Announcement: there is an English version of this forum on Wie misst ein Multimeter Spannungen? Ich nehme an über Spannungsteiler mit nachgeschaltetem Spannungsfolger und A/D-Wandler. Allerdings müssten die Spannungsteiler im Megaohm-Bereich liegen wenn der Eingangswiderstand im Megaohm-Bereich liegen soll. Rauscht das dann nicht ordentlich?
ja und das ist schon in ordnung was intressiert dich das rauschen
Hm ich meine nicht nur das Stromrauschen, sondern ich denke dass durch die Hochohmigkeit diverse Störungen induziert werden. Das interessiert mich, weil ich in meiner Schaltung vor einem ähnlichem Problem stehe: Ich möchte eine Spannung messen die höher ist als die zur Verfügung stehende Versorgungsspannung. Allerdings ist mein A/D-Wandler genauer und schneller als das was im Multimeter drin ist. Daher die Angst vor dem Rauschen.
Kann sein dass ich einen Denkfehler habe, deshalb frage ich nach.
Bei Fragen zu DMMs ist das Servicehandbuch des 34401A immer wieder eine gute Anlaufstelle, da dort die Schaltung sehr ausführlich beschrieben und auch abgedruckt ist. http://www.home.agilent.com/agilent/redirector.jspx?action=ref&cname=AGILENT_EDITORIAL&ckey=765594&lc=ger&cc=DE&nfr=-536902435.536880933
Ben schrieb: > Allerdings ist mein A/D-Wandler genauer und schneller als das was im > Multimeter drin ist. Daher die Angst vor dem Rauschen. Der Trick beim Multimeter ist daß ein integrierender Wandler verwendet wird. Da mittelt sich das Rauschen weitgehend heraus. Gruß Anja
> Allerdings ist mein A/D-Wandler genauer und schneller als das was im > Multimeter drin ist. Daher die Angst vor dem Rauschen. Vor allem die Geschwindigkeit ist der Knackpunkt. Je schneller die Sample-Rate ist, um so größer ist üblicherweise auch die Bandbreite. Da Rauschen immer mit der Bandbreite zusammenhängt, kann das schonj ein Problem werden. Beim Multimeter hat man üblicherweise eine relativ geringe Bandbreite, deshalb stört das Rauschen dort nicht so sehr. Je größer die Bandbreite sein soll, um so mehr wird das ein Problem und dann muss man die Spannungsteiler niederohmiger machen.
OK, das mit der Geschwindigkeit hatte ich schon befürchtet. Ich müsste einen niedrigohmigen Spannungsteiler nehmen und davor einen Spannungsfolger setzen damit das Messgerät nach außen einen hohen Eingangswiderstand hat. Bei +-10 Volt Eingangsspannung bräuchte ich mindestens +-12 Volt Versorgungsspannung für den Operationsverstärker. D.h. zusätzlich ein oder zwei DC/DC-Wandler und zwei Spannungsregler. Oder gibt es eine einfachere Lösung?
Bei Spannungen > Vcc kommst du um einen Spannungsteiler am Eingang nicht herum. 10MΩ stören auch praktisch nie. Für Spannungen >1kV sind 1GΩ ein guter Wert. OT: Wie steht es eigentlich um ∆Σ-ADCs bei DMMs? Solche wie der LTC2400 sind ja wirklich beachtlich, oder sind die Integrierenden-n-Slope ADCs immer noch überlegen?
Die DMMs mit mehr als 4,5 Stellen haben oft Sigmal Delta Wandler. Die Sigma Delta Wandler haben vor allem den Vorteil das sie durchgängig messen, also keinen Teil des Eingangssignals unbeachtet lassen. Für minimales Rauchen ist das ein muss. Die Dual Slope Wandler haben über einen weiten Bereich eine recht hohe Genauigkeit, so dass man die volle Auflösung auch wirklich Anzeigen kann. D.h. wenn ein Dual Slope Wandler +-20000 Schritte auflöst, kann man damit guten Gewissens 4,5 Stellen anzeigen. DNL Werte von 1% eines LSB sind bei Dual Slope durchaus üblich (außer um den Nullpunkt - da muss man ggf. Abgleichen). Bei Sigmal delta Wandlern hat man dagegen DNL Werte mehr so in der Größe 0,5 bis 1 LSB, bzw. gerade noch keine missing codes. Für 4,5 Stellen als Anzeige sollte ein Sigma Delta Wandler entsprechend besser 18 oder 20 Bits haben. Die frühen 6 Digit DMMs mit Sigma Delta Wandler haben das nicht so beachtet - da gab es schon mal missing codes. Die einfachen Multimeter haben einen Spannungsteiler mit fest 10 MOhm runter auf einen Bereich von 200 mV, ggf. auch mal 400 mV. Die besseren Multimeter haben oft einen Spannungsteiler runter auf etwa 2 V, und für die kleineren Spannungen eine extra Verstärkung. So ist es möglich das der Eingangswiderstand im 2 V und 0,2 V Bereich deutlich höher liegt (z.B. 1 G Ohm). Damit bei 6 Stellen Auflösung ein Eingangswiderstand von 10 M sicher vernachlässigt werden kann, darf die Spannungsquelle nur einen Widerstand von 10 Ohm haben. Bis 10 V kann man noch direkt auf einen Impedanzwandler schicken. Die Versorgungsspannung würde ich da eher bei +-15 V wählen, eine Regelung ist aber nicht unbedingt nötig, Siebung sollte aber schon sein. So schlimm ist das Rauschen eines Spannugsteilers aber noch nicht: ein 10 M Ohm Spannungteiler 1:10 hat am Ausgang etwa ein Rauchen von 100 nV/Sqrt(Hz), was am Eingang 1 µV/Sqrt(Hz) entspricht. Für einen 10 V Spannungsbreich ist das immer noch genug Reserve für 6 stabile stellen. Man muss nur mit kapazitiv eingekoppelter Wechselspannung aufpassen. Wenn schneller gemessen werden soll, ggf. auch schon für 50 Hz Wechselspannung sollte der Spannungsteiler Kompensiert sein - als parallel zu den Widerständen sollten Kapazitäten sein, so das sich immer die gleiche Zeitkonstante ergibt.
Hmm, warum haben dann Highend-DMMs wie das 34401A oder 3458A allesamt Multislope Wandler? Waren die ∆Σ-ADCs damals noch nicht so weit?
Die Integrierenden Wandler können bei der Linearität wohl etwas besser sein als die normalen Sigma Delta Wandler. Dafür haben die Sigma-delta Wandler eine Vorteil beim Rauschen, weil einfach keine Messzeit verschenkt wird. Es gab aber auch schon 8,5 Stellige Multimeter mit Sigma delta Wandler (von Prema). Bei den Sigma Delta Wandlern mit höherer Auflösung gibt es ja auch relativ verschiedene Ausführungen. Wenn beim N-Slope Wandler der Kondensator zwischen den einzelnen Messungen nicht entleert wird, hat man sogar einen fließenden Übergang zwischen den Wandlungsverfahren.
Luk4s K. schrieb: > Hmm, warum haben dann Highend-DMMs wie das 34401A oder 3458A allesamt > Multislope Wandler? Waren die ∆Σ-ADCs damals noch nicht so weit? Die Delta Sigma Wandler sind auch heute noch nicht so weit. Delta-Sigma Wandler haben nur den großen Vorteil daß man eine hohe Auflösung ohne teure externen Kondensatoren (Stichwort dielektrische Absorption) erreichen kann. Ein Nachteil ist eine geringe Linearität (INL) des Wandlers. Hier werden nur typische Werte von 2 - 16 ppm erreicht. Bei optimierten Multislope Wandlern erreicht man dagegen unter 1 ppm. Das HP3458A ist z.B. mit 0.1ppm Linearität im 10V-Bereich spezifiziert. Beim Rauschen hat man bei Delta Sigma (Verstärkung = 1) in der Größenordnung 0.3 .. 0.6ppm rms. (was die Auflösung auf ca 21 Bit reduziert) Das HP3458A ist mit 0.01ppm rms Rauschen spezifiziert. Also realistisch gesehen kriegt man mit einem 24 Bit Sigma Delta Wandler für kleines Geld bis zu ca 16 Bit Genauigkeit. Gruß Anja
Anja schrieb: > Ein Nachteil ist eine geringe Linearität (INL) des Wandlers. Hier werden > nur typische Werte von 2 - 16 ppm erreicht. In der AN86 von LT wird der anscheinend bei jedem Exemplar gleichartige INL Fehler des LTC2400 durch eine Korrekturkurve ausgeglichen, so kommt man auf <1ppm INL. Lässt sich das Rauschen nicht durch Mitteln abmildern?
Luk4s K. schrieb: > In der AN86 von LT wird der anscheinend bei jedem Exemplar gleichartige > INL Fehler des LTC2400 durch eine Korrekturkurve ausgeglichen, so kommt > man auf <1ppm INL. Lässt sich das Rauschen nicht durch Mitteln > abmildern? Klar kann ich mit einer mathematischen Korrekturmaßnahme die INL verbessern sofern die Ursache genau genug bekannt ist. Bei meinen Experimenten mit LTC2400 mache ich mir das auch zunutze. Aber mehr als knapp eine Größenordnung läßt sich da nicht erreichen. Die INL-Kurven bei anderen Delta-Sigma Wandlern sehen oft auch nicht Parabelförmig aus. Zudem ist das Ganze eigentlich noch temperaturabhängig ... Außerdem könnte man das mit einem Multislope-Wandler ebenfalls machen wenn man eine genügend genaue Meßeinrichtung hat. Um das Rauschen zu halbieren mußt Du die Anzahl der Meßwerte vervierfachen. Für den Faktor 60 zwischen LTC2400 und HP3458A brauchst Du dann knapp 4000 Meßwerte. Bzw. 6 Minuten beim LTC2400 gegenüber 3 Sekunden Meßzeit beim HP. Gruß Anja
Anja schrieb: > Luk4s K. schrieb: >> Hmm, warum haben dann Highend-DMMs wie das 34401A oder 3458A allesamt >> Multislope Wandler? Waren die ∆Σ-ADCs damals noch nicht so weit? > > Die Delta Sigma Wandler sind auch heute noch nicht so weit. > > Delta-Sigma Wandler haben nur den großen Vorteil daß man eine hohe > Auflösung ohne teure externen Kondensatoren (Stichwort dielektrische > Absorption) erreichen kann. > Ein Nachteil ist eine geringe Linearität (INL) des Wandlers. Hier werden > nur typische Werte von 2 - 16 ppm erreicht. > > Bei optimierten Multislope Wandlern erreicht man dagegen unter 1 ppm. > Das HP3458A ist z.B. mit 0.1ppm Linearität im 10V-Bereich spezifiziert. Man kann auch die Nicht-Linearität von Delta-Sigma-Wandlern messen und (z.T.) kompensieren > Beim Rauschen hat man bei Delta Sigma (Verstärkung = 1) in der > Größenordnung 0.3 .. 0.6ppm rms. (was die Auflösung auf ca 21 Bit > reduziert) AD7190 und ext. 5V Referenz -> RMS Noise 250 nV (0.05 ppm) -> >24-Bit RMS, 22.5-Bit peak-to-peak.(0.3 ppm) Das 3458A hat je nach Wandlungsrate bei 10V Eingang ein RMS Rauschen zw. 2 ppm und 0.01 ppm (0.5 Messungen/s 1)) Lässt man dem AD7190 genauso viel Zeit, kann man 8 Messungen nehmen und das Rauschen um 2 sqrt(2) auf unter 90 nV RMS reduzieren (~0.018 ppm RMS) Im Messbereich bis 0.1 V 3458a bzw 5V/32 AD7190 sieht es noch schlechter aus: 3458a ~ 20 nV RMS Rauschen, AD7190 12 nV bzw. 4 nV (wenn man wieder 8 Messungen nimmt) 1) S.9 und 10 http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5965-4971E.pdf 2) AD7190 jeweils Chop-Disabled ansonsten ist das Rauschen noch geringer > Das HP3458A ist mit 0.01ppm rms Rauschen spezifiziert. > > Also realistisch gesehen kriegt man mit einem 24 Bit Sigma Delta Wandler > für kleines Geld bis zu ca 16 Bit Genauigkeit. Und die nötigen Messgeräte hat... > Gruß Anja
Was mich jetzt technisch mal interessieren würde: Für was braucht ihr eine so hohe Genauigkeit, dass ihr den ADC noch korrigieren müsst? Mir ist bisher in Labor und Technik noch nichts untergekommen, wo 24bit oder selbst 20bit nötig gewesen wären, was man nicht mit passender Bereichswahl, Umschaltung oder Offsetabgleich auch mit 12-16bit hätte messen können. Soll keine Provokation sein, bitte bringt mal paar Beispiele.
Sven schrieb: > Was mich jetzt technisch mal interessieren würde: Für was braucht ihr > eine so hohe Genauigkeit, dass ihr den ADC noch korrigieren müsst? Ich denke bei manchen ist es einfach wissenschaftlicher Ehrgeiz. Manche finden den "kick" bei 250km/h auf der Landstraße, manche 1ppm Genauigkeit. So im Alltagsgebrauch ist ein 6.5 Stellen DMM durchaus nützlich, z.B. wenn man den Stromverbrauch eines µCs im Schlafmodus messen will. Da reicht nämlich der 200µA Bereich des chinadmms nicht mehr.
Sven schrieb: > Soll keine Provokation sein, bitte bringt mal paar Beispiele. Wie Luk4s schon erwähnte: Der Kick ist jenseits von 1 ppm. Zur Zeit versuche ich den Einfluß der relativen Luftfeuchtigkeit auf meine Referenzspannungsquellen herauszufinden um diesen dann zu kompensieren. (Also quasi den Feuchtigkeitskoeffizienten). @Arc Net: der AD7190 scheint nicht uninteressant zu sein (ganz schön schnell für das rauschen). Allerdings beim Einsatz als Meßgerät würde man doch sicher den chop mode verwenden um den Offset von 70uV zu eliminieren (also Faktor 4 langsamer). Was bleibt denn an Peak/Peak rauschen übrig wenn man eine reale Temperatur + Alterungsstabile Referenz (ca 3uVpp 0.1-10 Hz) anschließt? Gruß Anja
Anja schrieb: > Zur Zeit versuche ich den Einfluß der relativen Luftfeuchtigkeit auf > meine Referenzspannungsquellen herauszufinden um diesen dann zu > kompensieren. Klingt überaus interessant. Mit was vermisst du die Referenzen (Ich denke mal LTZ1000 ?) um sicherzugehen, dass du nicht die Referenzen des DMMs vermisst?
> Zur Zeit versuche ich den Einfluß der relativen Luftfeuchtigkeit auf > meine Referenzspannungsquellen herauszufinden um diesen dann zu > kompensieren. Da würde ich gern mal Deine Messmittel und Dein klimatisiertes Labor sehen.
Hannes schrieb: >klimatisiertes Labor Ich denke ein einfacher Klimaschrank, den man mit entsprechenden Connections bestimmt halbwegs preiswert auftreiben kann, genügt. Hannes schrieb: > Da würde ich gern mal Deine Messmittel und Dein klimatisiertes Labor > sehen. Ich halte Anjas Aussagen für durchaus glaubwürdig.
Man könnte ja zwei gleiche Wandler nehmen, gleicher Aufbau. Den einen konstant klimatisieren, den anderen variieren?
Da reicht eine vernünftige Klimabox, und die kann man sogar selbstbauen. Interessanter wäre die Referenzmessung, also auch, ob die Referenzspannung und mit was gegengemessen wird.
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Luk4s K. schrieb: > Klingt überaus interessant. Mit was vermisst du die Referenzen (Ich > denke mal LTZ1000 ?) um sicherzugehen, dass du nicht die Referenzen des > DMMs vermisst? Ich habe momentan 2 LTZ1000A Referenzen und 2 LM399. Hannes schrieb: > Da würde ich gern mal Deine Messmittel und Dein klimatisiertes Labor > sehen. Im Moment ist es nur ein normales Haar-Hygrometer. Final will ich dann einen SHT15 verwenden. Die Wandler sind LTC2400 mit Wandler-Referenzen LT1027 oder MAX6250A. Die Meßreihe dauert so halt etwas länger bis man die typischen Feuchtigkeitsschwankungen innerhalb eines Jahres durch hat. Da spielen auch schon Alterungseffekte eine Rolle die dann herausgerechnet werden müssen. Allerdings kann man schon jetzt deutlich sehen daß die Luftfeuchtigkeit mit den Meßwerten zeitverzögert korreliert. Es dauert natürlich auch ein paar Tage bis die Feuchtigkeit ins Kunststoffgehäuse der LT1027 hineindiffundiert ist. Im Anhang kann man das auch sehen. Feuchte ist rosa und Rosa gepunktet (mit Zeitkonstante 8 Tagen gefiltert). Die beiden Wandler Rot bzw Grün. Referenz ist in dem Fall eine LTZ1000. Wobei die ersten 40 Tage nicht berücksichtigt werden sollten, da waren noch Umbauarbeiten an der Referenz. Sven schrieb: > Da reicht eine vernünftige Klimabox, und die kann man sogar selbstbauen. Interessant hast Du da eine Quelle? Gruß Anja
Anja schrieb: >> Da reicht eine vernünftige Klimabox, und die kann man sogar selbstbauen. > Interessant hast Du da eine Quelle? Gesättigte Salzlösungen http://www.omega.com/temperature/z/pdf/z103.pdf, http://folk.uib.no/sma087/calib_humidity.pdf Vorsicht beim Kauf der Salze in der Apoteke... > @Arc Net: der AD7190 scheint nicht uninteressant zu sein (ganz schön > schnell für das rauschen). Allerdings beim Einsatz als Meßgerät würde > man doch sicher den chop mode verwenden um den Offset von 70uV zu > eliminieren (also Faktor 4 langsamer). Kommt drauf an... Die Drift ist sehr gering und die Kalibrierfunktionen des Wandlers funktionieren. > Was bleibt denn an Peak/Peak rauschen übrig wenn man eine reale > Temperatur + Alterungsstabile Referenz (ca 3uVpp 0.1-10 Hz) anschließt? Delta-Sigma... einen kleinen Hinweis gibt das Referenzboard des AD7190 mit ADR421 als Referenz oder das Datenblatt des AD7793 (int. vs. ext. Referenz)... Soll's doch eine extrem rauscharme Referenz sein... http://waltjung.org/PDFs/Build_Ultra_Low_Noise_Voltage_Reference.pdf wird u.U. wieder die Temperaturdrift problematisch. Z.Z. geplant: Eine portable (kurzzeitstabile) Referenz (Spannung/Widerstand) in aktiver "Verpackung" (Peltier). Basis VRE3025 und Widerstände von Vishay... > Gruß Anja
Arc Net schrieb: > Vorsicht beim Kauf der Salze in der Apoteke... Keine Angst. Die wichtigsten beiden habe ich schon. Sodium Chloride (aus der Küche) und Magnesium Chloride. Habe die mal verwendet um einen Feuchtigkeitssensor zu kalibrieren. Allerdings sind das nicht die Stoffe die ich dicht bei meinen Referenzen haben möchte. Möglicherweise wird die Alterung beeinflußt. Mir schwebt da mehr irgend eine Lösung mit Silica-Gel (= Katzenstreu?) oder ähnliches vor um die Kalibrierzeit auf unter einen Monat zu verkürzen. Gruß Anja
Wir hatten für sowas mal eine Trockensäule, das war eine Plexiglasröhre 10cm Durchmesser, 50cm lang, die mit schönen blauen Silicagel gefüllt war. Waren die Kugeln rosa, mussten sie wieder ausgeheizt werden. Durch die Säule wurde halt die Luft umgepumpt. Für eine andere Geschichte wurde mit einer Waschflasche aus der Chemie die Luft angefeuchtet. Das konnte man anhand der Durchlassmenge des Gases relativ genau einstellen. Absolut niedrige Feuchtewerte haben wir mit Stickstoff aus der Flasche gemacht, da gibt es verschiedene Qualitäten. Da hat man dann schon Probleme, das Wasser was überall an den Wänden haftet wegzubekommen. Aber das ekligste Problem war, eine vernünftige Feuchtemessung hinzubekommen. Selbst die professionellen Geräte waren ungenaue Schätzeisen mit elend langen Ansprechzeiten und unter 5% ging gar nix mehr. Da haben wir dann Luft nach mehreren Waschflaschen (100%RH) mit Stickstoff (0%RH) gemischt und anhand des Mischungsverhältnisses die RH behauptet. Falls Du eine Quelle für Unmengen Silicagel brauchst: Schuhläden.
Achso, wegen Selberbauen: Kasten aus Styrodurplatten aus dem Baumarkt, mit Styrodurkleber geklebt. Vorn dran doppelte Plexiglas- oder ähnliche Klappe. Seitlich Öffnung mit variablen Einsätzen für Kabeldurchführung. Andere Seite Durchbruch mit Peltier und groooßem aber dünnem Kühlkörper (viel Fläche, wenig Masse => schneller Temperaturgang, wenig Betauung), aussen großer und schwerer Kühlkörper (wenig Einfluss von Umgebungsschwankungen). Unbedingt Lüfter für Temperaturverteilung, am besten Zwischenplatte um direkte Einstrahlung auf den Prüfling zu vermeiden. Seitlich oben und unten verschließbare Stutzen für Anschluss von Be-/Entfeuchtung. Diverse Messgeräte. Kann man beliebig erweitern... Als Luftbefeuchter tuts sicher eine große Plasikflasche mit mehreren Sprudelsteinen aus dem Aquarienzubehör. Eine passende Pumpe wird schon schwieriger, wir hatten unsere glaub ich von Farnell oder RS, war teuer. Als Behälter für das Silicagel geht auch eine große Plastikflasche mit Schlauch bis zum Boden. Am Boden einblasen, oben über den Kugeln absaugen, sonst saugt man Staub mit ab.
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