Hallo,
ich habe eine Frage zur Präzisionsmessung mit einem
Kelvin-Varley-Divider. Ich stelle mir das eigentlich so vor, dass ich
eine sehr gut bekannte Referenzspannung habe. ZB ein Fluke 732B, welcher
mir 10,000...V liefert. Nun nehme ich ein Nullmeter und schließe das
zwischen den Ausgang meines KVD (zB Fluke 720A) und meiner
Referenzspannung an (also die Differenz der Spannungen).
Jetzt würde ich an den KVD die zu messende Spannung anlegen und den KVD
solange "verstellen" bis das Nullmeter 0V anzeigt. Anschließend kann ich
aus dem eingestellten Verhältnis und meiner Referenz die gesuchte
Spannung ausrechnen.
Wenn ich mir nun aber den Eingangswiderstand des Fluke 720A ansehe, dann
steht dort 100k. Das erscheint mir sehr niederohmig. Bedeutet das nicht,
dass meine Quellimpedanz der zu untersuchende Spannung nur 0,1ppm der
100k haben darf, damit mein letztes Stellrad überhaupt noch eine
Bedeutung hat?
Das wären dann ja aber nur 10mR. In der Größenordnung liegen ja
wahrscheinlich schon die Steckkontakte am KVD?
Wo liegt hier mein Denkfehler?
kopfkratz Steffen
Wieso das nicht? Es fließt doch nur durch das Nullmeter kein Strom. Die
zu untersuchende Spannungsquelle sieht ja immer die 100k des KVD
unabhängig von der Einstellung des KVD.
Elektrofan schrieb:> Bei Null-Abgleich fliesst kein Ausgleichsstrom mehr.>> Dann fällt an diesen 100 kOhm auch keine Spannung mehr ab.Steffen schrieb:> Wieso das nicht?
Weil das Ohm'sche Gesetz weiterhin gilt:
U = R * I
Bei Nullabgleich fliesst kein Strom, deshalb kann an dem Widerstand auch
keine Spannung mehr abfallen. Zur weiteren Lektüre empfehle ich: Schau
dir noch einmal die Sache mit der Wheatstone-Brücke an, vielleicht
klingelt es dann.
Der Nullabgleich hat doch aber keine Auswirkungen auf den Eingang des
KVD. Die zu untersuchende Quelle sieht immer den Eingangswiderstand des
KVD. Es fließt nur kein Strom mehr aus dem KVD hinaus, wenn sein Ausgang
die gleiche Spannung hat wie die Referenz.
In Wikipedia ist der KVD ja auch noch mal dargestellt. Auch das Beispiel
dort hat 100k am Eingang. Daran ändert sich auch nichts, wenn man
irgendetwas am KVD einstellt.
https://de.wikipedia.org/wiki/Kelvin-Varley-Spannungsteiler
Die zu untersuchende Quelle wird ja an den Eingang des KVD geschaltet
und bekommt so vom Nullabgleich gar nichts mit. Oder wird der nicht so
verwendet?
Ich habe mal angehängt wie ich den Messaufbau machen würde. Und bei dem
Aufbau würde nur durch das Nullmeter und die Referenz kein Strom mehr
fließen. Das DUT sieht immer die 100k und damit fließt durch R Kontakt
(Kabel, Übergänge usw) auch immer Strom.
So hat man tatsächlich das Problem mit der Belastung des DUT und den
Übergangswiderständen.
Normal nutzt man die Referenz zum Treiben des KVD. Die Referenzen habe
oft auch noch extra Senseanschlüsse - die Kontaktwiderstände kann man
damit weitgehend kompensieren. Das geht dann aber nur für DUTs mit
Spannungen unter der der Referenz. Für höhere Spannungen bräuchte man
eine Referenz für höhere Spannung oder einen Teiler (mit Verstärker),
der das DUT nicht belastet.
Vielen Dank für den Hinweis!
Es andersrum zu betreiben hatte ich noch gar nicht in Erwägung gezogen.
Gerade auch, weil die "alten" Normale mit Standardzellen ja eher bei 1V
lagen und man ja doch meist größere Spannungen messen möchte. Und soweit
ich weiß, darf man Weston-Zellen auch nicht belasten.
Andererseits stelle ich mir Verstärker um Spannungen bis 1kV (das kann
der 720A ja) sub-ppm stabil zu verstärken auch schwierig vor.
So langsam wird mir auch klar, warum Kalibratoren Sense Anschlüsse haben
obwohl die nur wenige mA liefern können. Bei 7 Stellen kommt man ja ganz
schnell in den Bereich in dem auch weniger als 1R durch Kabel usw zum
Problem wird.
Also könnte ich mit einer Weston-Zelle oder auch mit einem Fluke 732B
und KVD gar nicht präzise messen? (ohne Verstärker mit Sense-Ausgang)
Ich könnte einen Kalibrator mit Sense-Anschlüssen verwenden um den KVD
zu speisen, aber dann brauche ich den KVD eigentlich nicht mehr und kann
den Kalibrator gleich mit einem Nullmeter verwenden um die Spannung des
DUT zu finden.
Hmm, so ganz klar ist mir noch nicht wie man früher präzise Messungen
mit solchen Geräten angestellt hat.
Im Manual zum 720A sind verschiedenen Aufbauten dargestellt. Um mit
einem Weston-Element zu messen scheint man doch noch etwas mehr zu
brauchen. Da ist ein Referenz-Teiler, zwei Null-Detektoren und noch ein
Voltage Standard. (Figure 2-10). Als weiteres Beispiel ist da noch ein
Aufbau mit einem 332D der den Teiler speist und nur einem Nullmeter.
Also so wie Lurchi es beschrieb.
Dabei verstehe ich allerdings auch nicht warum man dann überhaupt einen
Kelvin-Varley-Divider benutzt und nicht einfach den Null-Detektor
zwischen die zu messende Spannungsquelle und das 332D hängt.
Noch ein Wort zum Innenwiderstand beim Nullabgleich: Es wird zwar bei
vielen Multimetern ein Eingangswiderstand angegeben, aber oft ist es
eher ein Eingangsstrom. Bei meinem HP 3456A fließen zB fast immer rund
3pA in das Gerät. Dabei ist es ziemlich egal ob man 1µV oder 1V anlegt.
Ich kenne den 720A nicht weiter, aber bei meinem RV722
Kelvin-Varley-Divider beträgt die ungüntigste Ausgangsimpedanz 66k. Das
bedeutet bei einer 10V Referenz dürfen nicht mehr als 15pA aus dem
Divider fließen um nicht schon die 0,1ppm zu verschieben. Das sollte man
beachten, wenn man sich einen Buffer für den Teiler baut.
Viele Grüße
Philipp
Sehr zu empfehlen auch die drei Artikel von Conrad Hoffman zu dem Thema,
insbesondere die allerletzte Seite, auf der die verschiedenen
Verwendungsmöglichkeiten zusammengefasst sind:
http://conradhoffman.com/mini_metro_lab.html
Ernst O. schrieb:> Artikel von Conrad Hoffman
Das ist jetzt zwar sehr OT, aber wie kann man verhindern, das der
Vorname vom Autor vom Forum als Link gekennzeichnet wird?
Steffen schrieb:> Andererseits stelle ich mir Verstärker um Spannungen bis 1kV (das kann> der 720A ja) sub-ppm stabil zu verstärken auch schwierig vor.
Sowas wie ein 343A sollte das hinbekommen
Mit einer 1,xx V Referenzzelle kann man z.B. eine Hilfsspannung nutzen,
die für die Dauer der Messung stabil ist. Einmal wird die Hilfsspannung
mit der 1,xxx V Referenz und dann die Hilfsspannung mit dem DUT
verglichen. Damit kann man dann auch Spannungen etwas größer und keiner
als die Referenz messen. Man braucht halt 2 Messungen, bzw. zur
Korrecktur von Drif da ganze mehrmals wiederholt.
Die klassischen chemischen Ref. Zellen sind aber eigentlich weitgehend
aus der Mode.
Harald W. schrieb:> Das ist jetzt zwar sehr OT, aber wie kann man verhindern, das der> Vorname vom Autor vom Forum als Link gekennzeichnet wird?
Hat mich auch geärgert...
Lurchi schrieb:> Die klassischen chemischen Ref. Zellen sind aber eigentlich weitgehend> aus der Mode.
Wie sieht bei denen eigentlich die Stabilität über
die Zeit und die Temperatur im Vergleich zu "modernen"
integrierten Spannungsreferenzen aus?
Marian . schrieb:> Steffen schrieb:>> Andererseits stelle ich mir Verstärker um Spannungen bis 1kV (das kann>> der 720A ja) sub-ppm stabil zu verstärken auch schwierig vor.>> Sowas wie ein 343A sollte das hinbekommen
Naja, verstärken kann der 343A ja nicht und wenn er eh einen 343A hat,
dann kann er den ja auch direkt zum Vergleichen nutzen.
(So wirklich sub-ppm stabil ist meiner allerdings nicht)
Wenn man noch mal drüber nachdenkt, dann kann man den 343A einfach als
Hilfsquelle degradieren. Also 343A an den Eingang des Kelvin Varley und
dann, wie Lurchi schon beschrieb, einmal die Referenz Nullen und dann
die gesuchte Spannung. Dafür bräuchte man nicht mal die Sense
Anschlüsse, wenn es sich zwar verschiebt, aber dort stehen bleiben
würde.
Deswegen schlug ich die Kiste bzw. einen vergleichbaren Kalibrator ja
als Verstärker vor ; sofern während dem ganzen Kabel umstecken etc. der
Kalibrator stabil genug bleibt, bestimmt der KVD und die verwendete
Referenz den Ausgang. Quasi ein Transferverstärker, der Bediener ist die
Regelschleife, der KVD die Rückkopplung. Reine Poesie!
Das hat mich ja nun doch gereizt :)
Ich habe gerade mal den 343A auf 10V gestellt und so direkt an den
Eingang meines RV722 KVD gehängt (ohne Sense usw).
Dann habe ich in mit dem 3456A zwischen meiner LTZ1000 und dem RV722
Ausgang gemessen und den RV722 so eingestellt, dass das 3456A im
kleinsten Bereich zwischen + und - hin und hergesprungen ist.
Anschließend noch einmal das Ganze aber statt LTZ1000 eine 5,0000V
Quelle angeschlossen.
Beide Quellen dann noch mal direkt mit dem 3456A gemessen:
LTZ1000 7,16367 V
5V 5,00003 V
Beide stehen (auch über lange Zeit, wie ich von anderen Versuchen weiß)
ohne das auch nur ein Digit am 3456A wackelt
Ich habe folgende Einstellungen am RV722 machen müssen:
LTZ1000 0,7163551
5V 0,4999841
7,16367 / 0,7163551 = 10,00017 V
(passt am 343A waren ca. 10V eingestellt, aber hierfür ja auch egal)
7,16367 / 0,7163551 * 0,4999841 = 4,999924 V
Das sind aber 100µV daneben...
Da hab ich wohl irgendwo noch etwas vermurkst
Aber ne nette Spielerei :)
Uhu U. schrieb:> Kannst du mal kurz erklären, was es mit diesen Sense Anschlüsse auf sich> hat?
Das ist einfach die Rückkopplung für den Spannungsausgang. Damit kann
man sicherstellen, dass an der Stelle an der die Senseleitungen
angeschlossen sind die eingestellte Spannung eingestellt wird.
Normalerweise kennt man so etwas auch von kräftigen Netzteilen. So wird
der Spannungsfall über den Zuleitungen kompensiert. Vom Netzteil (oder
Kalibrator) gehen dann 4 Leitungen zur Senke. Zwei Leitungen liefern den
Strom und die anderen beiden Leitungen bleiben stromlos und messen die
Spannung direkt an der Senke. Dadurch das durch die Sense Leitungen kein
Strom fließt fällt hier auch keine Spannung ab. Ähnlich wie eine
Vierleiter Widerstandsmessung.
Harald W. schrieb:> Wie sieht bei denen eigentlich die Stabilität über> die Zeit und die Temperatur im Vergleich zu "modernen"> integrierten Spannungsreferenzen aus?
Es werden, je nach Konstruktion, Werte von -41 bis +13µV/°C für
Weston-Zellen genannt, aber so einfach ist die Sache nicht.
So etwas schaltet man auch nicht einfach ein und aus. Die Zellen wurden
in Gruppen kontinuierlich auf das Genaueste thermostatisiert, und
dennoch hatten sie individuelle Abweichungen von ein paar µV.
Hier gibts etwas zum Nachlesen:
http://www.nist.gov/calibrations/upload/mn84.pdf
P.S.:
Wenn man in einem nicht thermostatisierten Raum auch noch Probleme mit
den Thermospannungen der Kontakte bekommt, kann man solche
Präzisionsmessungen überhaupt vergessen.
Hp M. schrieb:> P.S.:> Wenn man in einem nicht thermostatisierten Raum auch noch Probleme mit> den Thermospannungen der Kontakte bekommt, kann man solche> Präzisionsmessungen überhaupt vergessen.
Meine bisherige Erfahrung dabei ist, dass man dabei nicht zu große Angst
haben sollte. Selbst wenn ich hier die Pollin-Laborkabel verwende und
diese einfach nur verdrillt anschließe ohne die Buchsen noch mit einem
Tuch zu umwickeln usw., dann messe ich bei einem Kurzschluss so
300-400nVpp. Das sind weit weniger als 0,1ppm bezogen auf die LTZ1000.
Es sollten nicht gerade Leute ständig vorbeilaufen oder die Fenster
aufgerissen werden, so etwas sieht man dann schon.
Deutlich kritischer ist zB das LTZ1000 Board selbst. Das sollte schon
gut gegen Luftzüge geschützt werden.
