Hi, mich würde mal interessieren, was ihr bislang so an präziser Messtechnik als Hobbyprojekt aufgebaut habt. Also Spannungsmessung, deren Genauigkeit die 10Bit übertrifft, Temperaturermittlung mit <1K Genauigkeit und so weiter. Gerne auch mit Berichten, mit welchen Problemen ihr euch so alles herumschlagen musstet. Ich selbst bin gerade dabei, die Stromaufnahme von Verbrauchern mit maximal 0,1% Toleranz zu ermitteln. Ein detailierter Bericht wird folgen "when it's done".
Kevin K. schrieb: > Also Spannungsmessung, deren > Genauigkeit die 10Bit übertrifft, Hallo, ich verwende 24 Bit A/D-Wandler und habe das Ziel im Bereich 0..5 / 0..10V in die Größenordnung 1 ppm Reproduzierbarkeit zu gelangen. Kevin K. schrieb: > Gerne auch mit Berichten, mit welchen > Problemen ihr euch so alles herumschlagen musstet. - Hysteresesprünge um 5uV bei bestimmten Referenzen - Kommerzielle 6 1/2 stellige Meßgeräte die Lageabhängig (z.B. auf die Seite gestellt) 130 uV Meßabweichung bei 5V Meßspannung zeigen - Im Moment versuche ich den Einfluß der Feuchtigkeit auf meine Meßeinrichtung zu kompensieren. Über die Forensuche findest Du sicher noch mehr Details. Gruß Anja
>Also Spannungsmessung, deren Genauigkeit die 10Bit übertrifft,
Genauigkeit und Auflösung sind zwei verschiedene Schuhe
MfG
...deswegen schreibe ich auch Genauigkeit und nicht Auflösung. Einen 24Bit ADC auslesen ist easy, aber wenn man nicht die letzten 14 Bit wegschmeißen will, muss man schon etwas Gehirnschmalz investieren. Für mich beginnt für Spannungsmessungen ab einer Genauigkeit besser als 0,1% so langsam der Bereich der präziseren Messungen (Anja zeigt, dass diese Grenze eher Willkürlich ist und da noch einiges mehr geht). Wenn vom Skalenendwert 0,1% Unsicherheit einzurechnen sind, langen 10Bit-Wandler nicht mehr. Klar, wenn der absolute Wert nicht ganz so exakt bestimmt werden muss und einen eher die kleinen Schwankungen interessieren, sind beispielsweise 16Bit-Wandler interessant.
Hallo zusammen @Anja Feuchte verhindern ist spannend!! Welchen weg gehst Du? Wir haben hier mit Heizungen gearbeitet um Feuchte und Temperaturdrift zu fangen. Hat aber nicht wirklich funktioniert. Jetzt bitte nicht lachen: Wir haben dann einen Versuch gestartet die Geräte kontinuierlich mit erst gekühlter dann erwärmter Luft zu "spülen" Erste Ergebnisse sehen nicht schlecht aus. Grüße aus dem mittleren Osten Frank
>mich würde mal interessieren, was ihr bislang so an präziser Messtechnik >als Hobbyprojekt aufgebaut habt. Ich habe ein Schema gebaut, das wie ein ADC mit 29bit Genauigkeit funktioniert, um ein 0...5V Meß-Signal mit 10nV Auflösung digitalisieren zu können. Um das Rauschen in den Griff zu bekommen, kommen mehrstufige, selbstentwickelte Lock-In-Verstärker zum Einsatz. Bei einer Meßsignaländerung beträgt die Einschwingzeit auf einen neuen Wert weniger als 0,1sec. Das Schema ist so empfindlich, daß das Widerstandsrauschen der ersten Stufe eine weitere Erhöhung der Auflösung nicht zuläßt.
Sowas konnte man früher bei Prema kaufen. Hatte glaube ich 28Bit.
Frank Sander schrieb: > @Anja > Feuchte verhindern ist spannend!! Welchen weg gehst Du? Ich verhindere keine Feuchte. Ich versuche den Feuchtigkeitskoeffizienten für die Luftfeuchtigkeit zu bestimmen und dann zu komensieren. Das ganze hat allerdings eine Einschwingzeit von mehreren Tagen bis die Feuchtigkeit ins Gehäuse der Referenz eindiffundiert ist. Siehe hier: Beitrag "Re: Multimeter Spannungsbereichsumschaltung" Irina schrieb: > Ich habe ein Schema gebaut, das wie ein ADC mit 29bit Genauigkeit > funktioniert, um ein 0...5V Meß-Signal mit 10nV Auflösung digitalisieren > zu können. Interessant hast du da irgendwelche Links oder Unterlagen zur Prinzipschaltung? Gruß Anja
Anja schrieb: > Ich verhindere keine Feuchte. Ich versuche den > Feuchtigkeitskoeffizienten für die Luftfeuchtigkeit zu bestimmen und > dann zu komensieren. Das ganze hat allerdings eine Einschwingzeit von > mehreren Tagen bis die Feuchtigkeit ins Gehäuse der Referenz > eindiffundiert ist. Das macht irgendwie keinen Sinn. Feuchtemessung und -kompensation braucht man zwar für präzise Längenmessungen (Edlen-Formel, BTDT), aber bei Dir wäre es besser, wenn Du die Referenz kapseln würdest, um den Feuchtigkeitseinfluss auszuschliessen. Gruss Harald
Meine Erfahrung, auch in der Industrie, ist, dass oft die geforderte Genauigkeit und Auflösung gar nicht notwendig ist. 16 bit Auflösung und eine Genauigkeit von 0.1% ist zwar nice to have aber in 99% aller Fälle, die mir in jetzt nur 15 Jahren Berufsleben, deutlich überzogen ist und meist würden es 8 bit Auflösung und eine Genauigkeit von 1% es auch getan hätte für die Anwendung. In meinem Hobby-Keller hab ich auch nur ein DSO das eine Auflösung von 8 bit hat. Reicht locker aus für alle Hobby-Projekte. DMM tuts ein 20 Euro Teil, dass ich schon seit Jahren verwende. Zum kalibrieren verwende ich einen LT1021-10 der von der Genauigkeit und der Auflösung für 10 bit und 30 ppm Temperaturdrift ausreichend ist und das hab ich im Hobbykeller noch nie gebraucht.
Anja schrieb: > ins Gehäuse der Referenz > eindiffundiert ist. Die hochwertigen Referenzen stecken alle in Blechdosen, die sollten doch hermetisch dicht sein? Oder versuchst du aus 'Plastikreferenzen' den letzten ppm zu quetschen?
Temperaturdifferenzmessung mit 1mK Genauigkeit und 0,08mK Auflösung bei 4 Messkanälen. Das ist zumindest das was derzeit in Planung ist und in gewissen Grenzen funktioniert das ganze auch schon (also im Bereich von 20,020 - 20,030 °C). Probleme bereitet derzeit der Abgleich für verschiedene Temperaturbereiche, da die PT1000 Widerstände, die verwendet werden natürlich unterschiedliche Temperaturkoeffizienten und R0-Widerstände haben. Der "Offset" ändert sich mit der Zeit ... Am Ende wird es wohl auf 10mK Genauigkeit herauslaufen. Wobei die Drift über die Zeit eine wichtige rolle spielt ...
Wie steht es eigentlich um die Eigenerwärmung des PT100s durch den Messstrom?
Kommt auf das Messprinzip an ... durch den PT1000 fließen bei mir nur ~200nA womit die Eigenerwärmung zu vernachlässigen ist!
Gibt es eigentlich zu Messaufbauten von ppm-Genauigkeit jenseits der Appnotes von Jim Williams Literatur, oder beruht fast alles auf Erfahrung?
Viele lassen sich da nicht in die Karten gucken ... wie es immer so ist ...
Mathias H. schrieb: > Viele lassen sich da nicht in die Karten gucken ... wie es immer so ist > ... Wie soll es dann auf diesem Gebiet zu nennenswerten Fortschritten kommen, wenn jeder die Erkenntnisse machen muss, die schon n>>1 vor ihm gemacht haben?
Eine hohe Genauigkeit fängt schon mit der Referenzspannung, Frequenz , usw an. Solange diese nicht die erforderliche Stabilität und Genauigkeit hat ist jede weitere Anstrengung wertlos. Zudem muss zumindest die Referenz auch rückführbar calibriert sein. Meistens auch die Teilerwiderstände in der Bereichsumschaltung auch. Das heist man kommt zum Schluss nicht an einen akreditierten Calibrierlabor vorbei. Als Referenzspannungsquelle wird bei den 6,5 stelligen Multimeter ein Referenzelement mit Heizung benutzt, der die Temperatur des Referenzelementes auf zehntel Grad konstant hält. Bei noch höheren Anforderungen wäre sogar ein Josephson Referenzspannungsquelle sinnvoll. Bei Frequenzzähler werden je nach Anforderung sogar Rubidium, oder gar Cäsiumfrequenznormale als Referenzfrequenz benutzt. Zumindest aber auf 100tel Grad stabil temperierte Quarzöfen, die auch recht teuer sind, und seinerseits calibriert werden müssen. Nur das Cäsiumnormal ist ein Primärnormal, welches seinerseits ein Standart darstellt, das nicht calibriert werden muss. 0,1% Genauigkeit für Gleichspannung kann man nach dem Calibrieren schon mit einen 4,5stelliges Anzeige-IC aus der ICL Reihe erreichen. Es lohnt sich meiner Ansicht nicht selbst einen höheren Aufwand zu treiben. Billiger, als die renomierten Firmen Geräte anbieten, wirds meistens auch nicht, wenn man die Kosten für das Calibrieren mit einrechnet. Ralph Berres
Ralph Berres schrieb: > Heizung benutzt, der die Temperatur des > Referenzelementes auf zehntel Grad konstant hält. Hält sich die Heizung eigentlich durch den Kaltleiter-Effekt des Heizers von selbst konstant, oder muss auch diese geregelt werden?
>Hält sich die Heizung eigentlich durch den Kaltleiter-Effekt des Heizers >von selbst konstant, oder muss auch diese geregelt werden? Sie wird intern geregelt. Die meisten gängigen 6,5 Digit Multimeter benutzen als Referenzelement einen LM399. Christian
Christian schrieb: >>Hält sich die Heizung eigentlich durch den Kaltleiter-Effekt des Heizers >>von selbst konstant, oder muss auch diese geregelt werden? > > Sie wird intern geregelt. Hmm, DIE LM399 ist doch nur ein Widerstand und eine Z-Diode, also tatsächlich PTC-Regelung? Im Service Handbuch des 34401A scheint die LM399(?) aka 1826-1249 direkt an der Versogungsspannung zu hängen, ohne speziellen Regler also. Beim PREMA 5000 ist es genauso.
Luk4s K. schrieb: > Die hochwertigen Referenzen stecken alle in Blechdosen, die sollten doch > hermetisch dicht sein? Oder versuchst du aus 'Plastikreferenzen' den > letzten ppm zu quetschen? Leider bleibt einem fast nichts anderes übrig: Die richtig guten Referenzen (beheizt) haben eine Referenzspannung von 7V. Die A/D-Wandler > 16 Bit die ich kenne haben eine maximale Referenzspannung von 5V. Sobald ich versuche die 7V auf 5V herunterzuteilen habe ich sofort einen zusätzlichen Temperaturgang durch die Teilerwiderstände. Wodurch dann der Vorteil der beheizten Referenz wieder zunichte gemacht wird. 5V-Referenzen mit geringem Temperaturkoeffizienten < 2ppm/K und niedrigem Rauschen (< 3uVpp) gibt es heutzutage fast nur noch im Plastik-Gehäuse. Wobei Metallgehäuse den Nachteil haben daß die Thermospannungen für die Pins (Covar) zu Kupfer mit 40uV/K höher sind als bei Plastik-Gehäusen. Einzige Ausnahme sind ggf. die VRE305x-Referenzen im Keramik-Gehäuse für 70 Euro das Stück. Leider weiß ich nicht ob ein Kupfer-Leadframe oder ein Covar-Leadframe verwendet wird. Ralph Berres schrieb: > Es lohnt sich meiner Ansicht nicht selbst einen höheren Aufwand zu > treiben. Man lernt unheimlich viel über Bauteile. -> das lohnt sich immer. > Billiger, als die renomierten Firmen Geräte anbieten, wirds meistens > auch nicht, wenn man die Kosten für das Calibrieren mit einrechnet. Klar, wenn man die Zeit mit einrechnet ist ein HP3458A billiger. Gruß Anja
Luk4s K. schrieb: > also tatsächlich PTC-Regelung? Schau dir mal die Innenschaltung der LM399 im Datenblatt (Seite 9) an. Da ist schon ein bischen mehr als eine PTC-Regelung. http://www.national.com/ds/LM/LM199.pdf Gruß Anja
Anja schrieb: > Sobald ich versuche die 7V auf 5V herunterzuteilen habe ich sofort einen > zusätzlichen Temperaturgang durch die Teilerwiderstände. Wodurch dann > der Vorteil der beheizten Referenz wieder zunichte gemacht wird. Kommt man an mehrere Widerstände auf einem Substrat nicht ran? Sowas wie in den guten Multimetern als Spannungsteiler verwendet wird. Durch das gleiche Substrat für beide und die räumliche Nähe sollte doch das Teilerverhältnis ziemlich konstant über die Temperatur bleiben. Bei Vishay finde ich nur sowas fertig: http://www.vishay.com/networks-and-arrays/resistor-networks/resistor-capacitor-networks/ :-/
Michael schrieb: > Meine Erfahrung, auch in der Industrie, ist, dass oft die geforderte > Genauigkeit und Auflösung gar nicht notwendig ist. Das hat man mir schon während der Lehre beigebracht: "Man misst nicht so genau wie möglich, sondern so genau wie nötig!" Gruss Harald
Anja schrieb: > Klar, wenn man die Zeit mit einrechnet ist ein HP3458A billiger. Anja mir ging es nicht um die Zeit. Die hat ein Hobbyist zu Genüge. Aber ich vermute mal das die wenigsten hier im Forum Zugriff auf einen Fluke 5500 ( oder ähnliches ) Calibrator haben um das 6,5stellige Multimeter ( oder selbstkonstruiertes Präzisionsspannungsmessgerät ) selbst zu calibrieren. Hier geht es nicht um die Zeit ( es dauert gut 30 Minuten um ein Multimeter automatisiert zu calibrieren ) sondern schlicht um die in der Regel nicht vorhandene Referenzquelle die rückführbar ist. Auch das Referenzelement LM339 welches im HP34401 werkelt hat nur eine begrenzte Genauigkeit, sondern nur eine sehr gute Langzeitstabilität. Natürlich kann man irgendwas selber stricken ( mit entsprechenden Aufwand an Meterial undZeit ) und es mit seinen ( hoffentlich calibrierten ) HP34401 vergleichen , sofern man eine hinreichend stabile Gleichspannungsquelle hat. Aber Hand auf Herz. Welcher Hobbyist läßt sein Multimeter alle 2 oder 3 Jahre neu calibrieren. Das sind jedesmal gut 180€ Kosten die anfallen. Ralph Berres
Mathias H. schrieb: > Temperaturdifferenzmessung mit 1mK Genauigkeit und 0,08mK Auflösung bei > 4 Messkanälen. Das ist zumindest das was derzeit in Planung ist und in > gewissen Grenzen funktioniert das ganze auch schon (also im Bereich von > 20,020 - 20,030 °C). Probleme bereitet derzeit der Abgleich für > verschiedene Temperaturbereiche, da die PT1000 Widerstände, die > verwendet werden natürlich unterschiedliche Temperaturkoeffizienten und > R0-Widerstände haben. Der "Offset" ändert sich mit der Zeit ... Am Ende > wird es wohl auf 10mK Genauigkeit herauslaufen. Wobei die Drift über die > Zeit eine wichtige rolle spielt ... Solche Sachen misst man nicht mehr mit PT1000, sondern mit PT100, wenn nicht gar mit PT25! Gruss Harald
Luk4s K. schrieb: > Wie steht es eigentlich um die Eigenerwärmung des PT100s durch den > Messstrom? Kein Problem, wenn man gepulst misst. Gruss Harald
>Im Service Handbuch des 34401A scheint die LM399(?) aka 1826-1249 >direkt an der Versogungsspannung zu hängen, ohne speziellen Regler also. Ja, das meinte ich auch mit intern. Du legst von außen nur die Versorgungsspannung für die Heizung an aber die Temperaturreglung geschieht im inneren der Referenz. Anja hat ja auch schon auf die Innenschaltung verwiesen. Christian
Ah, ich hatte im Datenblatt nur nicht weit genug nach hinten geblättert und dachte, R und ZD wär's schon. Noch 'ne Frage: In anderen Threads war von der LTC1043 Ladungspumpe als Alternative zu Spannungsteilern die Rede. Fokos sind ja bestenfalls auf +-1% genau; zu Alterung und Temperaturdrift habe ich nichts gefunden. Wo liegt nun der Vorteil?
Luk4s K. schrieb: > Noch 'ne Frage: In anderen Threads war von der LTC1043 Ladungspumpe als > Alternative zu Spannungsteilern die Rede. Fokos sind ja bestenfalls auf > +-1% genau; zu Alterung und Temperaturdrift habe ich nichts gefunden. Wo > liegt nun der Vorteil? Die Toleranz des Kondensators spielt hier fast keine Rolle (wirkt sich hauptsächlich auf die Einschwingzeit aus). Alterung und Temperaturdrift der Folienkondensatoren wirkt sich ebenfalls wie die Toleranz fast nicht aus. Die Ungenauigkeiten die Verbleiben sind die Ladungsinjektion der Schalter (LTC1043 hat hier eine Kompensationsschaltung) und die Leckströme des Kondensators, der Last (CMOS Zero Offset OP-Amp) und natürlich der Ladungspumpe gegen den RDS,on-Widerstand des LTC1043. Das ganze ist relativ gut stabil bei Raumtemperatur +/-15 Grad. Gruß Anja
>Fokos sind ja bestenfalls auf +-1% genau;
Die Toleranz der Kondensatoren spielt bei der Ladungspumpenteiler keine
Rolle. Die daraus resultierende unsymmetrische Ladungsaufteilung wird
durch die Rückführung des Ausgangs an den zweiten Eingangspin
kompensiert.
Ich habe eben das ganze mal durchgerechnet. Als Koppelkondensator habe
ich 1µF gewählt und als Ausgangskondensator 1,2µF (also 20%). Die
Eingangspannung gegen Masse war 2V. Es ergeben sich für die ersten
Umladungen die Ausgangsspannungen:
U1=0,90909V
U2=1,09586V
U3=1,00826V
U4=0,9917V
bzw. Abweichungen von:
delta U1=0,0909V
delta U2=0,0958V
delta U3=0,0083V
delta U4=0,0083V
Man sieht also, dass die Spannungen um den idealen Wert schwanken und
sich mit Zunahme der Schaltvorgänge dem idealen Verhältnis nähern. Die
Toleranzen haben somit, wie Anja bereits schrieb, nur auswirkungen auf
die Einschwingdauer.
Christian
Anja, temperierst du deinen Messaufbau, oder verfügst du über einen klimatisierten Messraum? Ich kann mir vorstellen, dass dir die Temperaturabhängigkeiten sonst größere Probleme bereiten würden, als die Luftfeuchtigkeit.
Kevin K. schrieb: > Anja, temperierst du deinen Messaufbau, oder verfügst du über einen > klimatisierten Messraum? Ich kann mir vorstellen, dass dir die > Temperaturabhängigkeiten sonst größere Probleme bereiten würden, als die > Luftfeuchtigkeit. > Die Frage möchte ich nicht unbeantwortet lassen: direkt an der Referenz für den A/D-Wandler sitzt ein Temperaturfühler. Die Temperaturdrift der Referenz wird über ein Polynom 3. Ordnung im Temperaturbereich ca 10-40 Grad korrigiert. Zum Ausmessen der Referenz habe ich eine Kühlbox (kühlen + heizen). Die Rest-Temperaturdrift einschließlich Hysterese liegt je nach Referenz (selektiert auf kleiner 1ppm/K bei 25 Grad) bei ca 1-2ppm über den Temperaturbereich 10-40 Grad. Einen meiner A/D-Wandler regle ich zusätzlich während der Messung auf eine Umgebungstemperatur von 27 Grad. Allerdings sehe ich da keinen wesentlichen Unterschied zu den anderen Wandlern. Gruß Anja
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