etwa 40ppm). Der LT1019  hat allerdings eine extrem gute PSRR (habe ich 
auch nachgemessen) von deutlich über 100dB im unteren Frequenzbereich 
(im krassen Gegensatz zum LM399). Spannungssprünge am Eingang von 1V 
sehe ich am Ausgang nicht(!).

> Ein Tiefpaß kann auch eine Quelle von Rauschen sein. Bei 1 Hz hast Du
> vermutlich einen Elko mit erheblichen (rauschenden) Leckströmen.

Das ist möglich, allerdings ändern sich die Kurven quasi gar nicht, wenn 
ich dieses Filter weglasse. Das sollte mir sagen, dass die 
Alias-Rauschanteile oberhalb der Abtastfrequenz nicht wesentlich zum 
Messergebnis beitragen, oder? Ich muss mal den Eingang selbst und mit 
Elko alleine ohne Ref-Quelle messen.

>> Aber der LM399 rauscht doch auch ordentlich bei Heizbetrieb, oder?
> In der Theorie eine buried Zener bei Raumtemperatur mit etwa 0.6ppmpp/V.
>...
> Die LT1019 rauscht laut Datenblatt mit 2.5ppmpp/V also Faktor 4-5 mehr
> bzw. bei 5V etwa 12.5uVpp.

Ja, aber bei einer Bandbreite von 10Hz. Ich habe meine Probleme mit 
peak-peak-Angaben bei Rauschen. LT hat ein Verfahren angegeben, bei dem 
der Umrechnungsfaktor pp -> rms 1,1 sein soll, den habe ich oben mal 
angesetzt. Ist mir aber nicht ganz klar wie Du das machst.

> Volker schrieb:
>> Bis jetzt konnte ich die Labortemp. etwa innerhalb 3° halten
> Ich beneide Dich.

Naja, ich will mal nicht so auf's Klotz hauen - natürlich nur im 
jeweiligen Messzeitraum. Wenn meine Frau dann morgens die Tür aufreißt 
und offen lässt ist's meist 'rum... :-)

Sorry für den irre langen Text. Sag mal, wie Du die pp-Werte bestimmst.

Grüße

Volker

Autor: Anja (Gast)
Datum:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Volker schrieb:
> (im krassen Gegensatz zum LM399)
Dort muß vor allem die Heizerspannung gut stabilisiert werden.

Volker schrieb:
> LT hat ein Verfahren angegeben, bei dem
> der Umrechnungsfaktor pp -> rms 1,1 sein soll, den habe ich oben mal
> angesetzt.
Nö der Faktor pp -> rms ist je nach Wahrscheinlichkeit (Statistik) 
irgendwo zwischen 5 und 6,6.  rms ist grob die Standardabweichung und pp 
bei 3 Sigma (99% Wahrscheinlichkeit) Faktor 6 höher.
http://karriere.rohde-schwarz.de/fileadmin/custome...

Volker schrieb:
> Sag mal, wie Du die pp-Werte bestimmst.
Du meinst messen?

Beitrag "Re: Meßverstärker für 1/f-Rauschen 0.1 - 10 Hz"
Beitrag "Re: Meßverstärker für 1/f-Rauschen 0.1 - 10 Hz"

Gruß Anja

Autor: Volker (Gast)
Datum:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
>> LT hat ein Verfahren angegeben, bei dem
>> der Umrechnungsfaktor pp -> rms 1,1 sein soll, den habe ich oben mal
>> angesetzt.
> Nö der Faktor pp -> rms ist je nach Wahrscheinlichkeit (Statistik)
> irgendwo zwischen 5 und 6,6.  rms ist grob die Standardabweichung und pp
> bei 3 Sigma (99% Wahrscheinlichkeit) Faktor 6 höher.
> http://karriere.rohde-schwarz.de/fileadmin/custome...

Sehe ich genauso, kam mir spanisch vor. Ist mir immer noch nicht klar, 
was die da machen.

Autor: Arc Net (arc)
Datum:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Volker schrieb:
>>> LT hat ein Verfahren angegeben, bei dem
>>> der Umrechnungsfaktor pp -> rms 1,1 sein soll, den habe ich oben mal
>>> angesetzt.
>> Nö der Faktor pp -> rms ist je nach Wahrscheinlichkeit (Statistik)
>> irgendwo zwischen 5 und 6,6.  rms ist grob die Standardabweichung und pp
>> bei 3 Sigma (99% Wahrscheinlichkeit) Faktor 6 höher.
>> http://karriere.rohde-schwarz.de/fileadmin/custome...
>
> Sehe ich genauso, kam mir spanisch vor. Ist mir immer noch nicht klar,
> was die da machen.

Bei der LT1019 ist das Rauschen einmal RMS bei 10 Hz <= f <= 1 kHz und 
P-P zw. 0.1 Hz <= f <= 10 Hz angegeben...

Autor: Volker (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
> Bei der LT1019 ist das Rauschen einmal RMS bei 10 Hz <= f <= 1 kHz und
> P-P zw. 0.1 Hz <= f <= 10 Hz angegeben...

Ja, hab ich gesehen. Aber mein Problem ist der Korrekturfaktor, wie LT 
aus einem pp-Wert auf einen Effektivwert schließt. Wobei das nicht 
richtig war, was ich geschrieben habe: es wird nicht pp -> rms mit dem 
Faktor 1,1 gerechnet (das wäre eher 6,6), es wird ja noch etwa sanderes 
gemacht, ich darf mal das Datenblatt zitieren:
"...The resulting output [des Bandpassfilters] is full-wave rectified 
and
then integrated for a fixed period, making the final reading an average 
as
opposed to RMS. A correction factor of 1.1 is used to convert from
average to RMS..."

Ich verstehe: LT hat das gebandpasste Signal (10Hz..1kHz) 
zweiweggleichgerichtet und integriert. Das ist zunächst mal eine 
Aufsummierung, eine Mittelwertbildung wird es durch die Division durch 
die Zeit (sie sagen ja "for a fixed period") bzw. durch die Zahl der 
gesampleten Werte. Hört sich aber eher nach Analogtechnik an. So, wie 
komme ich dann auf einen Korrekturfaktor von 1,1 um diesen Mittelwert 
mit einem Effektivwert vergleichen zu können?

Anja sagt ganz richtig, von der Definition her bezieht man sich bei 
Rauschen auf Wahrscheinlichkeiten. Das wird hier gar nicht gemacht, und 
- vielleicht hab ich's ja nicht zuende gedacht - da werd ich dann immer 
neugierig, wenn einer Spitze-Spitze-Werte angibt ohne 
Wahrscheinlichkeiten oder Messzeiträume oder so was zu nennen. Denn, je 
länger ich warte, desto wahrscheinlicher wird es, dass ein noch 
höherer Wert auftritt. Das kriegt man mit oben beschriebener 
Mittelwertbildung auch nicht in den Griff.

Vielleicht wird das jetzt alles zu akademisch und die Mitleser springen 
jetzt ab. Wir könnnen gerne über Schätzverfahren sprechen, aber es muss 
zumindest klar sein, über was wir reden, und da habe ich Probleme mit 
der LT-Angabe im Datenblatt, ich würde mich schon für den Messzeitraum 
und die Herleitung des Korrektrufaktors interessieren.

Oder übersehe ich etwas? Sagt's mir, ich bin dankbar dafür.

Danke und Grüße

Volker

Autor: Arc Net (arc)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
~1.1 wohl aus dem Verhältnis von RMS und Mittelwert beim Sinus
V_RMS = V_peak * 1/sqrt(2)
V_AVG = V_peak * 2/Pi
(1/sqrt(2)) / (2/Pi) ~ 1.11

Autor: Anja (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Volker schrieb:
> wenn einer Spitze-Spitze-Werte angibt ohne
> Wahrscheinlichkeiten oder Messzeiträume oder so was zu nennen.
Ergibt sich eigentlich aus der Meßbandbreite.
Wenn 0.1-10Hz gemessen werden ist die Meßdauer 10 Sekunden.

Gruß Anja

Autor: Volker (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hi,

danke für Eure Anregungen.

@ Arc Net: dieser Faktor gilt ja nur bei sinusförmiger Spannung, bei 
weißem Rauschen gilt etwa 1,25.
(siehe z.B. 
http://karriere.rohde-schwarz.de/fileadmin/custome...)

@ Anja: verstehe ich nicht ganz, meinst Du mit Messzeit 
Integrationszeit? Dann wäre die 10s-Messung eher geeignet, die obere 
Grenze auf 0,1Hz zu setzen. Aber soweit ich das sehe, nimmt LT das 
Gleichricht-Mittelwert-Verfahren nur bei 10Hz-1kHz, im unteren Bereich 
geben sie ja nur pp an.

Es bleibt die Frage nach der Herleitung des Korrekturfaktors - aber 
warum nicht LT direkt fragen. Ich schau mal.

Grüße

Volker

Autor: Anja (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Volker schrieb:
> @ Anja: verstehe ich nicht ganz, meinst Du mit Messzeit
> Integrationszeit?

Das 0.1 - 10 Hz rauschen wird üblicherweise mit dem Oszi gemessen.
Also 10 sekunden bei 1sek/div Aufzeichnung.
Und natürlich mußt du mindestens 10 Sekunden Messen damit du die 0.1 Hz 
Grundfrequenz überhaupt mitkriegst. Die Messzeit 10 sek wirkt bei 0.1 Hz 
dann wie eine Polstelle des Filters.

Gruß Anja

Autor: Arc Net (arc)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Volker schrieb:
> Hi,
>
> danke für Eure Anregungen.
>
> @ Arc Net: dieser Faktor gilt ja nur bei sinusförmiger Spannung, bei
> weißem Rauschen gilt etwa 1,25.
> (siehe z.B.
> 
http://karriere.rohde-schwarz.de/fileadmin/custome...)

Hab's auch noch mal "nachgesehen" 1)...
Der Mittelwert einer gleichgerichteten (Vollwelle) Sinuswelle ist
2*sqrt(2)/Pi * V_RMS, (1/(2*sqrt(2)/Pi) ~ 1.111)
Wenn weißes (Gaußsches) Rauschen gleichgerichtet wird, ist der 
Mittelwert
sqrt(2/Pi) * V_RMS, (sqrt(2/Pi) ~ 0.798)

1) http://sethdepot.org/papers/src/noisemeter.pdf

Autor: moardy (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hi Volker,

mein Gott, der Thread lebt ja wieder! Der Zufall wollte, dass ich
ihn mir nochmal angesehen habe.

Deine Ausführungen über das Tellurium haben meine Vermutung bestätigt,
dass Tellurium nicht wegen der Thermospannung genommen wird, sondern
wegen der besseren Verarbeitbarkeit.
Ich arbeite übrigens am liebsten mit einfachem Telefonleitung (4-adrig 
starr), der regelmäßig abgeschnitten und neu abisoliert wird.

>Aber sicher haben Anja und Moardy längst ihre Referenzen am laufen,
>übertreffen um 2 Zehnerpotenzen den Fluke 723 und sind schon steinreich
>;-) - oder?

Schön wär's ja. Aber wie Anja schon bemerkt hat "...hätte ich bloß...".
Ich habe tatsächlich eine LTZ1000A-Referenz seit einem Jahr am laufen.
In der Zwischenzeit hat sich neues Know-How angehäuft und das verlangt 
nach einem Re-Design - das ist mittlerweile auch in Arbeit, aber noch 
nicht fertig.
Die nächste große Baustelle ist die Umsetzung von 7,1V auf 10,0xxxxxx 
Volt.
Den sagenhaften Widerständen, die angeblich eine TK von typisch 0,05ppm,
aber maximal 1,5ppm haben sollen, traue ich nicht so recht.
Hat jemand mit diesen Widerständen praktische Erfahrung gesammelt?
Ich verspreche mir mehr von einem PWM-Spannungsteiler a la Datron 4910.
Da sind dann die vom Digitalteil erzeugten Störspannungen wohl die 
Herausforderung.
Über die Analyse der Schaltung und der theoretischen Umsetzung in ein 
eigens Design (bloßes abkupfern mag ich nicht) bin ich bisher aber nicht 
herausgekommen - meine Schaltung soll natürlich einfache UND besser sein 
:D. Vielleicht schaffe ich es dieses Jahr noch, einen ersten Prototyp zu 
bauen.

Viel Spaß allen "Volt-Nuts" - und solchen, die es werden wollen - bei 
der Jagd nach dem letzten PPM ;).

Gruß

moardy

Autor: Anja (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
moardy schrieb:
> Ich verspreche mir mehr von einem PWM-Spannungsteiler a la Datron 4910.
> Da sind dann die vom Digitalteil erzeugten Störspannungen wohl die
> Herausforderung.

Vorsicht: beim Datron 4910 wird der PWM-Teiler nur im Rückwärtszweig zum 
Abgleich der letzten paar Prozent eingesetzt (im Vorwärtszweig sitzt ein 
konventioneller Spannungsteiler am OP27 mit Abgleicheinspeisung). -> Das 
Rauschen des PWM-Teilers und des Chopper-Verstärkers wird am Ausgang 
entsprechend mindestens Faktor 10 heruntergeteilt. Aber auch ein 
PWM-Teiler hat seine eigenen Problemchen z.B. charge injection.

moardy schrieb:
> Den sagenhaften Widerständen, die angeblich eine TK von typisch 0,05ppm,
> aber maximal 1,5ppm haben sollen, traue ich nicht so recht.
Nicht umsonst verwenden Meßgerätehersteller jenseits von 6,5 Stellen 
ihre eigenen speziell temperaturkompensierten langzeitstabilen 
Widerstandshybride.

Gruß Anja

Autor: moardy (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hi Anja,

Anja schrieb:

> Vorsicht: beim Datron 4910 wird der PWM-Teiler nur im Rückwärtszweig zum
> Abgleich der letzten paar Prozent eingesetzt

Da irrst du dich.
Der PWM-Teiler besteht aus zwei Teilen. Der eine erzeugt ein 16-Bit 
PWM-Signal und der zweite ein 8-Bit PWM-Signal, ergibt zusammen 24-Bit.
Die gefilterten Signale werden über eine Summierschaltung aus 2 R's mit 
1% Genauigkeit einem I-Regler zugeführt, der die Ausgangsspannung
entsprechend nachführt. Die Stabilität der beiden R's geht nur zu 
1/65536 in die Ausgangsspannung ein. Die Genauigkeit der R's wird bei 
der Kalibirerung kompensiert.

> Aber auch ein PWM-Teiler hat seine eigenen Problemchen z.B. charge
> injection.

Da bin ich ganz deiner Meinung. Datron hat's interessanterweise ohne 
irgenwelche Kompensationsmaßnahmen hinbekommen ...

Gruß

moardy

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [avrasm]AVR-Assembler-Code[/avrasm]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.