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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Spannungsreferenz justieren


Autor: Stefan D. (mackie05)
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Hallo,

mich würde interessieren, wie Ihr Spannungsreferenzen wie die 
LT6654/LTC6655 auf einen exakten Ausgangsspannungswert trimmt.

Im konkreten Fall möchte ich als Referenzspannungsquelle zum Abgleich 
meiner Multimeter haben und hierfür eine LT6654-4.096 auf exakt 4.00000V 
trimmen. Eine Temperierung des LT6654 ist vorgesehen, ggefls könnte ich 
auch noch eine Spannungsteiler aus Poti und Festwiderstand mit 
temperieren.

Habt Ihr einen guten Vorschlag zur Trimmung? Ich frage mich, wie das 
wohl in den Fluke Transferstandards gelöst ist?

Danke und Gruß
Stefan

Autor: Peter M. (r2d3)
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Mit Spannungsteiler und Puffer.
Potis aus Stabilitätsgründen vermeiden.

Leider sagst Du nichts über Stabilitätsanforderungen oder nennst das 
oder die Multimeter.
Du sagst auch nichts dazu, ob 4V bei Deinen Multimetern eine harte 
Grenze darstellen, oder ob es "Overrange" gibt.

Mangels weiterer Information hier ein paar Teilerkombinationen basierend 
auf den Reichelt "MPR"-Widerständen:

Spannung in: 4,096V
Spannung out: 4V
Teiler:  0,976 563

R1 R2
7.500 180
10.000 240

Such' Dir mal den Beitrag von branadic heraus. Der hat einmal 
demonstriert, wie man den Teiler für die 10V-Anhebung bei einer LM399 
mit Quarzheizer auf Kurs hält...

: Bearbeitet durch User
Autor: Stefan D. (mackie05)
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Hallo Peter,

das Multimeter wäre eine 5 3/4 stelliges HMC8012. Als Stabilität würde 
ich mir +/-10µV wünschen.

Ja es gibt eine Overrange und 4.096V wären auch noch drin. Sollte es 
allerdings eine elegante und stabile Form der Trimmung geben würde ich 
glatte 4V bevorzugen.

Feste Widerstände sehe ich kritisch, da schon der LT6654 eine 
Ausgangsspannungstoleranz von 0,1% hat, die ja auch ins Teilerverhältnis 
mit einfließen müssen.

Der Artikel von branadic ist ein gute Tip. Danke

Autor: Peter M. (r2d3)
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Hallo Stefan,

das ist doch mal eine klare Ansage!

Ich hatte mir mal eine LM399-basierte 10V-Referenz mit den 
MPR-Widerständen und optional schaltbarem Thermostat für 35 Grad gebaut. 
Anfänglich (Mai 2016) war der 10V-Ausgang auf 2ppm stabil, gemessen am 
34401A. Seit dem Sommer habe ich teilerbedingte Innertagesschwankungen 
in einem Bereich von 4 ppm, die Zuschaltung des Thermostats konnte das 
Problem nicht mindern.

Damit möchte ich Dir eine Idee geben, was mit einfachsten Mitteln 
möglich ist. Deine +-10µV auf 4V entsprechen einer Schwankungsbreite von 
5ppm.
Das könnte glatt reichen.

Ich kann leider nicht abschätzen, ob Du Dir mit so einer Konstruktion 
mehr Fehlermöglichkeiten schaffst, als Du durch die Herabsetzung des 
Messpunkts von 4,096V auf 4V gewinnst!

: Bearbeitet durch User
Autor: Sapperlot W. (jetztnicht)
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Was soll das denn ? Was ist schlecht an einer Referenz, die 3.98790V 
hat, und wo man dann mit dem Messgeraet 3.98790V ablesen moechte ? Um 
den prozentualen Fehler auszurechnen ?

Autor: Peter M. (r2d3)
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Stefan D. schrieb:
> Feste Widerstände sehe ich kritisch, da schon der LT6654 eine
> Ausgangsspannungstoleranz von 0,1% hat, die ja auch ins Teilerverhältnis
> mit einfließen müssen.

Aber diese Abweichung kannst Du ja messen und dementsprechend den Teiler 
anpassen.

Und wenn es doch ein Poti ein soll, kannst Du ja den Stellbereich des 
Potis schaltungstechnisch minimieren.

http://www.reichelt.de/Mehrgang-Potis/534-100/3/in...

Der verlinkte Poti hat eine ziemlich feine Auflösung.
Allerdings ist er auch sehr leichtgängig und müsste irgendwie arretiert 
werden. In einer späteren Erweiterung hat branadic den zur Justage 
mitverbaut.

Autor: Stefan D. (mackie05)
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Stimmt, ich hab es gerade mal durchgerechnet und sollte mit dem 
entsprechend optimierten Stellbereich auf ganz annehmbare Werte kommen. 
Vorausgesetzt dass ich die Widerstände auch mit temperiere.

Autor: Hp M. (nachtmix)
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Peter M. schrieb:
> Spannung in: 4,096V

Warum nicht 4,095 V?

Autor: Anja (Gast)
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Stefan D. schrieb:
> Als Stabilität würde
> ich mir +/-10µV wünschen.

Mit Bandgap-Referenzen im Plastik-Gehäuse?
-> keine Chance
Da ist die Drift durch Alterung und Luftfeuchtigkeit schon weit drüber.

Gruß Anja

Autor: Peter M. (r2d3)
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Hp M. schrieb:
> Peter M. schrieb:
>> Spannung in: 4,096V
>
> Warum nicht 4,095 V?

Indikative Berechnung des Teilers für die Nennwerte.
Gemessene Werte wurden ja nicht genannt.
Der Puffer hinter dem Teiler will allerdings auch berücksichtigt werden.

Autor: branadic (Gast)
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Peter M. schrieb:
> In einer späteren Erweiterung hat branadic den zur Justage
> mitverbaut.

Nicht ganz richtig, ich habe zur Spannungsanhebung der LM399 zunächst 
mit zwei einfachen bedrahteten Festwiderständen gestartet, um mal 
irgendwo zu zu beginnen.
Später habe ich dann das Poti eingesetzt, um die benötigten wahren 
Widerstandswerte zu ermitteln und habe final eine Huckepackleiterplatte 
statt der bedrahteten Widerstände mit 5ppm SMD-Widerstände und besagtem 
Quarzheizer (heizt die SMD-Widerstände) verbaut, die die 
Ausgangsspannung dann auf nominell 10,00157V ±10µV verstärkt haben. 
Damit war der Absolutwert der Referenz für mich hinreichend genau. 
Natürlich hätte man durch weitere Anpassung der Widerstände die absolute 
Genauigkeit noch weiter steigern können, aber so ist der Spannungsteiler 
für die 6,95V --> 10V Verstärkung mit nur drei Widerständen realisiert 
und günstig waren diese Widerstände auch noch.
Die Referenz läuft nun schon seit einigen Jahren 24/7 und altert täglich 
ein Stück mehr.

Autor: Peter M. (r2d3)
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branadic schrieb:
> Nicht ganz richtig, ich habe zur Spannungsanhebung der LM399 zunächst
> mit zwei einfachen bedrahteten Festwiderständen gestartet, um mal
> irgendwo zu zu beginnen.
> Später habe ich dann das Poti eingesetzt, um die benötigten wahren
> Widerstandswerte zu ermitteln und habe final eine Huckepackleiterplatte
> statt der bedrahteten Widerstände mit 5ppm SMD-Widerstände und besagtem
> Quarzheizer (heizt die SMD-Widerstände) verbaut, die die
> Ausgangsspannung dann auf nominell 10,00157V ±10µV verstärkt haben.

Danke für die schnelle Richtigstellung!

Autor: Hp M. (nachtmix)
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Peter M. schrieb:
> Indikative Berechnung des Teilers für die Nennwerte.

Damit bin ich nicht zufrieden.
Wenn die nominelle Spannungsänderung pro Stufe 1mV beträgt, und für 0 
auch 0mV geliefert werden, beträgt die Maximalspannung eines 12-Bit DAC 
dann 4095mV oder 4096mV???

Oder meinst du, dass man am Ende einer solchen Widerstandsleiter noch 
eine weitere, völlig nutzlose, Stufe einbaut?

: Bearbeitet durch User
Autor: Stefan D. (mackie05)
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Anja schrieb:
> Stefan D. schrieb:
>> Als Stabilität würde
>> ich mir +/-10µV wünschen.
>
> Mit Bandgap-Referenzen im Plastik-Gehäuse?
> -> keine Chance
> Da ist die Drift durch Alterung und Luftfeuchtigkeit schon weit drüber.
>
> Gruß Anja

Hallo Anja, hab hier die LS8-Version gerade aufgrund der von Dir 
genannten Probleme vorliegen. Die LT6654 ist laut Datenblatt der LTC6655 
in Sachen Langzeitdrift überlegen. Den schlechteren 
Temperaturkoeffizienten will ich durch die Temperierung mit einem 
Quarzheizer ausgleichen.


Branadic, war es wirklich notwendig 5ppm SMD Widerstände zu verwenden, 
wenn Du diese sowie temperierst? Wie genau hält Dein Quarzheizer die 
Temperatur?

Welche Erfahrungen habt Ihr bezüglich der Alterung von 
Widerstandsmaterialien gemacht? Könnt Ihr was empfehlen?

: Bearbeitet durch User
Autor: Stefan D. (mackie05)
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Peter M. schrieb:

>Seit dem Sommer habe ich teilerbedingte Innertagesschwankungen
> in einem Bereich von 4 ppm, die Zuschaltung des Thermostats konnte das
> Problem nicht mindern.

Hast Du eine Vermutung woran das liegt? Womit hast Du die 
Innertagesschwankungen gemessen?

Autor: Peter M. (r2d3)
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Hp M. schrieb:
> Damit bin ich nicht zufrieden.
> Wenn die nominelle Spannungsänderung pro Stufe 1mV beträgt, und für 0
> auch 0mV geliefert werden, beträgt die Maximalspannung eines 12-Bit DAC
> dann 4095mV oder 4096mV???
>
> Oder meinst du, dass man am Ende einer solchen Widerstandsleiter noch
> eine weitere, völlig nutzlose, Stufe einbaut?

Ich verstehe Dich leider überhaupt nicht.

Hat das eventuell etwas mit der Uhrzeit Deines Beitrags zu tun?
Wo ist hier der Bezug zur Problemstellung?




Stefan D. schrieb:
> Hast Du eine Vermutung woran das liegt? Womit hast Du die

Die Schwankungen treten auch bei eingeschaltetem Thermostat auf. 
Vielleicht ist es die LM399 selber. Die Referenz ist bei mir gesockelt 
und nicht gelötet.

> Innertagesschwankungen gemessen?

Mit dem 34401A.

Autor: Steffen (Gast)
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Wie soll die Referenz eigentlich auf 10µV genau vermessen werden?

Autor: Anja (Gast)
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Stefan D. schrieb:
> Den schlechteren
> Temperaturkoeffizienten will ich durch die Temperierung mit einem
> Quarzheizer ausgleichen.

Wie genau glaubst Du arbeitet so ein Heizer?
Ca. +/- 0.5 Grad im besten Fall.
(Gemessen am Temperatursensor des Quarzheizers).
Es sei denn die Umgebung ist schon klimatisiert.

Wie groß ist dann der Temperaturunterschied zum Chip der Referenz/dem 
Spannungsteiler?
Da stecken locker 2-3 Grad Differenz drin. (Selbstheizung der Referenz).

Stefan D. schrieb:
> war es wirklich notwendig 5ppm SMD Widerstände zu verwenden,
Bei 1 Grad Temperaturdifferenz bist du damit schon an Deinem Limit.
(ohne sonstige Fehlerquellen).

Stefan D. schrieb:
> Welche Erfahrungen habt Ihr bezüglich der Alterung von
> Widerstandsmaterialien gemacht? Könnt Ihr was empfehlen?
Normale (Dickschicht) SMD-Widerstände altern bis ca 1% über Lebensdauer.

Die oben angesprochenen 5 ppm Widerstände sind Dünnfilm-Widerstände 
(NiCr). Je nach zusätzlicher Passivierung sind die 1-2 Größenordnungen 
besser.

Noch besser sind Präzisionsdrahtwiderstände oder Metallfolienwiderstände 
mit <1-3 ppm/K und 25ppm/Jahr spezifizierter Alterung. Stückpreise 
zwischen 6-30 Eur. (Vishay S102, Z201 bzw. 8G16, UPW50, ...)
Ein Problem mit Luftfeuchtigkeit haben dabei alle Widerstände im 
Epoxy-Gehäuse. (bis 100 ppm Drift bei einzelnen Exemplaren wenn man Pech 
hat).

Noch besser sind Metallfolienwiderstände im Öl-gefüllten hermetisch 
dichtem Metallgehäuse. (6 ppm/Jahr und keine Feuchtigkeitsabhängigkeit).
Stückpreise 40-100 Eur. (Vishay VHP)

Danach gibt es nur noch Widerstandsnormale.

Also am besten ist es gar keine Widerstände zu verwenden ...

Gruß Anja

Autor: Anja (Gast)
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Peter M. schrieb:
> Die Referenz ist bei mir gesockelt
> und nicht gelötet.

Das hat bei mir auch ca 3-6 ppm Schwankungen zwischen den täglichen 
Messungen verursacht. Nach festlöten nur noch ca 1 ppm.

Voraussetzung ist u.A. eine gute thermische Isolation der Referenz und 
der Anschlußbeine (auf beiden Seiten der Leiterplatte).

Gruß Anja

Autor: Arc Net (arc)
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Stefan D. schrieb:
> Hallo Peter,
>
> das Multimeter wäre eine 5 3/4 stelliges HMC8012. Als Stabilität würde
> ich mir +/-10µV wünschen.

+-10 uV was? Für eine Sekunde, Minute, Stunde, Tag, Monat, Jahr?
Zudem rauscht das Teil schon in der 4.096V Variante mit 2 ppm p-p also 
etwa +-8 uVp-p, hinzukommt die Langzeitdrift mit geschätzt aus dem 
Datenblatt vielleicht 5 bis 10 ppm/1000hr (Figure 8 im DB, geschätzt auf 
die Zeit nach den ersten 2 kHr, dass wird zwar weniger, aber es dauert), 
desweiteren Fehler durch Luftfeuchtigkeit, mechanischen Stress usw.
Luftfeuchtigkeit wirkt sich auch bei den hermetisch dichten Gehäusen 
aus, zumindest bei den SMD-Varianten, da die Platine Wasser aufnimmt und 
dadurch mechanischen Stress erzeugt

> Der Artikel von branadic ist ein gute Tip. Danke

Die MPR-Widerstände haben eine Temperaturdrift von +-50 ppm, hinzu 
kommen nicht spezifizierte Langzeitdrift und wiederum Fehler durch 
Luftfeuchtigkeit, mechanischen Stress usw.

>> Stefan D. schrieb:
> Hallo Anja, hab hier die LS8-Version gerade aufgrund der von Dir
> genannten Probleme vorliegen. Die LT6654 ist laut Datenblatt der LTC6655
> in Sachen Langzeitdrift überlegen. Den schlechteren
> Temperaturkoeffizienten will ich durch die Temperierung mit einem
> Quarzheizer ausgleichen.

Das ist laut DB die initiale Drift (in den ersten 1000 Stunden)
15 ppm/sqrt(kHr) vs. 20 ppm/sqrt(kHr)
http://cds.linear.com/docs/en/datasheet/6654ff.pdf
http://cds.linear.com/docs/en/datasheet/6655fe.pdf

Figure 10b (LTC6655LS8) und Figure 8 (LT6654LS8) ansehen (auch wenn 
Linear bei der 6655 ebenso wie Vishay bei ihren Widerständen, dass ganze 
durch eine völlig unsinnige Skalierung besser aussehen lässt)

Paper in dem das Rauschen bis runter auf 0.05 mHz gemessen wird:
https://arxiv.org/pdf/1312.5101.pdf
Referenzen u.a. LTC6655, MAX6126, AD587, LT1021 (das sind auch die 
einzigen, die relativ nah an die dort gestellten Anforderungen 
herankamen)

Zur 6126 gibt es noch einen Test über 3000 Stunden (etwa 2.5 ppm bis 5 
ppm / 1000 hr in den letzten 1000 Stunden der Messung) mit einem schönen 
Spike aufgrund von Luftfeuchtigkeit
http://www.edn.com/design/analog/4441999/2/Voltage...
Die LT1027 gibt's mittlerweile auch im kleinen, hermetisch dichten 
Gehäuse mit etwa 5 ppm/1000 hr (ebenso letzten 1000 Stunden der Messung, 
Figure 4)
http://cds.linear.com/docs/en/datasheet/1027ls8f.pdf

Anja schrieb:
> Noch besser sind Metallfolienwiderstände im Öl-gefüllten hermetisch
> dichtem Metallgehäuse. (6 ppm/Jahr und keine Feuchtigkeitsabhängigkeit).
> Stückpreise 40-100 Eur. (Vishay VHP)

Darauf wetten würde ich nicht. Siehe u.a. den Thread im EEVBlog-Forum
http://www.eevblog.com/forum/metrology/t-c-measure...

> Danach gibt es nur noch Widerstandsnormale.

Die wieder drahtgewickelte Widerstände sind, danach wird's inkl. allem 
drum und dran eher schwer transportabel und etwas teuer ;)

> Also am besten ist es gar keine Widerstände zu verwenden ...

So sieht's aus. Je weniger Fehlerquellen umso besser.

Autor: Peter M. (r2d3)
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Arc N. schrieb:
>> Der Artikel von branadic ist ein gute Tip. Danke
>
> Die MPR-Widerstände haben eine Temperaturdrift von +-50 ppm, hinzu
> kommen nicht spezifizierte Langzeitdrift und wiederum Fehler durch
> Luftfeuchtigkeit, mechanischen Stress usw.

Nicht branadic, sondern ich habe die MPR-Widerstände verbaut, die laut 
Datenblatt +-25ppm Temperaturdrift aufweisen.

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Autor: Lurchi (Gast)
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Wenn man mit den Widerständen nur die Spannung um etwa 2% reduziert, ist 
die Stabilität der Widerstände nicht ganz so kritisch. Die Alterung der 
Widerstände beeinflusst nur die 2 % um die es runter geht. Eine 100 ppm 
Änderung beim Widerstandsverhältnis verändert die Ausgangsspannung nur 
um etwa 2 ppm. Von daher ist das Abgleichen der Spannung zwar sinnlos 
aber auch nicht so kritisch.

Autor: Arc Net (arc)
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Lurchi schrieb:
> Wenn man mit den Widerständen nur die Spannung um etwa 2% reduziert, ist
> die Stabilität der Widerstände nicht ganz so kritisch. Die Alterung der
> Widerstände beeinflusst nur die 2 % um die es runter geht. Eine 100 ppm
> Änderung beim Widerstandsverhältnis verändert die Ausgangsspannung nur
> um etwa 2 ppm. Von daher ist das Abgleichen der Spannung zwar sinnlos
> aber auch nicht so kritisch.

Das Problem ist aber schon wo anders. Die Referenz rauscht in der 
Variante schon mit 2 ppm p-p, also etwa 8 uV

Bei dem Beispiel von oben 4.096V mit 10k und 240k machen 100 ppm Drift 
eines Widerstands gegenüber dem anderen zwar nur etwa 1.57 ppm bei der 
Ausgangsspannung aus. Allerdings sind das schon etwa 63% vom 
Fehlerbudget (+-10 uV). Das Rasuchen dazu und etwas Langzeitdrift und 
Temperaturschwankungen und es ist deutlich überschritten.

Autor: Philipp (Gast)
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Hallo,

ich würde auch eher eine LM399 nehmen und die Spannung dann mit einem 
LTC1043 durch zwei teilen. Da bist Du zumindest schon in der Nähe von 4V 
(naja, eher 3,5) und die Temperaturregelung der Referenz ist schon mit 
drin. Der LTC1043 sollte keine weitere Temperaturstabilisierung 
benötigen.
Deine 5 Nullen hinter den 4V kannst Du ja wahrscheinlich eh nicht 
ausmessen oder?

Viele Grüße
Philipp

Autor: Sapperlot W. (jetztnicht)
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Der Poster muss 6 Stellen messen koennen, um 5 zu kontrollieren. Aber er 
kann ja auch mehrere Referenzen gegeneinander laufen lassen.

: Bearbeitet durch User
Autor: Stefan D. (mackie05)
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Hallo, nochmals danke für die vielen guten Anregungen! Das Thema mit dem 
Quarzheizer muss ich mir noch genauer ansehen, da ich nach ersten Tests 
von der Temperaturstabilität sehr angetan war. Hab hier über 4h die 
Temperatur in einem Fenster von +/-  20 mK halten können ohne separate 
klimatisierte Umgebung. Allerdings habe ich keine Ahnung, wie die 
Alterung der Bauteile des Heizers die Solltemperatur verändert.

Der Tip mit dem Lt1027ls8 klingt sehr gut. Hier könnte ich mir 
vorstellen die 5V mit einem LT5400- 7 auf 4V runterzuteilen und dann 
über den Trim-Pin mit entsprechender Minimierung des Stellbereichs durch 
die zwei verbliebenen Widerstände der LT5400 und eines guten Trimmers 
auf den annähernd exakten Wert bringen. Mir ist schon bewusst, dass es 
das Ganze dann altern lassen muss um den Drift im Zaum zu halten.

Die Idee mit dem Lm399 und dem Lt1043 hatte ich auch schon, dass wird es 
wohl werden, wenn ich für die Trimmung keine ausreichend gute Lösung 
finde - ohne für die Bauteile einen Kredit aufnehmen zu müssen :-)

Wie wird eigentlich bei den Fluke Transferstandards der exakte Wert 
erreicht?

Richtig, und aktuell habe ich noch keine Möglichkeit zum genauen 
justieren der Referenz. Da finde ich hoffentlich im ersten Jahr der 
Alterung noch eine Möglichkeit.

: Bearbeitet durch User
Autor: Sapperlot W. (jetztnicht)
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Eine Referenz muss doch nicht justiert werden, nur gemessen. Es genuegt 
doch wenn sie auf 1%, oder 0.1% genau dort ist, wo man sie haben 
moechte.

Zur Stabilitaet des Heizers, welcher Aufbau auch immer. Es kann ja auch 
mit einem Keramikheizelement sein, ist nur so genau wie der Sensor. Und 
ja, mit einem NTC schafft man auch 1mK Stabiltaet, auf welche Zeit auch 
immer. Bei iner spezifizierten Drift von kleiner 2% pro Jahr

: Bearbeitet durch User
Autor: Stefan D. (mackie05)
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Oh D. schrieb:
> Eine Referenz muss doch nicht justiert werden, nur gemessen. Es genuegt
> doch wenn sie auf 1%, oder 0.1% genau dort ist, wo man sie haben
> moechte.
>
Nur genau das wäre mein Ziel: Eine Referenz, die exakt 4.00000V anzeigt 
um meine 5 3/4 stelligen Multimeter zu überprüfen. Klar kann man das 
auch einfacher mit krummen Werten, aber wenn es einen guten Weg gibt 
hätte ich es gern so.

: Bearbeitet durch User
Autor: Harald Wilhelms (wilhelms)
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Oh D. schrieb:

> Eine Referenz muss doch nicht justiert werden, nur gemessen. Es genuegt
> doch wenn sie auf 1%, oder 0.1% genau dort ist, wo man sie haben
> moechte.

Genauso macht es auch die PTB, nur die Genauigkeit ist meist deutlich
besser. Allerdings versucht die PTB nach Möglichkeit, ihre Normale
auf Grundlage von physikalischen Gesetzen darzustellen, was noch nicht
für alle physikalischen Grössen gelungen ist. Ob man allerdings ein
Quantenhallnormal für den Hausgebrauch bekommen kann, weiss ich nicht.

Autor: Philipp (Gast)
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Stefan D. schrieb:
> Wie wird eigentlich bei den Fluke Transferstandards der exakte Wert
> erreicht?

Beim 731B und 732A sind da Potis drin. Beim 732B waren es meine ich 
Stufenschalter.

Bei den Kalibratoren läuft es elektronisch. Der DAC hat mehr Auflösung 
als benötigt. Mein 5440B fragt beim Justieren welche Spannung die zu 
vergleichenden 10V haben und anschließend wird digital (7,5 Stellen) 
getrimmt bis das Nullmeter auf 0 steht. Also im Prinzip so wie es auch 
Deine Multimeter machen. Da dreht ja auch keiner an Potis.

Viele Grüße
Philipp

Autor: Bernd K. (bmk)
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Ich habe mir die Tage den AD780BRZ bestellt:

http://www.analog.com/media/en/technical-documenta...

In erster Linie um zu sehen, ob mein Multimeter Mist misst.
Denn Kalibrieren ist mit Sicherheit teurer und Vergleichsmöglichkeiten
sind nicht vorhanden.

Mir genügt es, wenn am Ausgang des AD780 3,000V +-1mV anliegt und mein
Multimeter sollte das gefälligst auch so anzeigen.

Was meinen denn die Fachleute zu dem Teil?

Autor: Sapperlot W. (jetztnicht)
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Wie-kapere-ich-einen-Thread(Bernd K.) schrieb :

Was sagt denn das Datenblatt bezueglich absoluter Genauigkeit, 
bezueglich Drift, bezueglich Rauschen ?

: Bearbeitet durch User
Autor: Bernd K. (bmk)
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Es liegt mir fern, einen Thread zu kapern.

Mod: Bitte löschen.

Autor: Hurra (Gast)
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Hp M. schrieb:
> Peter M. schrieb:
>> Spannung in: 4,096V
>
> Warum nicht 4,095 V?

Ganz einfach. Wenn man zum Beispiel mit einem 12Bit ADC eine Referenz 
von 4096mV hat, dann bekommt man aus dem ADC exakt mV heraus. Ohne 
Rechnung. Weil 1LSB = exakt 1mV.
Bei 11Bit, 15bit, 16bit bleibt es immer noch beim simplen shiften. Ohne 
Multiplikation, Division oder sontigen aufwändigen (mit Fehlern 
behafteten) Rechenschritten.

Drum ist 4096mV auch eine sehr schöne Referenzspannung, insbesondere 
wenn man die früher üblichen 5V Versorgung bedenkt.
Und die möchte man möglicherweise auf genau auf z.B. 4096mV justieren, 
um einen (aufwändigen) Abgleich vermeiden zu müssen.

Autor: Anja (Gast)
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Philipp schrieb:
> Beim 731B und 732A sind da Potis drin

Aber nur für die letzten paar ppm.

Die Spannungsbestimmenden Widerstände sind allesamt entweder hermetisch 
dichte Drahtwiderstände (die dicken runden) oder auf Glimmer-Karten 
gewickelte Drähte (die flachen).
Hersteller: Fluke selbst. (Angepaßt auf die jeweilige Referenz).

Siehe:

http://www.eevblog.com/forum/testgear/fluke-731b-t...

Gruß Anja

Beitrag #4830822 wurde vom Autor gelöscht.
Autor: Stefan D. (mackie05)
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So es geht voran. Ich habe mir jetzt einen Aufbau mit dem von Arc Net 
empfohlenen LT1027ls8 gemacht. Der Quarzheizer ist noch nicht eingebaut 
aber die Schaltung läuft schon soweit. Als Puffer und gleichzeitig 
Filter habe ich die Schaltung von Burr Brown "Voltage Reference Filters" 
Figure 2 verwendet.

Jetzt habe ich folgendes Phanomen:
Wenn ich die Schaltung laufen lasse bekomme ich sporatische 
Spannungssprünge um jeweils ca. 8µV(beim 4V Pfad). Dieser Wert bleibt 
dann für einige Minuten bestehen und springt dann wieder um ca. 8µV 
zurück. Es ist wirklich ein Sprung und kein langsamer Anstieg, weswegen 
ich Einflüsse der Umgebungstemperatur auf den Tempco 
ausschließe.(Temperaturschwankungen sehe ich durch langsame Änderungen)

Folgende Fehlerquellen habe ich bereits ausgeschlossen:

Multimeter: Messung mit zwei Multimetern gleichzeitig durch geführt -> 
der Effekt ist auf beiden zu gleichen Zeitpunkten zu sehen

OPV: Beide Pfade(1V, und 4V) zeigen dieses Verhalten, wobei der Sprung 
im 1V Pfad entsprechend geringer ausfällt.

Störung durch Einstreuungen würde ich ausschließen, da die Werte relativ 
stabil über einen längeren Zeitraum stehen.

Thermischer Stress durch Leiterplatte: Habe versucht mit dem Föhn dieses 
Verhalten zu provozieren, habe aber kein sprunghaftes Verhalten 
feststellen können.(Platine ist mit 25 x 19mm extra klein gehalten um 
den Stress zu minimieren)

Mikrofonieeffekt durch zwei Kerkos im Filter: Würde ich als Peak 
erwarten.

Messabgriffe: Habe hier hochwertige Bananenbuchsen über ein kurzes Kabel 
angelötet, da die Messwerte bei Abgriff am Pinheader schon stark 
geschwankt haben.

Hat jemand solch ein Verhalten schon beobachtet? Kann es in den ersten 
Betriebsstunden der Referenz (ca. 100 Stunden unbeheizt gelaufen) zu 
solchen Effekten kommen?

Danke und Gruß
Stefan

: Bearbeitet durch User
Autor: Lurchi (Gast)
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Der Beschreibung nach hört sich das nach Poppkorn-rauschen an. Das kommt 
gelegentlich vor das, Halbleiter solche Sprünge zwischen definierten 
Werten haben. Es kommt vor und ist ärgerlich, weil die Chancen nicht gut 
stehen, dass es bei höherer Temperatur oder mit dem altern verschwindet. 
Vermutlich einfach ein schlechter LT1027.

Effekte der Kondensatoren sollten es nicht sein, da wären die Stufen nur 
im ms Bereich flach.

Autor: Stefan D. (mackie05)
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Hallo Lurchi,

in der Tat sieht das wie Popcornrauschen aus. Habe gerade mal auf

http://www.eevblog.com/forum/metrology/t-c-hystere...

nachgelesen. Dort scheint jemand den gleichen Fall zu haben. Dort finde 
ich auch die 8 µV ziemlich genau wieder, auch wenn es bei mir deutlich 
seltener auftritt. Also werde ich wohl nochmal einen Neuen bestellen - 
oder besser gleich zwei :-)

Danke und Gruß

: Bearbeitet durch User
Autor: Stefan D. (mackie05)
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Hier noch eine Darstellung der Messergebnisse. Das Rauschen ist recht 
hoch, aber für ein 5 3/4-stelliges DMM vermutlich normal. Die Messung 
lief über 127 Minuten, überlagert sieht man neben dem Rauschen und dem 
Popcorn auch noch die Auswirkungen der sich ändernden 
Umgebungstemperatur.

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Autor: Anja (Gast)
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Stefan D. schrieb:
> Hat jemand solch ein Verhalten schon beobachtet? Kann es in den ersten
> Betriebsstunden der Referenz (ca. 100 Stunden unbeheizt gelaufen) zu
> solchen Effekten kommen?

Hatte ich schon mit einem MAX6350

Beitrag "Re: komischen Rauschen AD-Wandler"

Die Ursache ist eine Störung/Verunreinigung im Kristallgitter.
-> die Referenz altert schneller.

Stefan D. schrieb:
> Folgende Fehlerquellen habe ich bereits ausgeschlossen:

Ist die Leiterplatte gewaschen (Isopropanol)? (Das Foto sieht etwas 
schmodderig aus und der NR-Pin der Referenz ist relativ empfindlich).

Stefan D. schrieb:
> Störung durch Einstreuungen würde ich ausschließen,
Handy / WLAN?

gerade wenn der Ausgang der Referenz nicht abgeblockt ist können da 
schon Einstreuungen rückwärts über den Ausgang in die Referenz gelangen.
(Hinweise im Datenblatt berücksichtigen).
Ich verwende 10uF + 100nF parallel.

Luftzug?
Das Gehäuse hat KOVAR-Anschlüsse -> Thermospannung 39uV/K gegen Kupfer.

Gruß Anja

Autor: Stefan D. (mackie05)
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Hallo Anja,
extra gewaschen habe ich die Platine nicht nochmal. Das schmoddrige 
liegt am Bild. Am NR-Pin habe ich nichts angeschlossenen, lediglich am 
Pad angelötet. Evtl. lass ich bei einer nächsten Version auch noch das 
Pad weg.
Abgeblockt habe ich mit einem 1u ECPU Folienkondensator, werde aber 
Deinen Vorschlag mit 100n und 10u mit aufnehmen.

Habe jetzt noch einige Testläufe auch mit Abschirmung gemacht - es 
ändert sich nichts, was für mich dann doch Lurchis Popcornvermutung 
bestärkt.

Wenn alles gut klappt kommen die anderen LT1027 noch vor Weihnachten.

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Autor: Anja (Gast)
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Stefan D. schrieb:
> 1u ECPU Folienkondensator

Die 10uF bitte als Tantal / Elko mit etwas ESR.
Die LT1027 ist laut Datenblatt schwingfreudig.

Gruß Anja

Autor: Stefan D. (mackie05)
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So, die neuen LT1027 sind da und zeigen kein Popcorn :-)

Anja schrieb:
> Die 10uF bitte als Tantal / Elko mit etwas ESR.
> Die LT1027 ist laut Datenblatt schwingfreudig.

Was meinst Du mit etwas ESR - kannst Du eine Größenordnung oder einen 
speziellen Typ nennen? Könnte einen in Tropfenform mit 2,54mm RM noch in 
meinem Layout unterbringen.

Danke

Autor: Ernst Oellers (ernstj)
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Anja schrieb:
> Die 10uF bitte als Tantal / Elko mit etwas ESR.

Warum nicht Elko und Widerstand in Reihe? Dann wäre der Widerstandswert 
nicht Glücksssache.
Mit tropfenförmigen Tantal-Elkos habe ich gruselige Erfahrungen, ich 
pack die nicht mehr an.

Autor: Anja (Gast)
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Stefan D. schrieb:
> Was meinst Du mit etwas ESR

Auf keinen Fall Folie oder Keramik (< 0.1 Ohm).

Ich habe üblicherweise irgendwas zwischen 2-6 Ohm ESR bei 10uF/10-16V 
size A.

Gruß Anja

Autor: Andreas Schweigstill (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite
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Anja schrieb:
> Auf keinen Fall Folie oder Keramik (< 0.1 Ohm).

Mit einem Keramikkondensator könnte man aber ein schönes
Mikrofon bauen... ;-)

> Ich habe üblicherweise irgendwas zwischen 2-6 Ohm ESR bei 10uF/10-16V
> size A.

Welche Rauscheigenschaften besitzt eigentlich solch ein Elko? Gibt es 
hierbei Abhängigkeiten durch die Art des Elektrolyten?

Bei vielen Elkos ist der eigentliche Wickel ja verhältnismäßig lose 
aufgehängt, d.h. nicht großflächig stramm an das Metallgehäuse gepresst. 
Dadurch müsste es doch auch möglich sein, durch Vibrationen 
Kapazitätsschwankungen zu verursachen, d.h. ihn als ein schickes 
Kondensatormikrofon zu nutzen.

Autor: Anja (Gast)
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Andreas S. schrieb:
> Welche Rauscheigenschaften besitzt eigentlich solch ein Elko? Gibt es
> hierbei Abhängigkeiten durch die Art des Elektrolyten?

Nachdem was ich so gelesen habe ist das Rauschen im wesentlichen durch 
den Leckstrom bestimmt. Als Abblockkondensator hängt das Teil allerdings 
nicht im Signalpfad. Der Ausgangswiderstand der Referenz -18 mOhm 
bestimmt hier das Rauschen.
Im Übrigen betreibe ich so eine Referenz normalerweise nicht auf einer 
Rüttelplatte, sondern schön in Watte eingepackt (auch zur Vermeidung von 
Luftströmungen).

Gruß Anja

Autor: Stefan D. (mackie05)
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Dadurch, dass das ganze ja temperiert wird, je nach Tempco-Wendepunkt 
bis zu 55°C würde ich ungern Alu-Elkos verwenden. Wenn ich das ganze 
final zusammengebaut habe ist der Aufwand diesen Elko zu wechseln doch 
recht hoch. Also wird es wohl ein Tantal mit Serien R werden.

Danke für die Tips.

Das Rauschen ging im übrigen schon einiges runter, nachdem ich 
zusätzlich zum 1u Folie einen 22u Elko drangepackt haben.

Autor: Andreas Schweigstill (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite
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Anja schrieb:
> Nachdem was ich so gelesen habe ist das Rauschen im wesentlichen durch
> den Leckstrom bestimmt. Als Abblockkondensator hängt das Teil allerdings
> nicht im Signalpfad. Der Ausgangswiderstand der Referenz -18 mOhm
> bestimmt hier das Rauschen.

OK. Es wäre aber schon einmal interessant, sich anzuschauen, ob ein über 
lange Zeit spannungslos gelagerter Elko beim erneuten Formieren auch 
eine Art Popcornrauschen erzeugt. "Hört" man eventuell sogar das 
Ausheilen der Oxydschicht?

Gut, bei metrologischen Anwendungen mit nahezu konstanter Spannung über 
Tage, Wochen oder Monate sollte es da schnell zu einem stationären 
Zustand der Oxydschicht gekommen sein.

> Im Übrigen betreibe ich so eine Referenz normalerweise nicht auf einer
> Rüttelplatte, sondern schön in Watte eingepackt (auch zur Vermeidung von
> Luftströmungen).

Oh, vielen Dank für den Tipp! Vielleicht sollte ich unser Fluke 8846A 
doch wieder von dem rollbaren Kompressor auf einen konventionellen 
Messgerätewagen verlagern, siehe Anhang.

Autor: Anja (Gast)
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Andreas S. schrieb:
> OK. Es wäre aber schon einmal interessant, sich anzuschauen, ob ein über
> lange Zeit spannungslos gelagerter Elko beim erneuten Formieren auch
> eine Art Popcornrauschen erzeugt.

Wenn er im Signalweg liegt: ja.
Deshalb habe ich immer einen 9V-Block am Eingang meines 1/f Verstärkers.

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

Gruß Anja

Autor: Stefan D. (mackie05)
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Anja schrieb:

> Das Gehäuse hat KOVAR-Anschlüsse -> Thermospannung 39uV/K gegen Kupfer.

Wie sieht es dann eigentlich mit den Thermospannungen zwischen 
Laborsteckern und Messgerätebuchsen aus? Hier werden ja vermutlich auch 
nicht immer identische Materialien verwendet. Heißt, ich werde bei zwei 
exakt justierten Multimetern mit unterschiedlichen Materialien in den 
Eingangsbuchsen bei verwendung der gleichen externen Referenz auch 
unterschiedliche Messwerte in µV-Größenordnung angezeigt bekommen?

Wie geht man hier in der Praxis vor?

Autor: Peter M. (r2d3)
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Stefan D. schrieb:
> Anja schrieb:
>
>> Das Gehäuse hat KOVAR-Anschlüsse -> Thermospannung 39uV/K gegen Kupfer.
>
> Wie sieht es dann eigentlich mit den Thermospannungen zwischen
> Laborsteckern und Messgerätebuchsen aus? Hier werden ja vermutlich auch
> nicht immer identische Materialien verwendet. Heißt, ich werde bei zwei
> exakt justierten Multimetern mit unterschiedlichen Materialien in den
> Eingangsbuchsen bei verwendung der gleichen externen Referenz auch
> unterschiedliche Messwerte in µV-Größenordnung angezeigt bekommen?
>
> Wie geht man hier in der Praxis vor?

Bezogen auf Dein obiges Beispiel mit 4V bedeutet Dein Anspruch gleicher 
Wert in µV-Größenordnung zu sehen ja schon ppm-Genauigkeit.
Ich glaube, dass Du das in der Praxis nicht vorfindest und die 
Abweichung wird nicht von Thermospannungen verursacht.

Vielleicht kann das e61_phil kommentieren?

Du hast ja zwei Kontaktstellen. Bei gleicher Temperaturdifferenz heben 
sich die beiden Thermospannungen in der Wirkung auf.

Du solltest also zumindest Kabel mit den gleichen thermospannungsarmen 
Steckern verwenden, die zudem noch massearm sind um den 
Temperaturausgleich zu beschleunigen.
Meine Idee wäre halt "Symmetrie sicherstellen" um die Geschwindigkeit 
der Weiterleitung der Wärme anzugleichen.

An dieser Stelle kommt jetzt Foristin Anja aus dem Busch gesprungen und 
weist daraufhin, dass sie nicht verstehen kann, wieso die Messbuchsen 
auch bei Edelmultimetern immer übereinander und nicht nebeneinander 
stehen.
Da muss man ihr Recht geben.

Die Profis von der PTB haben eine Infrarotkamera zur Kontrolle dabei:

Beitrag "PTB auf der MAKER FAIRE 2016, Hannover 28. -29 Mai"

Im PTB-Labor liegt übrigens kein Gerödel auf dem Fluke 8508A, bei der 
Messgüte auf der Maker Fair fällt das aber nicht ins Gewicht.

Autor: Anja (Gast)
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Stefan D. schrieb:
> Wie geht man hier in der Praxis vor?

Gute Multimeter haben oft Polklemmen aus (Tellurium-)Kupfer. Da werden 
dann direkt blanke/versilberte (oxidfreie) Kupferdrähte festgeschraubt 
(kleine thermische Masse). Eventuell auch mit Gabelschuhen (spade lugs) 
aus (blankem/vergoldetem) Kupfer mit angecrimpten Kupferleitungen.

http://www.digikey.de/product-detail/de/pomona-ele...

Silber und Gold sowie Tellurium-Kupfer liegen mit der EMK relativ dicht 
bei Kupfer.
Kupferoxid hat sehr große EMK gegenüber Kupfer. -> manche schwören auf 
Kontaktspray (DeoxIT).


Gruß Anja

Autor: Peter M. (r2d3)
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Stefan,

zu diesem Faden unbedingt einen anderen thematisch ähnlichen Faden 
lesen!
Hoher Unterhaltungswert!  :)

Beitrag "Kabel zur DC-Kalibrierung"

Autor: Hp M. (nachtmix)
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Hurra schrieb:
> Hp M. schrieb:
>> Peter M. schrieb:
>>> Spannung in: 4,096V
>>
>> Warum nicht 4,095 V?
>
> Ganz einfach. Wenn man zum Beispiel mit einem 12Bit ADC eine Referenz
> von 4096mV hat, dann bekommt man aus dem ADC exakt mV heraus. Ohne
> Rechnung. Weil 1LSB = exakt 1mV.

Das ist falsch, und darum schrub ichs ja.
Wenn du nicht rechnen  willst, musst du es eben an den Fingern abzählen.
Wenn der ADC eine Stufenhöhe von genau 1mV hat, und für den Binärwert 0 
die Spannung 0 liefert, welche Spannung liefert er dann bei dem höchsten 
mit 12  Bits darstellbaren Input?

Oder andersherum: Schreibe 4096 in Binärschreibweise auf.
Wieviele Bits brauchst du?

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Autor: Stefan D. (mackie05)
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Vielen Dank für Eure Hinweise. Leider schweigt sich R&S über das 
Kontaktmaterial der Einbaubuchsen aus. Bleibt mir also vor allem für 
einen guten thermischen Ausgleich zu sorgen.

Autor: Arc Net (arc)
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Peter M. schrieb:
> Du hast ja zwei Kontaktstellen. Bei gleicher Temperaturdifferenz heben
> sich die beiden Thermospannungen in der Wirkung auf.

Das ist dasselbe Problem, dass auch bei der Messung von Thermoelementen 
auftritt:
Irgendwo sind immer Übergänge mit unterschiedlichen Materialien und 
Temperaturen.

Vereinfacht
     T11-T12-----T13-T14----T15-\/\/\/\/-T16----T17-T18-----T19-T20---
  + /                                                                 \
VREF                                                                   DMM/ADC
  - \                                                                 /
     T1-T2--------T3-T4------T5-/\/\/\/\-T6------T7-T8-------T9-T10---
    Platine       Innen/        Kabel            Außen/     Platine   
      Ref         Außen                          Innen   Steckverbinder 
      bis     Steckverbinder                 Steckverbinder   bis
 Steckverbinder                                               ADC 

Üblich ist der Standardtrick: Einmal Vp - Vn messen, einmal Vn - Vp

Autor: Steffen (Gast)
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Hp M. schrieb:
> Hurra schrieb:
> Hp M. schrieb:
> Peter M. schrieb:
> Spannung in: 4,096V
>
> Warum nicht 4,095 V?
>
> Ganz einfach. Wenn man zum Beispiel mit einem 12Bit ADC eine Referenz
> von 4096mV hat, dann bekommt man aus dem ADC exakt mV heraus. Ohne
> Rechnung. Weil 1LSB = exakt 1mV.
>
> Das ist falsch, und darum schrub ichs ja.
> Wenn du nicht rechnen  willst, musst du es eben an den Fingern abzählen.
> Wenn der ADC eine Stufenhöhe von genau 1mV hat, und für den Binärwert 0
> die Spannung 0 liefert, welche Spannung liefert er dann bei dem höchsten
> mit 12  Bits darstellbaren Input?
>
> Oder andersherum: Schreibe 4096 in Binärschreibweise auf. Wieviele Bits
> brauchst du?

Du widerlegst Dich doch gerade selbst.

LSB = Uref/2^n = 4096mV / 4096 = 1mV

Und wie Du ja geschrieben hast kann man nur max.  4095mV ausgeben. Das 
ändert nix am 1mV pro LSB

Ein gutes Indiz ist wohl auch, dass Linear und Co 4096mV Referenzen 
verkaufen und nicht welche mit 4095mV

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