Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Warum gibt es keine wirklich guten Spannungsreferenzen?


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von Hägar (Gast)


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Hallo!

Ein extrem genaues Zeitnormal bekommt man ohne Probleme zu kaufen. Aber 
eine Spannungsreferenz nicht. Und nein, ich will mir kein 
Josephon-Normal ins Haus holen. Ich dachte eher an maximal ein paar 
hundert Euro.

Gefunden habe ich nur Bauteile, aus denen man sich erstmal noch ein 
Gerät zusammenbauen muss.

Zeitgeber werden mit Zeitnormalen höherer Qualität kalibriert. Womit 
werden Spannungsreferenzen kalibriert? Gar nicht?

von hinz (Gast)


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von Hägar (Gast)


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Das Dingen ist ja älter als ich!

von ths (Gast)


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von Peter M. (r2d3)


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Hallo Hägar,

Hägar schrieb:
> Hallo!
>
> Ein extrem genaues Zeitnormal bekommt man ohne Probleme zu kaufen. Aber
> eine Spannungsreferenz nicht.

Was ist "extrem genau" bei Spannungsquellen?
Ohne zu sagen, wieviel Langzeitdrift Du tolerierst und wieviel 
Temperaturdrift für Dich akzeptabel ist, kann man Dir nichts sinnvolles 
sagen.

> Und nein, ich will mir kein
> Josephon-Normal ins Haus holen. Ich dachte eher an maximal ein paar
> hundert Euro.

Extrem genau und neu wird von Fluke in fünfstellige Eurobeträge 
übersetzt.

> Gefunden habe ich nur Bauteile, aus denen man sich erstmal noch ein
> Gerät zusammenbauen muss.

Der Zusammenbau gestaltet sich sehr simpel, wenn man sich mit der LM399 
zufrieden gibt und es nicht unbedingt die LTZ1000 sein muss.

> Zeitgeber werden mit Zeitnormalen höherer Qualität kalibriert. Womit
> werden Spannungsreferenzen kalibriert? Gar nicht?

Beispielsweise durch Direktvergleich mit Spannungsreferenzen höherer 
Qualität, alternativ durch Messung an Messgeräten, die mit 
Spannungsreferenzen höherer Qualität kalibriert wurden.

Beachte bitte die kleine weiße Box - das teuerste war das 
Kunststoffgehäuse, €20,- Materialkosten maximal.

Beitrag "PTB auf der Maker Faire - Halbzeitbericht"

Beitrag "Bessermesser auf der Machermesse - PTB auf der „Maker Faire Hannover 2017“ - 26./27.8.2017"

Für ein paar Hundert Euro baue ich Dir gerne ein Duplikat meiner 
Referenz.

: Bearbeitet durch User
von Hägar (Gast)


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Das Fluke 732C ist eigentlich genau das, was ich suche und wohl ganz 
frisch rausgekommen. Preise konnte ich nicht finden, was schonmal ein 
sehr schlechtes Zeichen ist. Ich tippe auf 5000 Euro. Weiss jemand mehr?

von Jitterer (Gast)


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Ich glaube etwa 8-10 k€ gehört zu haben.

von Peter M. (r2d3)


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Hallo Hägar,

Hägar schrieb:
> Das Fluke 732C ist eigentlich genau das, was ich suche und wohl ganz
> frisch rausgekommen. Preise konnte ich nicht finden, was schonmal ein
> sehr schlechtes Zeichen ist. Ich tippe auf 5000 Euro. Weiss jemand mehr?

wenn man auf die Preise des Vorgängergeräts schaut, musst Du mehr als 
das doppelte anlegen.

Sprachst Du nicht eben noch von "maximal ein paar hundert Euro" und auf 
einmal ist es "genau das richtige"?

Warum auch sich mit dem billigen Kram abgeben - einfach noch ein paar 
Euros drauflegen und gleich ein Josephson-Normal kaufen.

: Bearbeitet durch User
von ths (Gast)


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Reicht das schon? Geht zumindest in die gleiche Richtung.

https://www.burster.de/de/produkte/p/detail/digistantR-4462/

von hinz (Gast)


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Hägar schrieb:
> Das Dingen ist ja älter als ich!

Und viel besser!

von Peter M. (r2d3)


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Hallo ths,

ths schrieb:
> Reicht das schon? Geht zumindest in die gleiche Richtung.
>
> https://www.burster.de/de/produkte/p/detail/digistantR-4462/

was kostet der Digistant? Laut Datenblatt hat der einen TK von ca 
8ppm/K, die alten Digistanten hatten doch eher so um die 50 ppm/K?

Die Google-Suche versagt bei mir und offeriert mir unter anderem 
Staubsauger- bürsten .

: Bearbeitet durch User
von Udo K. (Gast)


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Trolle füttern verboten!

von ths (Gast)


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Weiß ich nicht auswendig, hab keine Preisliste da. Jedenfalls schätze 
ich unter 5k.

Die uralten mit den Drehschaltern sind eine völlig andere Baustelle, 
gemeinsam ist nur der Name.

von Peter M. (r2d3)


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ths schrieb:
> Weiß ich nicht auswendig, hab keine Preisliste da. Jedenfalls schätze
> ich unter 5k.
>
> Die uralten mit den Drehschaltern sind eine völlig andere Baustelle,
> gemeinsam ist nur der Name.

Danke!

von Dieter (Gast)


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Eine Temperaturstabilisierung mittels Peltierelementen bringt für viele 
Standardschaltungen und Standardbauteile (IC) von Spannungsreferenzen 
schon recht gute Ergebnisse.

Wenn ich das so richtig sehen, hat sich der TO nicht gäußert wiviele 
Promille oder ppm die Abweichung sein darf.

von Dieter (Gast)


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Peter M. schrieb:
> Die Google-Suche versagt bei mir und offeriert mir unter anderem
> Staubsauger- bürsten .

Lege einfach beim Firefox ein neues Profil an und vermeide unter diesem 
Profil so Seiten wie ..., weiß schon was ich meine zu suchen oder 
aufzurufen. Dann klappt das besser. Da gibt es so ein paar 
Typbezeichnungen und Bestellnummern, da kann man das gut testen.

von Jemand (Gast)


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Hallo

Zitat:
"
> Zeitgeber werden mit Zeitnormalen höherer Qualität kalibriert. Womit
> werden Spannungsreferenzen kalibriert? Gar nicht?

Beispielsweise durch Direktvergleich mit Spannungsreferenzen höherer
Qualität, alternativ durch Messung an Messgeräten, die mit
Spannungsreferenzen höherer Qualität kalibriert wurden."


Ok - Zeitnormale beziehen sich auf die Sekunde und die ist laut Wikipdia 
wie folgt festgelgt:

Seit 1967 ist eine Sekunde das 9.192.631.770-Fache der Periodendauer der 
Strahlung, die dem Übergang zwischen den beiden Hyperfeinstrukturniveaus 
des Grundzustandes von Atomen des Nuklids 133Cs entspricht.

Dieser Übergang ist technisch Messbar und kann (wird ?) somit auch 
praktisch als "Absolutreferenz" z.B. von der PTB genutzt werden.

Aber wie ist das Volt ist "irgendwie" seltsam definiert:
https://de.wikipedia.org/wiki/Volt
Es spielt eine (mechanische) Kraft in Newton und der Elektrische Strom 
mit hinein (Anzahl von Elektronen pro Zeitabschnitt) - das ist wohl 
schwer in der Praxis nutzbar.
Es wird laut Wikipedia der Josephson-Effekts und der Josephson-Konstante 
in der Praxis als Referenz genutzt (?).
Was für eine Geräteschaft steht nun bei der PTB (ähnlichen Institutionen 
weltweit) "herum"?
Supraleitung hört sich sehr groß und Aufwendig und somit teuer an (schon 
allein wegen der niedrigen Temperaturen - Kältanlagen) und auch die 
Beobachtung des Effekts https://de.wikipedia.org/wiki/Josephson-Effekt 
klingt alles andere als wirklich preiswert und einfach zu realisieren - 
außerdem ist auch eine Stromquelle bei der Referenz (Messung) notwendig, 
die wohl auch sehr genau sein muss (oder doch nicht?).
Oder werden dann doch aktuell (nicht historisch!) "einfachere" 
Urrefernzen genutzt - wenn ja was?

Das ganze Thema ist aber nicht unbedingt... (LOL) als trivial zu 
bezeichnen -beim durchlesen des Wikipediaartikels ist mir zumindest die 
Vermutung gekommen woher eventuell der Autor von "The Big Bang Theory" 
die Idee zum Nachnamen des "Überoberfliegers" der Truppe her haben 
könnte - was schön anschaulich belegt (könnte falls die Vermutung nicht 
zutrifft) wie abgehoben und schwierig das ganze "Zeugs".

Jemand

von W.A. (Gast)


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von Achim H. (anymouse)


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Vielleicht schwebt dem TO so etwas vor:

https://www.temperaturlog.com/bereich-messzubehoer/messadapter/11-praezisions-spannungsnormal-sp10.html
https://www.schwille.de/messtechnik/tisch-messgeraete/880-000/

Vermutlich etwas billiger: 
http://www.doerfler-elektronik.de/referenzspannungsquelle

Alternativ natürlich die zahlreichen 2,5/5/7,5/10V-Spannungsboard auf 
Basis einer AD584 u.ä.

von Hägar (Gast)


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Peter M. schrieb:
> Sprachst Du nicht eben noch von "maximal ein paar hundert Euro" und auf
> einmal ist es "genau das richtige"?

Das Fluke wäre ja auch genau das, was ich suche. Wenn es bezahlbar wäre, 
würde ich mir das sofort kaufen. Vielleicht sogar für 1000 Euro. Bei 
ebay gibts ein paar gebrauchte der älteren Reihe. Aber ich denke, da 
wäre eine neue SMD VRef genauer als ein 10 Jahre altes Gerät, was 
vielleicht nie kalibriert worden ist.

Ausserdem war meine Frage "Warum gibt es keine wirklich guten 
Spannungsreferenzen?" und die wurde beantwortet.

a) Doch, gibt es. Google richtig nutzen. Ich habe in der Tat nach 
falschen Wörtern gesucht.

b) Zeit messen ist banaler als Spannung.

Und noch zur allgemeinen Unterhaltung, hier ein paar Modelle inkl. Preis 
eines Josephson Spannungsnormal:

https://www.nist.gov/sri/standard-reference-instruments/sri-6000-series-programmable-josephson-voltage-standard-pjvs

Wer ganz ganz brav war, findet sowas vielleicht irgendwann mal unter dem 
Weihnachtsbaum.

von Hägar (Gast)


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http://www.transcat.com/keysight-technologies-34420a-34420a

Das wäre auch eine Alternative. Wenn ich das Datenblatt richtig gelesen 
habe, hat es eine Long Term Stability von 2ppm. Ist ganz ordentlich.

von Hägar (Gast)


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OK jetzt bin ich ganz abgeschwiffen. Sorry :D
Frage beantwortet!

von Udo K. (Gast)


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Hägar schrieb:
> Ausserdem war meine Frage "Warum gibt es keine wirklich guten
> Spannungsreferenzen?" und die wurde beantwortet.

Nimm doch einfach eine 9 Volt Batterie, ohne Last natürlich,
und gut ist es...

von Hägar (Gast)


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Stimmt. Immerhin steht 9V drauf. Dann müssen ja auch 9V raus kommen. 
Sonst wäre es ja Etikettenschwindel.

von Peter M. (r2d3)


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Hallo Hägar,

Hägar schrieb:
> Das Fluke wäre ja auch genau das, was ich suche. Wenn es bezahlbar wäre,
> würde ich mir das sofort kaufen. Vielleicht sogar für 1000 Euro. Bei
> ebay gibts ein paar gebrauchte der älteren Reihe. Aber ich denke, da
> wäre eine neue SMD VRef genauer als ein 10 Jahre altes Gerät, was
> vielleicht nie kalibriert worden ist.

Such ' mal bei den einschlägigen Distributoren nach Spannungsreferenzen.
Die LTC6655 z.B. kann mit 0,025% Genauigkeit laut Datenblatt 250ppm von 
10V weg liegen. Die Driftwerte der 732A-Reihe sind so gering, dass Du 
kaum kumuliert die 250ppm über zwei bis drei Jahrzehnte Laufzeit 
erreichst, nach zehn Jahren sowieso nicht.

Langzeitstabile Referenzen, also die Klassiker LM399 und LTZ1000, gibt 
es nicht im SMD-Format. Und selbst die LT1021-7 als "Subsurface Zener" 
im SO-8 package ist mit typisch 7ppm/1000h laut Datenblatt spezifiziert.

von Peter M. (r2d3)


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Hallo Hägar,

Hägar schrieb:
> http://www.transcat.com/keysight-technologies-34420a-34420a
>
> Das wäre auch eine Alternative. Wenn ich das Datenblatt richtig gelesen
> habe, hat es eine Long Term Stability von 2ppm. Ist ganz ordentlich.

das ist ein Messgerät und keine Referenz.
Du hast Dich verguckt:
10V im 10V-Messbereich sind mit 34ppm auf Jahressicht spezifiziert.

Das von branadic hier in µc.net empfohlene Buch ist ganz lesenswert:

https://www.elsevier.com/books/current-sources-and-voltage-references/harrison/978-0-7506-7752-3

von Hägar (Gast)


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608 Seiten nur über Spannungsreferenzen..   O_O

von Hägar (Gast)


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Ich schaue mir gerade die LM399 an. Long Term Stability ist 8 ppm/√kHr. 
Was ist damit gemeint? 1 ppm nach 7,3 Jahren?

von Anja (Gast)


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Hallo,

das gilt nur (typisch) für die ersten 1000 Stunden.
Es soll andeuten daß die Alterungsdrift über der Zeit abnimmt.
(Theoretisch bei 9000 Stunden also typisch 24 ppm anstelle 72 ppm).

Bei guten (selektierten) Referenzen wie sie im 34401A oder K2000 
verwendet werden pendelt das sich irgendwann auf ca 1-2ppm/Jahr ein.

Gruß Anja

von Peter M. (r2d3)


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Hallo Hägar,

Hägar schrieb:
> Ich schaue mir gerade die LM399 an. Long Term Stability ist 8 ppm/√kHr.
> Was ist damit gemeint? 1 ppm nach 7,3 Jahren?

8ppm nach 1000h.

Danach rechnest Du wie folgt:

x ist der Zeitraum

8ppm * wurzel(x/1000h)

1 Jahr = 365 *24h = 8760h

Daraus ergibt sich

8ppm * wurzel(x/1000h)=
8ppm * wurzel(8760h/1000h)=
8ppm * wurzel(8,760)=
8ppm * 2,9597... =~ 8ppm*3 = 24 ppm

Damit hättest Du die Jahresdrift ausgerechnet.

Nach 4 Jahren würdest Du die Drift bei +- 24ppm*wurzel(4) = 24ppm*2 = 
48ppm erwarten, also die Skalierung erfolgt mit Wurzel(Zeit).

Beachte, dass es Referenzen gibt, bei denen der Wurzelterm im Nenner bei 
der Langfristdrift im Datenblatt nicht vorhanden ist.
Bei diesen Referenzen scheint die Langfristdrift nicht zurückzugehen.
Bezogen auf das obige Beispiel wären das auf Jahressicht

8ppm * 8760h/1000h =~ 70ppm

Ich bezweifele übrigens, dass die Referenzen im 34401A und im Keithley 
2000 selektiert worden sind.

Sollte das der Fall sein, muss man sich fragen, wer selektiert und wer 
die ausgesonderten Referenzen eigentlich bezahlt.

: Bearbeitet durch User
von A. B. (branadic)


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Das es gute Referenzen gibt wurde ja bereits beantwortet. In der 
Forensuche und letztlich auch bei den volt nuts und auf eevblog gibt es 
jede Menge interessanter Beispiele.
Viel interessanter finde ich die Frage, warum es bisher kein Pendant zum 
GPSDO (GPS-Empfänger + OCXO) für Spannungsreferenzen gibt. 
Langzeitstabililität "aus der Luft" und Kurzzeitstabilität durch eine 
beheizte Referenz.
Man darf ja noch träumen dürfen...

-branadic-

von Anja (Gast)


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Peter M. schrieb:
> Ich bezweifele übrigens, dass die Referenzen im 34401A und im Keithley
> 2000 selektiert worden sind.

wie garantierst Du dann mit 70 ppm typischer Drift (1 Sigma) die 
geforderten garantierten (2-3 Sigma) 35 ppm/Jahr? Und das nicht nur für 
die Referenz sondern für das ganze Gerät.

Bei der LM399 sind immer mal wieder welche dabei die entweder sehr stark 
rauschen oder auch stark driften.

Es hat schon seinen Grund warum auf der Referenz (nicht nur auf dem HP 
sondern auch auf dem K2000) nicht LM399 drauf steht sondern eine 
firmeninterne Bezeichnung.

Gruß Anja

von Peter M. (r2d3)


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Anja schrieb:
> Peter M. schrieb:
>> Ich bezweifele übrigens, dass die Referenzen im 34401A und im Keithley
>> 2000 selektiert worden sind.
>
> wie garantierst Du dann mit 70 ppm typischer Drift (1 Sigma) die

Wo kommen die denn her? Jetzt widersprichst Du Dir aber selber, s.o.

> geforderten garantierten (2-3 Sigma) 35 ppm/Jahr? Und das nicht nur für
> die Referenz sondern für das ganze Gerät.

Es gibt übrigens keine Garantiegrenze.
Lies mal "Understanding specification for precision multimeters" von 
Fluke.
Entscheidend ist die beobachtete Drift einer Anzahl von 
Multimeter-Samples.
Diese Drift bezieht sich auf das komplette Gerät und nicht auf die 
Referenz.

Die LM399 geht mit ihrer typischen Drift und nicht mit der von LT/Analog 
spezifizierten Drift in das Ergebnis ein, wie alle anderen Elemente in 
der Messkette.

Dieses Ergebnis nach Anwendung des Erweiterungsfaktors (den ich nicht im 
Handbuch des 34401A gefunden habe) und eines eventuellen 
Sicherheitsaufschlags (meine Vermutung) ist die Grundlage für die 
Spezifikation im Handbuch.

Auf diese Art und Weise ersparst Du Dir die Aufstellung einer 
Messunsicherheitsgleichung und musst Dir damit auch nicht aus den 
Fingern saugen, ob z.B. die Drift eines dekadischen Teilers im 
Multimeter mit der Drift der Referenz positiv, negativ oder unkorreliert 
ist.

Die abweichende Bezeichnung der Referenz überzeugt mich nicht.
Hast Du eine Quelle für Deine Behauptung von Selektion bei Keysight?

von A. B. (branadic)


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Peter M. schrieb:
> Die abweichende Bezeichnung der Referenz überzeugt mich nicht.
> Hast Du eine Quelle für Deine Behauptung von Selektion bei Keysight?

Selektion der Referenzen ist kein Geheimnis. Ich kenne jetzt keine 
Quelle von HP/Agilent/Keysight, aber in den Handbüchern von Prema kann 
man genau das nachlesen und Prema ist keine Ausnahme.

Zitat: Referenz
Der integrierende AD-Wandler muß mit einer externen Referenz beschaltet 
werden. Die Eigenschaften dieser Referenz bestimmen letztendlich die 
Langzeitstabilität des Gerätes.
Daher finden im 5017 nur ausgesuchte und über einen Zeitraum von mehr 
als 1000 Stunden getestete, also gealterte Komponenten Verwendung.
Die Referenz besteht aus einer durch einen Widerstand beheizten 
Zener-Diode, die in Sperrichtung betrieben wird und so eine stabile 
Spannung liefert.
Referenzen dieser Art haben leider die Eigenschaft zu Beginn ihrer 
Lebensdauer zu driften. Nach einem Alterungsprozeß von ca. zwei Monaten 
werden die stabilsten Bauteile selektiert und kommen im 5017 zum 
Einsatz. Der Absolutwert ist dabei nicht von Bedeutung, da das Gerät 
während der Produktion kalibriert wird.

Man darf davon ausgehen, dass Prema die weniger guten Referenzen 
anschließend in Multimetern geringerer Auflösung eingesetzt hat, 
allerdings habe ich dafür keine schriftlichen Belege.

-branadic-

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von Jawoll! (Gast)


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> 50 ppm/K

schafft schon eine SZY23 aus der S.B.Z..

Meine wird von einem selektierten KP303E mit 5 mA bestromt
und ist mittlerweile schon 32 Jahre gealtert.

Das sollte mir als (Transfer-)Normal für die nächsten Jahrzehnte
immer noch reichen.

von Philipp C. (e61_phil) Benutzerseite


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Peter M. schrieb:
> Anwendung des Erweiterungsfaktors (den ich nicht im Handbuch des 34401A
> gefunden habe)

Im Service Manual steht, dass das 34401A designed und getestet wurde um 
mit 4 Sigma in den Specs zu liegen.

von Peter M. (r2d3)


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Hallo A. B.,

A. B. schrieb:
> Referenzen dieser Art haben leider die Eigenschaft zu Beginn ihrer
> Lebensdauer zu driften. Nach einem Alterungsprozeß von ca. zwei Monaten
> werden die stabilsten Bauteile selektiert und kommen im 5017 zum
> Einsatz.

Danke für das Zitat! Mit dem Handbuch des Prema 5017 bin ich genauso 
wenig vertraut wie offensichtlich mit dem Servicehandbuch des 34401A. 
Dort fand ich auf Seite 23:

[...
The Agilent 34401A is designed and tested to meet performance better
than mean ±4 sigma of the published accuracy specifications.
...]

Danke für den Hinweis, Philipp C.!

Jawoll! schrieb:
>> 50 ppm/K
>
> schafft schon eine SZY23 aus der S.B.Z..
>
> Meine wird von einem selektierten KP303E mit 5 mA bestromt
> und ist mittlerweile schon 32 Jahre gealtert.
>
> Das sollte mir als (Transfer-)Normal für die nächsten Jahrzehnte
> immer noch reichen.

Das sind die genau die LTZ1000-typischen 50 ppm/K die eine LTZ1000 ohne 
eingeschaltete Heizung zeigt.

Jawoll!, hast Du Deine Referenz mal zwischendurch kalibrieren lassen, so 
dass man sehen kann, wie Deine Schaltung über den enorm langen Zeitraum 
gedriftet ist?

Mit Röhren kenne ich mich nicht aus, aber da die Bestromung ja aus der 
KP303E kommt, hängt die Stabilität Deiner Referenz nicht nur von der 
Stabilität der Diode ab, sondern auch von der Stabilität des gelieferten 
Stroms.
Hattest Du besondere Gründe für diese Beschaltung in 1986?
Damals gab es ja auch schon alle Bauteile, um eine selbstreferenzierende 
Referenz wie im "portable calibrator"-Schaltplan der LM399 zu bauen, so 
dass primär nur noch die Drift der Referenz eine Rolle spielt.

von Jawoll! (Gast)


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> Mit Röhren kenne ich mich nicht aus
Das tut auch nicht Not. Die SZY23 besteht aus 1 Z-Diode nebst
2 Siliziumdioden in Reihe.

> Hattest Du besondere Gründe für diese Beschaltung in 1986?
Die Schaltung ist maximal einfach solange man einen genau
passenden FET findet. Das hatte ich damals alles in Griffweite.

> wie Deine Schaltung über den enorm langen Zeitraum
> gedriftet ist?
Sie zieht nach wie vor genau 5.000 mA :-) bei einer
Eingangsspannung von 12.000 V.
Das wird vermutlich in 100 Jahren immer noch so sein.

Das 6 1/2 stellige DVM zum damaligen Kalibrieren habe ich nicht mehr.

Vermutlich ist da gar nichts gedriftet.

Die verbaute SZY23 hatte davor schon einige Jahre stromlos
im Karton gelegen.

Die SZY23 wurde vom Hersteller selbst aus einem Gesamtlos selektiert.
Die "schlechteren" wurden zu SZY20 bis SZY22.

von Jawoll! (Gast)


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P.S.

Das DB der SZY23 gibt einen TK kleiner gleich 10^-5/grd an.

Das wären 10 x 10^-6 aka 10 ppm.

von A. B. (branadic)


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Jawoll! schrieb:
> Vermutlich ist da gar nichts gedriftet.

Das möchte ich stark anzweifeln, denn das wäre gegen die Natur der 
Dinge, da alles altert.

http://www.oppermann-electronic.de/assets/applets/szx23.pdf

Für die die sich daran versuchen wollen:
Ebay-Artikel Nr. 172890071921

-branadic-

von Jawoll! (Gast)


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> Das möchte ich stark anzweifeln, denn das wäre gegen die Natur der
> Dinge, da alles altert.

Gegen Zweifel hülft der Glaube.

Wenn die Änderung unter der Wahrnehmungsschwelle liegt
braucht man den nicht mal.


Aber man hört ja auch, dass das Urkilogramm scheinbar auf
Diät ist und laufend Gewicht verliert.

von Philipp C. (e61_phil) Benutzerseite


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Jawoll! schrieb:
> Aber man hört ja auch, dass das Urkilogramm scheinbar auf
> Diät ist und laufend Gewicht verliert.

Darum hat es auch ausgedient.

Wo liegt denn Deine Wahrnehmungsschwelle für die Spannung? 100ppm?

von Jawoll! (Gast)


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> 100ppm?

Ich bin doch kein Elektriker!

von Peter M. (r2d3)


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Hallo Jawoll!,

Jawoll! schrieb:
>> 100ppm?
>
> Ich bin doch kein Elektriker!

würdest Du das Ding zur Maker Fair zur PTB zum Nachmessen bringen?
Oder lieber mal zwischendurch im norddeutschen Raum messen?

von Thomas S. (thom45)


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Mehr dazu hier:

  "XFET™ References"
    https://www.analog.com/en/analog-dialogue/articles/xfet-references.html

Und da hätte ich auch noch was, das zum Thema passt:
  "Exakte Digitalisierung"
    http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/FILES/pscope_exakt_digit.pdf

Gruss
Thomas

von Jawoll! (Gast)


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> würdest Du das Ding zur Maker Fair zur PTB zum Nachmessen bringen?
> Oder lieber mal zwischendurch im norddeutschen Raum messen?

Bei der ausgelagerten PTB wär mir die Einlaufzeit wohl zu kurz.
Das Dingens ist ja nicht thermostatiert und für den Betrieb
in einer üblichen Laborumgebung gedacht.

Das 2. Angebot ist ja nett, aber meine lokale Universität
wäre mir da näher. Und ich gehe mal davon aus, dass die
auch entsprechendes Equipment hätten.

Aber ganz ehrlich: Mir reicht da der Glaube im Moment allemal.

Wenn ich mal Rentner bin, werde ich der Sache dann mal
genauer nachgehen. Und natürlich die Ergebnisse hier postieren.


Zum Thema Alterung würde ich noch anmerken, dass die
Ausgangsspannung meiner Referenz in dem Sinne in Materialkonstanten
gegossen ist, die bei der Fertigung der wenigen Bauteile ihren
Abschluss erfahren haben. Abgleichelemente gibt es nicht.

Da ich das Dingens nur bei Bedarf überhaupt betreibe sollte
das auch etwaige Degradationseffekte minimieren.

Das alles bestärkt zumindest meinen Glauben.

von A. B. (branadic)


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Glauben heißt: nicht wissen!
Dein Optimismus in allen Ehren, aber ohne belastbare Messdaten zu 
liefern ist das reines Wunschdenken.

Jawoll! schrieb:
> Zum Thema Alterung würde ich noch anmerken, dass die
> Ausgangsspannung meiner Referenz in dem Sinne in Materialkonstanten
> gegossen ist, die bei der Fertigung der wenigen Bauteile ihren
> Abschluss erfahren haben. Abgleichelemente gibt es nicht.

Das schützt vor Alterung nicht, Widerstände bspw. altern/driften auch 
ohne benutzt zu werden, weil sich z.B. interne Spannungen abbauen, 
dagegen kannst du nichts machen.

> Da ich das Dingens nur bei Bedarf überhaupt betreibe sollte
> das auch etwaige Degradationseffekte minimieren.

Das mag in einigen wenigen Fällen die betriebsbedingte Alterung 
minimieren/herauszögern, sagt letztlich aber nichts über die 
Langzeitstabilität einer Referenz aus.

-branadic-

von Pandur S. (jetztnicht)


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>Viel interessanter finde ich die Frage, warum es bisher kein Pendant zum
GPSDO (GPS-Empfänger + OCXO) für Spannungsreferenzen gibt.
Langzeitstabililität "aus der Luft" und Kurzzeitstabilität durch eine
beheizte Referenz. Man darf ja noch träumen dürfen...


Was wuerd's denn bringen ? Bei der hochpraezisen Zeit ergeben sich 
Anwendungen, eine ganze Welt neuer Anwendungen, mit extrem hohen 
Stueckzahlen. Was ergibt sich mit einer hochpraezisen Spannung ?

Genau - nichts. Resp, noch nichts. Man weiss ja nie.

von Thomas S. (doschi_)


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Zur Ausgangsfrage:
Doug Malone, http://www.voltagestandard.com/ hat bezahlbare 
Fertigmodule.
z.B.  VREF10-003
"This small, portable, precision voltage reference can be used to check 
the calibration of your DVM or DMM.  The VREF10 features a 10.00000V 
output, and is conservatively rated to be accurate within 0.003% for a 
minimum of 6 months.  The circuit is based on the Linear Technology 
LT1021BCN8-10 which uses buried Zener technology resulting in excellent 
long term stability. "

oder DMMCHECK Plus , "DC voltage : 5V, ± 0.007% voltage reference"

von Jawoll! (Gast)


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> Was ergibt sich mit einer hochpraezisen Spannung ?

Man könnte Nichtlinearitäten bei als linear angenommen Prozessen
detektieren und daraus sicher auch Anwendungen ableiten.

Man stelle sich z.B. vor dass ein simpler Kupferdraht bei
Bestrahlung mit ... hier jetzt was passendes einsetzen ...
plötzlich einen polynomialen Anteil 7. Ordnung mit einem
Koeffizienten von nur 10^-6 neben seinem sonst linearen
Verhalten dadurch erfährt.

Und das ein Maximum dieser Nichtlinearität genau bei
5.31415926536 uA/mm^2 Cu-Querschnitt auftritt.

Schon wäre ein Bedarf da.

von Harald W. (wilhelms)


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A. B. schrieb:

> Viel interessanter finde ich die Frage, warum es bisher kein Pendant zum
> GPSDO (GPS-Empfänger + OCXO) für Spannungsreferenzen gibt.

Hmm, die Einheit für die elektrische Spannung ist ja
noch nicht einmal eine Si-Eiheit.

von Hägar (Gast)


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Driften Vrefs eigentlich auch, wenn sie ausgeschaltet sind? Angenommen, 
ich schalte eine Vref nur alle paar Wochen mal ein. Muss ich sie 
trotzdem alle 1-2 Jahre kalibrieren?

von Philipp C. (e61_phil) Benutzerseite


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Hägar schrieb:
> Driften Vrefs eigentlich auch, wenn sie ausgeschaltet sind? Angenommen,
> ich schalte eine Vref nur alle paar Wochen mal ein. Muss ich sie
> trotzdem alle 1-2 Jahre kalibrieren?

Sie driften weniger, aber ich habe auch geringe Drift bei Referenzen 
beobachtet, die viele Monate ausgeschaltet waren.
Wie viel sie gedriftet sind verrät Dir ohnehin nur die Kalibrierung.

von Anja (Gast)


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Philipp C. schrieb:
> Sie driften weniger,

Würde ich so nicht pauschal sagen. (obwohl es für beheizte Referenzen im 
Metallgehäuse eher normal ist).

Bei HP gab es mal eine Serie LTZ1000 mit Drift-Problemen wenn das 
HP3458A zu lange ausgeschaltet war.

Kunststoffgehäuse nehmen im ausgeschalteten Zustand mehr Feuchtigkeit 
auf. Die Referenz braucht dann Wochen um in den alten Zustand zu kommen.

Ich habe hier ein paar Referenzen mit ausgeprägter Auschalt-Hysterese:
Nach kurzem Ausschalten (wenige Sekunden) dauert es Tage bis der alte 
Wert wieder erreicht wird. (Sprung beim Ausschalten um ein paar 100 uV).

Gruß Anja

von Peter M. (r2d3)


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Hallo Anja,

Achsenbeschriftungen sind hilfreich.
Die y-Achse kann ich noch erahnen, die x-Achse nicht.

von Philipp C. (e61_phil) Benutzerseite


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Anja schrieb:
> Philipp C. schrieb:
>> Sie driften weniger,
>
> Würde ich so nicht pauschal sagen. (obwohl es für beheizte Referenzen im
> Metallgehäuse eher normal ist).
>
> Bei HP gab es mal eine Serie LTZ1000 mit Drift-Problemen wenn das
> HP3458A zu lange ausgeschaltet war.

Pauschal würde ich es schon erst mal sagen ohne Ausnahmen dabei 
auszuschließen. Besonders bei geheizten Geschichten.

Ich meine dieses HP Problem bezog sich auf speziell zur Voralterung 
behandelter Referenzen die nach dieser Behandlung dann zu lange 
rumlagen. HP schrieb ja imho 6 Wochen Dauerbetrieb sollten das Problem 
lösen. Die sagten, dass die Referenzen durch die lange Lagerung quasi 
wieder wie neu sein würden inklusive der größeren anfänglichen Drift. 
Genaueres weiß ich dazu leider nicht.
Interessant wäre ja, ob das für normal gealterte LTZ1000 auch zutreffen 
kann und diese durch langes "kaltes" Lagern wieder mit größerer 
Anfangsdrift starten würden.

von Hägar (Gast)


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Anja schrieb:
> Ich habe hier ein paar Referenzen mit ausgeprägter Auschalt-Hysterese:
> Nach kurzem Ausschalten (wenige Sekunden) dauert es Tage bis der alte
> Wert wieder erreicht wird. (Sprung beim Ausschalten um ein paar 100 uV).

Hmmm wenn man jetzt von deiner Grafik mehrere hätte und diese Grafik 
immer fast identisch wäre, könnte man eine zeitabhängige Kompensation in 
Software implementieren, die dieses Einschaltphänomen einfach 
herausrechnet.

Ich weiss nicht, woher dieser Drift kommt. Wahrscheinlich hat es 
reversible und irreversible Komponenten. Da müsste man wahrscheinlich 
auf Quantenebene forschen. Allerdings gibt es bei vielen passiven 
Bauteilen sogenannte "Setzungseffekte", die bei jedem Einschalten immer 
ziemlich ähnlich aussehen.

Ob es sich hier auch um so einen "immer ziemlich ähnlich aussehenden 
Effekt" handelt, den man also rausrechnen kann, ist die grosse Frage.

von Udo K. (Gast)


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Es ist erst mal die Frage da: welche Genauigkeit brauchst du?

Vielleicht reicht ja doch die 9 Volt Batterie aus?

Und mit Quanteneffekten hat die Alterung nicht viel zu tun.

von Harald W. (wilhelms)


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Udo K. schrieb:

> Es ist erst mal die Frage da: welche Genauigkeit brauchst du?
>
> Vielleicht reicht ja doch die 9 Volt Batterie aus?

Ich habe in einer älteren Publikation mal gelesen, das eine
gewöhnliche neue Zink-Kohle-Zelle eine Leerlaufspannung von
1,64V hat und das mit einer Genauigkeit von besser 1%. Zur
Kalibrierung von alten Zeigermeßinstrumenten reichte diese
Genauigkeit völlig aus.

von Anja (Gast)


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Peter M. schrieb:
> Hallo Anja,
>
> Achsenbeschriftungen sind hilfreich.
> Die y-Achse kann ich noch erahnen, die x-Achse nicht.

Sorry ist eine sehr alte Grafik.
Y: in mV (ist eine 5V Referenz)
X: in Anzahl Messungen (ca 330 / Minute)

Philipp C. schrieb:
> Interessant wäre ja, ob das für normal gealterte LTZ1000 auch zutreffen
> kann und diese durch langes "kaltes" Lagern wieder mit größerer
> Anfangsdrift starten würden.
Zu große Temperaturschwankungen bestraft eine LTZ mit Hystereseeffekten.
Bei einem Versehentlichen Kurzschluß an einer ungepufferten Referenz 
ergibt sich zunächst eine starke Abweichung, die sich teilweise durch 
mehrfaches Ein/Auschalten wieder beseitigen läßt. Es bleibt eine 
Rest-Hysterese von 2-5 ppm. Umgekehrt bei Transport im Winter hatte 
Frank auch schon ein paar ppm Änderung.
Es gibt ja auch noch das Pickering Patent um die Hysterese zu 
minimieren.

Hägar schrieb:
> Ich weiss nicht, woher dieser Drift kommt
Die ISL21009 ist eine stromsparende FGA-Referenz. (Die Referenzspannung 
wird quasi als Ladung in eine EEPROM-Zelle eingeprägt).
Wäre zwar ideal für batterieversorgte Geräte, ich würde das aber 
trotzdem nicht "herausrechnen" wollen. (zusammen mit T.C. und anderen 
Effekten wie Ionisierende Strahlung).

Gruß Anja

von Hägar (Gast)


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Ich habe mir die ISL21009 gerade angeschaut und das ist ein typisches 
Beispiel des Problems, was mich wurmt. Dort wird eine Langzeitstabilität 
von 50 PPM angegeben und ich frage mich, wieso man sowas ernsthaft als 
High Precision bezeichnet. Die Anfangsgenauigkeit beträgt bei den besten 
5V Modellen 0.5mV, was umgerechnet 100ppm sind.

Nur mal als Vergleich, hier ein OCXO:
Frequenzstabilität: 3 PPB
Long Term Drift: 50 PPB (pro Jahr)

PP>>>>B<<<!!!

von Philipp C. (e61_phil) Benutzerseite


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Anja schrieb:
> Philipp C. schrieb:
>> Interessant wäre ja, ob das für normal gealterte LTZ1000 auch zutreffen
>> kann und diese durch langes "kaltes" Lagern wieder mit größerer
>> Anfangsdrift starten würden.
> Zu große Temperaturschwankungen bestraft eine LTZ mit Hystereseeffekten.

Mit "kalt" meinte ich abgeschaltet und somit auf (23°C) Raumtemperatur. 
Keine speziell tiefen Temperaturen. So wie es bei HP wohl auch war.

von Anja (Gast)


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Philipp C. schrieb:
> So wie es bei HP wohl auch war.

Steht in der Service Note 18 anders drin (stored in a stock bin)

http://literature.cdn.keysight.com/litweb/pdf/3458A-18A.pdf


Gruß Anja

von Philipp C. (e61_phil) Benutzerseite


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Anja schrieb:
> Philipp C. schrieb:
>> So wie es bei HP wohl auch war.
>
> Steht in der Service Note 18 anders drin (stored in a stock bin)

Ja, Du hast recht, da steht stock bin, was ggf. keine 23°C hatte. 
Dennoch würde ich "extended period of time" nicht außer Acht lassen. Für 
mich sieht das nicht einfach nach einem Hysterese Problem aus, wie es zB 
Frank berichtet hat.

Es steht ja auch explizit: "Some of our references used in recent 
production have been stored in a stock bin long enough to exhibit this 
drift problem."


Ich weiß nicht wie kalt es im HP bzw zu der Zeit ja schon Agilent Lager 
so wird, aber ich gehe nicht davon aus, dass es dort friert. Die 
Referenz läuft im 3458A sehr heiß (95°C?). Ich mag mich da vertun, aber 
ich hätte für die Hysterese keine gigantischen Unterschiede erwartet, 
wenn man nun statt von 23°C (wobei 18°C ja auch noch erlaubt wären bevor 
man einen spezifizierten extra TK draufschlagen muss) auf 95°C zu gehen, 
das Ganze auch mal auf vielleicht 10°C abkühlen lässt (was ich auch 
schon sehr bezweifel, man will ja kein Tauwasser in den Komponenten, 
wenn man sie aus dem Lager geholt hat). Also nur rund 10K mehr Hub bei 
rund 75K Gesamthub. Bei Effekten die von der absoluten Temperatur 
abhängen dann noch irrelevanter.


Hat hier ggf. jemand Erfahrung damit, was passiert, wenn man ein 3458A 
im Winter zur Kalibrierung verschickt? Unsere Geräte werden immer 
mittels Kurierauto "beheizt" transportiert.

von Peter D. (peda)


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Ich habe den Eindruck, daß die LTZ1000 sehr empfindlich auf 
Luftströmungen reagiert. Ich setze daher die LTZ1000A ein, die bleibt 
außen deutlich kälter.

von Udo K. (Gast)


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Harald W. schrieb:
> Udo K. schrieb:
>
>> Es ist erst mal die Frage da: welche Genauigkeit brauchst du?
>>
>> Vielleicht reicht ja doch die 9 Volt Batterie aus?
>
> Ich habe in einer älteren Publikation mal gelesen, das eine
> gewöhnliche neue Zink-Kohle-Zelle eine Leerlaufspannung von
> 1,64V hat und das mit einer Genauigkeit von besser 1%. Zur
> Kalibrierung von alten Zeigermeßinstrumenten reichte diese
> Genauigkeit völlig aus.

Ich würde gerne wissen, was ein Hobbybastler mit einer Genauigkeit
von mehr als 1% anfängt?
Ok, von mir aus 0.1%, wir leben ja im Überfluss.

Aber im Ernst, was bringt das, und wo brauch ich so eine
hohe Genauigkeit?
Und wer mag das bezahlen? Die Referenz ist da ja nur
der Anfang der Kette.

Eine TL431 gibts um 20 Cent, mir hat die immer gereicht.

von Werner H. (werner45)


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Mir genügt zur Kalibration ein schon lange vorhandenes Westonelement 
(mit Teerverschluß).
Wenn das ein paar Mikrovolt weggedriftet sein sollte, ist mir das 
wurscht.
Ich rechne mit 1,01865 V, das ist mein hausinterner Standard.
Besonderenfalls kann man sich die Füllung neu mixen.

Gruß   -   Werner

von Philipp C. (e61_phil) Benutzerseite


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Udo K. schrieb:
> Ich würde gerne wissen, was ein Hobbybastler mit einer Genauigkeit
> von mehr als 1% anfängt?

Es ist wohl bei vielen einfach Teil des Hobbys.
Bist Du eigentlich der Udo K, der noch ein 6,5 stelliges Gerät mit 
DualSlope Wandler nennen wollte?

von branadic (Gast)


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Udo K. schrieb:
> Ich würde gerne wissen, was ein Hobbybastler mit einer Genauigkeit
> von mehr als 1% anfängt?

Das ist die falsche Frage. Metrologie als Thema ist in sich ein eigenes 
Hobby und bedarf nicht zwingend einer Anwendung. Andererseits kommt man 
mit 1% Genauigkeit im Bereich der Messtechnik- und Messgeräteentwicklung 
aber auch Sensorentwicklung nicht sonderlich weit.
Allerdings lassen sich viele Erkenntnisse auf tatsächliche Anwendungen 
übertragen, bspw. welcher Aufwand für welche Genauigkeit getrieben 
werden muss.

-branadic-

von Harald W. (wilhelms)


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branadic schrieb:

> Andererseits kommt man
> mit 1% Genauigkeit im Bereich der Messtechnik- und Messgeräteentwicklung
> aber auch Sensorentwicklung nicht sonderlich weit.

Ja, 1% Fehler ergibt bei einer PT100-Auswertung bereits 2,5° 
Fehlmessung.

von Philipp C. (e61_phil) Benutzerseite


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Bei mir fing es mit hochauflösenden Multimetern an (damals noch 5,5 
Stellen). Diese kann man auch als Hobbybastler oft gebrauchen.

Irgendwann fragt man sich dann ob die hinteren Stellen da überhaupt 
stimmen und dann hat man schon verloren ;). Ehe man sich versieht stehen 
bei einem dann jede Menge Kalibratoren und 8,5 stellige Multimeter..

von Harald W. (wilhelms)


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Philipp C. schrieb:

> 8,5 stellige Multimeter..

Eine (gute) Stelle reicht normalerweise, um das Geld für die
8,5 Stellen zu verdienen. :-)

von Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite


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A. B. schrieb:
> Viel interessanter finde ich die Frage, warum es bisher kein Pendant zum
> GPSDO (GPS-Empfänger + OCXO) für Spannungsreferenzen gibt.
> Langzeitstabililität "aus der Luft" und Kurzzeitstabilität durch eine
> beheizte Referenz.

Genau so funktioniert doch ein Josephson-Spannungsnormal. Der 
zugrundeliegende Josephsoneffekt führt zu einer nur durch die 
Naturkonstante h (Plancksches Wirkungsquantum) und mathematische 
Konstanten bestimmten Umsetzung einer Frequenz in die entsprechende 
Spannung. Daraus ergibt sich ein Faktor von ca. 483,6 MHz/uV.

Folglich wird man die Frequenz des Oszillators für die Ansteuerung des 
Josephson-Spannungsnormals mit einer entsprechend genauen Referenz 
ansteuern bzw. kalibrieren. Bei der PTB ist die Sache einfach; da ziehen 
die Leute einfach eine Strippe aus dem Nachbarlabor rüber, in dem die 
Normalfrequenz erzeugt wird. Ansonsten greift man eben auf GPS, DCF77 
oder transportable Frequenznormale zurück.

von Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite


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Hägar schrieb:
> Ich habe mir die ISL21009 gerade angeschaut und das ist ein typisches
> Beispiel des Problems, was mich wurmt. Dort wird eine Langzeitstabilität
> von 50 PPM angegeben und ich frage mich, wieso man sowas ernsthaft als
> High Precision bezeichnet. Die Anfangsgenauigkeit beträgt bei den besten
> 5V Modellen 0.5mV, was umgerechnet 100ppm sind.

Dann schaue Dir mal die Anfangsgenauigkeit einer LM399 oder LTZ1000 an. 
Diese liegt bei 2% (nicht 2ppm!) bzw. bei der LTZ1000 sogar bei 7%! 
Solche gewaltigen Exemplarstreuungen führen natürlich auch dazu, dass 
man nachgeschaltete Spannungsteiler nicht einfach nur um ein paar ppm 
"ziehen" kann, sondern teilweise sogar entsprechende Lötbrücken u.ä. 
gesetzt werden müssen. Bei einem Multimeter o.ä. rechnet man so etwas 
natürlich in Software heraus.

> Aber ich denke, da wäre eine neue SMD VRef genauer als ein
> 10 Jahre altes Gerät, was vielleicht nie kalibriert worden ist.

Die SMD-Referenz besaß nur ein einziges Mal die spezifizierte 
Genauigkeit, nämlich während des Fertigungstests unter sehr 
kontrollierten Bedingungen bei Hersteller. Danach ändert sich der 
Feuchtigkeitsgehalt des Gehäuses. Und spätestens beim Einlöten wird das 
Gehäuse mechanisch verspannt. Wenn man da auch nur einen Hauch von dem 
vorgegebenen Dampfphasenlötprofil abweicht oder sich die Leiterplatte 
biegt, bleibt kaum noch etwas von der Anfangsgenauigkeit übrig.

: Bearbeitet durch User
von Harald W. (wilhelms)


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Andreas S. schrieb:

> Genau so funktioniert doch ein Josephson-Spannungsnormal.

Das gilt ja nicht nur für das Spannungsnormal, sondern inzwischen
werden alle wichtigen Meßgrössen auf sog. Naturkonstanten zurück-
geführt. Damit können diese Meßgrössen überall auf der Welt dar-
gestellt werden und man ist nicht mehr auf körperliche Normale
wie Urmeter, Urkilogramm usw. angewiesen. Jetzt muss man nur noch
hoffen, das diese Naturkonstanten wirklich konstant sind und sich
nicht doch im Laufe der Jahre verändern (4. Gesetz von Arthur Mc.
Murphy und Edsel Klipstein: Alle Konstanten sind variabel.) :-)
http://www.helpar.de/mcmurphy1.html?file=mcmurphy.html

von Elektrofan (Gast)


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von Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite


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Harald W. schrieb:
> Das gilt ja nicht nur für das Spannungsnormal, sondern inzwischen
> werden alle wichtigen Meßgrössen auf sog. Naturkonstanten zurück-
> geführt. Damit können diese Meßgrössen überall auf der Welt dar-
> gestellt werden und man ist nicht mehr auf körperliche Normale
> wie Urmeter, Urkilogramm usw. angewiesen.

Der TE beklagte aber ausdrücklich die angebliche Nichterhältlichkeit von 
Spannungsreferenzen, die "durch die Luft" stabilisiert werden können. 
Genau dies habe ich widerlegt.

Bezüglich der physikalischen Größen muss man aber noch genau zwischen 
der jeweiligen Definition und der zugehörigen Maßverkörperung 
unterscheiden. Könnte man heute wieder bei Null anfangen, wären 
Definition und Maßverkörperung natürlich identisch.

Beispiel für eine Definition:
Ein Ampere ist die "Stärke eines konstanten elektrischen Stromes, der, 
durch zwei parallele, geradlinige, unendlich lange und im Vakuum im 
Abstand von 1 Meter voneinander angeordnete Leiter von vernachlässigbar 
kleinem, kreisförmigem Querschnitt fließend, zwischen diesen Leitern pro 
Meter Leiterlänge die Kraft 2·10−7 Newton hervorrufen würde."

Für die metrologische Darstellung eines Amperes wäre die Definition 
recht unhandlich. Daher verwendet man Josephson-Spannungsnormale und 
Quanten-Hall-Widerstandsnormale.

> Jetzt muss man nur noch
> hoffen, das diese Naturkonstanten wirklich konstant sind und sich
> nicht doch im Laufe der Jahre verändern (4. Gesetz von Arthur Mc.
> Murphy und Edsel Klipstein: Alle Konstanten sind variabel.) :-)
> http://www.helpar.de/mcmurphy1.html?file=mcmurphy.html

Solch eine Veränderung wäre aus metrologischer Sicht nicht 
problematisch, weil ja alle Normale gleichartig davon betroffen wären. 
Nur solche Referenzen, die auf anderen physikalischen Effekten basieren, 
würden dann abweichen. Ein erschrockener Mitarbeiter der PTB würde in 
solch einem Fall vielleicht bei seinen Kollegen in Paris und 
Gaithersburg anrufen, kurz die Normale vergleichen und sich anschließend 
ganz entspannt wieder zurücklehnen.

von Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite


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Elektrofan schrieb:
>> Das gilt ja nicht nur für das Spannungsnormal, ...
>
> Um irgendeine Art "Urkilogramm" kommt man nicht herum, weil es
> überall drinsteckt:

Nein, das ist so nicht ganz korrekt. Die Besonderheit besteht ja darin, 
dass man nur die Anleitung für den Bau eines solchen Massenormals 
benötigt, aber nicht den Zugang zu dem "Urkilogramm". Wenn jemand auf 
irgendeiner verlassenen Insel strandet und nur die Anleitung dabei hat, 
kann er (theoretisch) ein Massenormal bauen, das beliebig genau ist.

Und auch hier ist die Maßverkörperung für ein Kilogramm so gewählt, dass 
sich mit herkömmlichen technischen Materialien und Methoden sehr gute 
Normale herstellen lassen.

In diesem Jahr wird es eine Neudefinition des Kilogramms geben. Ich bin 
schon sehr gespannt darauf, worauf sich die Normungsgremien verständigen 
werden. Es sieht derzeit sehr danach aus, dass dabei das sog. 
Avogadroprojekt gewinnen wird, d.h. sowohl die Definition als auch die 
Maßverkörperung beruhten dann aus einer Siliziumkugel.

von Elektrofan (Gast)


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> Die Besonderheit besteht ja darin,
> dass man nur die Anleitung für den Bau eines solchen Massenormals
> benötigt, aber nicht den Zugang zu dem "Urkilogramm".

Stimmt.

Viel Spaß beim Nachbau, wird der dann einfacher sein als bei der
Darstellung der Basisgröße Ampere?      ;-)

von Peter M. (r2d3)


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Hallo Andreas S.,

Andreas S. schrieb:
> Dann schaue Dir mal die Anfangsgenauigkeit einer LM399 oder LTZ1000 an.
> Diese liegt bei 2% (nicht 2ppm!) bzw. bei der LTZ1000 sogar bei 7%!

die Anfangsgenauigkeit von Spannungsreferenzbausteinen (LM399, LTZ1000, 
keine ICs!) war nie ein Optimierungsziel. Da geht es primär um Langzeit- 
und Temperaturstabilität.
Einen exakten dekadischen Ausgangswert zu haben, ist eine reine 
Komfortfrage oder nett, wenn der Referenzwert zum Messbereichsende 
passt, wird aber eventuell mit einigen Nachteilen erkauft.

> Solche gewaltigen Exemplarstreuungen führen natürlich auch dazu, dass
> man nachgeschaltete Spannungsteiler nicht einfach nur um ein paar ppm
> "ziehen" kann, sondern teilweise sogar entsprechende Lötbrücken u.ä.

Doch das geht. Bei der ersten Messung (auf der Maker Fair) war die 
abgebildete Referenz real bei 10V-3ppm. Mein Multimeter sagte damals 10V 
+2ppm. Natürlich kann man Spannungsteiler bauen, die nur ein paar ppm 
Veränderung bringen, aber Potis oder andere bewegliche Teile sind der 
Stabilität ein wenig abträglich.

Man braucht auch nicht wirklich viele Bauteile dazu, um beispielsweise 
auf 10V +-3ppm zu kommen.

Eine Tabellenkalkulation hilft bei der Konfiguration aber ungemein. :)

Anbei das Foto von der Messung im Mai 2016 und ein Teil der 
Innenansicht.
Die fünf blauen Widerstände bilden einen Spannungsteiler, ich glaube, 
der kleinste ist gar nicht mehr relevant, den habe ich tatsächlich nur 
als eine Art Lötbrücke missbraucht.

Messung bei der PTB auf der Maker Fair: Toll!
Manöverkritik und Vortrag vom freundlichen Dipl.-Ing. aus dem 
Gleichspannungslabor der PTB: Unbezahlbar !  :)

: Bearbeitet durch User
von A. B. (branadic)


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Andreas S. schrieb:
> A. B. schrieb:
>> Viel interessanter finde ich die Frage, warum es bisher kein Pendant zum
>> GPSDO (GPS-Empfänger + OCXO) für Spannungsreferenzen gibt.
>> Langzeitstabililität "aus der Luft" und Kurzzeitstabilität durch eine
>> beheizte Referenz.
>
> Genau so funktioniert doch ein Josephson-Spannungsnormal. Der
> zugrundeliegende Josephsoneffekt führt zu einer nur durch die
> Naturkonstante h (Plancksches Wirkungsquantum) und mathematische
> Konstanten bestimmten Umsetzung einer Frequenz in die entsprechende
> Spannung. Daraus ergibt sich ein Faktor von ca. 483,6 MHz/uV.
>
> Folglich wird man die Frequenz des Oszillators für die Ansteuerung des
> Josephson-Spannungsnormals mit einer entsprechend genauen Referenz
> ansteuern bzw. kalibrieren. Bei der PTB ist die Sache einfach; da ziehen
> die Leute einfach eine Strippe aus dem Nachbarlabor rüber, in dem die
> Normalfrequenz erzeugt wird. Ansonsten greift man eben auf GPS, DCF77
> oder transportable Frequenznormale zurück.

Der Vergleich hinkt. Das Josephonson-Junction Normal ist, wie der Name 
schon sagt, ein (Spannungs-)Normal und ein für den täglichen Einsatz ein 
ziemlich unpraktisches.
Beim GPSDO hast du die Atomuhr (Zeitnormal) ja auch nicht neben dir zu 
stehen, sondern holst dir ein Zeitsignal von einer in gehüteten Laboren 
stehenden Atomuhr durch die Luft (GPS-Empfänger), um die 
Langzeitstabilität deiner kurzzeitstabilen Referenz (OCXO) zu 
gewährleisten.
Das Pendant zum OCXO wäre demnach eine Spannungsreferenz mit guter 
Kurzzeitstabilität, gerne auch beheizt wie LM399 oder LTZ1000, aber es 
gibt (derzeit?) kein Pendant zum GPS-Empfänger, um für gute 
Langzeitstabilität zu sorgen.

Jetzt klar was mit meinem Anliegen gemeint war?

-branadic-

von Harald W. (wilhelms)


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Andreas S. schrieb:

> Der TE beklagte aber ausdrücklich die angebliche Nichterhältlichkeit von
> Spannungsreferenzen, die "durch die Luft" stabilisiert werden können.

Ja, die durch die Luft übertragene statische Elektrizität lässt sich
leider nur ungenau messen. :-)

> Bezüglich der physikalischen Größen muss man aber noch genau zwischen
> der jeweiligen Definition und der zugehörigen Maßverkörperung
> unterscheiden. Könnte man heute wieder bei Null anfangen, wären
> Definition und Maßverkörperung natürlich identisch.

> Beispiel für eine Definition:
> Ein Ampere ist die "Stärke eines konstanten elektrischen Stromes, der,
> durch zwei parallele, geradlinige, unendlich lange und im Vakuum im
> Abstand von 1 Meter voneinander angeordnete Leiter von vernachlässigbar
> kleinem, kreisförmigem Querschnitt fließend, zwischen diesen Leitern pro
> Meter Leiterlänge die Kraft 2·10−7 Newton hervorrufen würde."
>
> Für die metrologische Darstellung eines Amperes wäre die Definition
> recht unhandlich. Daher verwendet man Josephson-Spannungsnormale und
> Quanten-Hall-Widerstandsnormale.

Da hat man ja jetzt aktuell eine neue Definition gefunden. Das war
auch deshalb wichtig, weil des Ampere im Gegensatz zum Volt und Ohm
ja eine SI-Basiseinheit ist.

Problematisch ist oft auch, das man sich international auf gleiche
Definitionen einigen muss. Das ist auch der Grund dafür, das es oft
viele Jahre dauert, bis eine neue Definition eingeführt wird.
Anscheinend hat man es beim aktuellen "Rundumschlag" nicht geschafft,
die Zeit neu zu definieren, obwohl es inzwischen optische Uhren gibt,
die wesentlich genauer als das "alte" Cäsiumnormal sind.

von Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite


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Peter M. schrieb:
> die Anfangsgenauigkeit von Spannungsreferenzbausteinen (LM399, LTZ1000,
> keine ICs!) war nie ein Optimierungsziel. Da geht es primär um Langzeit-
> und Temperaturstabilität.

Du solltest nicht sinnentstellend zitieren. Nicht ich bin derjenige, der 
die schlechte Anfangsgenauigkeit bemängelt, sondern der TE hat sich ja 
schon an den 100ppm der ISL21009 gestört.

> Einen exakten dekadischen Ausgangswert zu haben, ist eine reine
> Komfortfrage oder nett, wenn der Referenzwert zum Messbereichsende
> passt, wird aber eventuell mit einigen Nachteilen erkauft.

Viele Spannungsreferenzen werden aber mit dekadischen Ausgangsspannungen 
angeboten.

>> Solche gewaltigen Exemplarstreuungen führen natürlich auch dazu, dass
>> man nachgeschaltete Spannungsteiler nicht einfach nur um ein paar ppm
>> "ziehen" kann, sondern teilweise sogar entsprechende Lötbrücken u.ä.
>
> Doch das geht. Bei der ersten Messung (auf der Maker Fair) war die
> abgebildete Referenz real bei 10V-3ppm. Mein Multimeter sagte damals 10V
> +2ppm. Natürlich kann man Spannungsteiler bauen, die nur ein paar ppm
> Veränderung bringen, aber Potis oder andere bewegliche Teile sind der
> Stabilität ein wenig abträglich.

Seit wann sind Lötbrücken unterhalb der Schmelztemperatur des Lotes 
bewegliche Teile?

> Man braucht auch nicht wirklich viele Bauteile dazu, um beispielsweise
> auf 10V +-3ppm zu kommen.

Das habe ich auch nicht behauptet.

> Eine Tabellenkalkulation hilft bei der Konfiguration aber ungemein. :)

Definitiv.

> Anbei das Foto von der Messung im Mai 2016 und ein Teil der
> Innenansicht.
> Die fünf blauen Widerstände bilden einen Spannungsteiler, ich glaube,
> der kleinste ist gar nicht mehr relevant, den habe ich tatsächlich nur
> als eine Art Lötbrücke missbraucht.

Bei kommerziellen Geräten würde man in vielen Fällen aber eher einen 
Satz an Widerständen einbauen, die dann per Lötbrücken aktiviert werden.

von Rainer V. (a_zip)


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Udo K. schrieb:
> Ich würde gerne wissen, was ein Hobbybastler mit einer Genauigkeit
> von mehr als 1% anfängt?
> Ok, von mir aus 0.1%, wir leben ja im Überfluss.

Hallo, wie ich schon an anderer Stelle gesagt habe, beschäftige ich mich 
z.Z. mit klirrarmen Sinusgeneratoren(natürlich Spot), insbesondere mit 
einer "uralten" Transistorschaltung. Es geht da um THD+Noise von 0,0001% 
und da ist jedes Bauteil gefragt. Vor allem die Konstantstromquellen 
gehen in diesen Wert ein und die hängen letztlich an einer 
Spannungsquelle (die Transistoren sowieso). Es gibt eine AN von LT, die 
exorbitante Werte verspricht, die die Simulation aber keineswegs zeigt! 
Und auch wenn ich bei einem Spot-Generator keine großen 
Temperaturdriften berücksichtigen muß und auch keine Langzeitstabilität 
brauche, so ist das gesamte Zusammenspiel d a s gute Ergebnis oder auch 
nicht!
Gruß Rainer

von Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite


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A. B. schrieb:
> Der Vergleich hinkt. Das Josephonson-Junction Normal ist, wie der Name
> schon sagt, ein (Spannungs-)Normal

Genau. Es ging um Spannungsnormale.

> und ein für den täglichen Einsatz ein ziemlich unpraktisches.

Das eigentliche spannungsbestimmende Element mit den vielen 
Josephson-Kontakten ist winzig. Die Herstellung ist nicht aufwändiger 
als bei irgendwelchen MEMS-Sensoren in der Sub-5€-Klasse. Der Oszillator 
und Hohlraumresonator sind in etwa so aufwändig wie bei einem 
50€-Satellitenempfangsanlage. Wären die Stückzahlen halbwegs hoch, gäbe 
es Josephson-Normale für deutlich unter 100€.

Das einzige Problem ist die Kühlung mit flüssigem Helium. Ich halte es 
aber nicht für ausgeschlossen, dass es irgendwann winzige Kühlsysteme 
gibt, mit denen man zumindest in den Bereich der 
Hochtemperatursupraleitung kommt. Keramische Supraleiter mit sauber 
getrennten Einzelkontakten sind zwar schwieriger herzustellen als 
metallische Tieftemperatursupraleiter, aber HTSL-SQUIDs sind 
mittlerweile durchaus herstellbar.

Ein GPSDO oder DCF77-DO ist ebenfalls kostengünstig herstellbar.

Fraglich ist jedoch, ob es für solche Spannungsreferenzen überhaupt 
einen Markt gäbe. Zumindest für Labormultimeter der 3458-Klasse entfiele 
zumindest das Hin- und Herschleppen ins Kalibrierlabor bzw. der 
Transport eines Spannungsnormals. Bei einem hinreichend wartungsarmen 
Kühlsystem wäre das also eine interessante Option.

Es sind ja durchaus kommerzielle Josephson-Normale erhältlich, d.h. für 
ca. 200k$.

> Beim GPSDO hast du die Atomuhr (Zeitnormal) ja auch nicht neben dir zu
> stehen, sondern holst dir ein Zeitsignal von einer in gehüteten Laboren
> stehenden Atomuhr durch die Luft (GPS-Empfänger), um die
> Langzeitstabilität deiner kurzzeitstabilen Referenz (OCXO) zu
> gewährleisten.

Also genau wie beim Josephson-Normal.

> Das Pendant zum OCXO wäre demnach eine Spannungsreferenz mit guter
> Kurzzeitstabilität, gerne auch beheizt wie LM399 oder LTZ1000, aber es
> gibt (derzeit?) kein Pendant zum GPS-Empfänger, um für gute
> Langzeitstabilität zu sorgen.

Doch, genau derselbe GPS-Empfänger.

> Jetzt klar was mit meinem Anliegen gemeint war?

Der einzige Unterschied besteht darin, dass man nicht eine Frequenz in 
eine Frequenz umwandelt, sondern eine Frequenz in eine Spannung. 
Letztendlich entspricht das PLL-Teilerverhältnis also der 
Josephson-Konstante.

von Peter M. (r2d3)


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Hallo Andreas S.,

Andreas S. schrieb:
> Peter M. schrieb:
>> die Anfangsgenauigkeit von Spannungsreferenzbausteinen (LM399, LTZ1000,
>> keine ICs!) war nie ein Optimierungsziel. Da geht es primär um Langzeit-
>> und Temperaturstabilität.
>
> Du solltest nicht sinnentstellend zitieren.

Das ist auch nicht mein Ziel.

> Nicht ich bin derjenige, der
> die schlechte Anfangsgenauigkeit bemängelt, sondern der TE hat sich ja
> schon an den 100ppm der ISL21009 gestört.

Das stimmt, allerdings hat mich Dein folgender Passus zur Antwort 
motiviert:

Andreas S. schrieb:
> Dann schaue Dir mal die Anfangsgenauigkeit einer LM399 oder LTZ1000 an.
> Diese liegt bei 2% (nicht 2ppm!) bzw. bei der LTZ1000 sogar bei 7%!

Das klingt so, als ob Du dem TE in seiner Aussage Recht gibst.
Allerdings kann man den Abschnitt in Verbindung mit dem folgenden 
Abschnitt auch so verstehen, dass Du einfach nur sagen willst, dass der 
"Anpassungsaufwand" in Richtung eines dekadischen Werts z.B. prozentual 
höher ist.

> Solche gewaltigen Exemplarstreuungen führen natürlich auch dazu, dass
> man nachgeschaltete Spannungsteiler nicht einfach nur um ein paar ppm
> "ziehen" kann, sondern teilweise sogar entsprechende Lötbrücken u.ä.

Das klang für mich nach großem Aufwand und ich wollte praktisch belegen, 
dass es ganz einfach ist.

>
>> Einen exakten dekadischen Ausgangswert zu haben, ist eine reine
>> Komfortfrage oder nett, wenn der Referenzwert zum Messbereichsende
>> passt, wird aber eventuell mit einigen Nachteilen erkauft.
>
> Viele Spannungsreferenzen werden aber mit dekadischen Ausgangsspannungen
> angeboten.

Das hat in meinen Augen Komfortgründe, also der Entfall des Bedarfs an 
individueller Anpassung, geringerer Stromverbrauch und zum anderen 
vielleicht auch thermische Gründe, weil der Spannungsteiler auf dem Chip 
thermisch gut gekoppelt ist, so dass er seine Ratio auch bei 
Temperaturschwankungen gut halten kann.
Nicht zuletzt könnten auch der geringere Platzbedarf ein Grund sein.

>
>>> Solche gewaltigen Exemplarstreuungen führen natürlich auch dazu, dass
>>> man nachgeschaltete Spannungsteiler nicht einfach nur um ein paar ppm
>>> "ziehen" kann, sondern teilweise sogar entsprechende Lötbrücken u.ä.
>>
>> Doch das geht. Bei der ersten Messung (auf der Maker Fair) war die
>> abgebildete Referenz real bei 10V-3ppm. Mein Multimeter sagte damals 10V
>> +2ppm. Natürlich kann man Spannungsteiler bauen, die nur ein paar ppm
>> Veränderung bringen, aber Potis oder andere bewegliche Teile sind der
>> Stabilität ein wenig abträglich.
>
> Seit wann sind Lötbrücken unterhalb der Schmelztemperatur des Lotes
> bewegliche Teile?

Ja, Du hast Recht, von beweglichen Teilen war bei Dir ja nicht die Rede!

>
>> Man braucht auch nicht wirklich viele Bauteile dazu, um beispielsweise
>> auf 10V +-3ppm zu kommen.
>
> Das habe ich auch nicht behauptet.

Siehe meine obige Argumentation...
>
>> Eine Tabellenkalkulation hilft bei der Konfiguration aber ungemein. :)
>
> Definitiv.
>
>> Anbei das Foto von der Messung im Mai 2016 und ein Teil der
>> Innenansicht.
>> Die fünf blauen Widerstände bilden einen Spannungsteiler, ich glaube,
>> der kleinste ist gar nicht mehr relevant, den habe ich tatsächlich nur
>> als eine Art Lötbrücke missbraucht.
>
> Bei kommerziellen Geräten würde man in vielen Fällen aber eher einen
> Satz an Widerständen einbauen, die dann per Lötbrücken aktiviert werden.

Von kommerzieller Produktion habe ich keine Ahnung, die Kiste ist ja ein 
Einzelstück. Ich würde erwarten, dass kurz ausgemessen wird und dann 
individuelle Widerstände dazugelötet werden.

von ths (Gast)


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Dann liefere ich mal die Preise für den sehr komfortablen burster 
DIGISTANT 4462 nach: Ca. 3800 + MWSt.

von Gerd K. (gerd_knese)


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Hi,

Jawoll! schrieb:
>> 50 ppm/K
>
> schafft schon eine SZY23 aus der S.B.Z..
>
> Meine wird von einem selektierten KP303E mit 5 mA bestromt
> und ist mittlerweile schon 32 Jahre gealtert.
>
> Das sollte mir als (Transfer-)Normal für die nächsten Jahrzehnte
> immer noch reichen.

Ich mag diese "old school" Schaltungen sehr gerne.

Kannst du bitte mal einen Schaltplan veröffentlichen?

Danke
Gerd

von Peter D. (peda)


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Peter M. schrieb:
> Anbei das Foto von der Messung im Mai 2016 und ein Teil der
> Innenansicht.
> Die fünf blauen Widerstände bilden einen Spannungsteiler,

Das sind aber normale Widerstände für wenige Cent und keine Vishay 
Z-Foils für ~30€ das Stück.
Hast Du mal den TK Deiner Referenz gemessen?

von Peter M. (r2d3)


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Hallo Peter,

Peter D. schrieb:
> Das sind aber normale Widerstände für wenige Cent und keine Vishay

es sind nicht die billigsten, sondern die mit dem reduzierten TK von 
25ppm/K von Yageo, die bei Reichelt unter der Bestell-Nr. MPR verkauft 
werden, die lagen bei 30-35 Cents pro Stück. Die habe ich aber nur für 
den Teiler eingesetzt.

> Z-Foils für ~30€ das Stück.

Im Gegensatz zu Anja, die ja immer wieder die Edelwiderstände 
propagiert, interessiert mich, welche Widerstände welche Ergebnisse 
bringen. Ich fange dann gerne mit Standardteilen an. Mich interessiert 
dann auch, wieviel "Mehrleistung" teurere Widerstände erbringen.

> Hast Du mal den TK Deiner Referenz gemessen?

Ja, aber ich finde die Aufzeichnung nicht mehr. Anbei erhältst Du zwei 
Messpunkte. Die interne Temperaturmesssung erfolgt mit einem KTY81-110.

22.12.2018 23h Umgebungstemperatur 20,5°C
10,000 053 Volt, R=1012 Ohm =>26,5 Grad Innentemperatur.

23.12.2018 7h Umgebungstemperatur 19,7°C
10,000 068 Volt, R=1080 Ohm =>35 Grad Innentemperatur.

TK(10V-Ausgang)= 0,18 ppm/K

Nun driftet die Messung des Normals auch bei gleichen 
Umgebungsbedingungen.
Rechnen wir zu meinen Ungunsten noch einmal 0,5V in beide Messungen:
10,000 073 Volt und 10,000 048 Volt, dann ergibt sich ein TK von 0,3 
ppm/K.

: Bearbeitet durch User
von Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite


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Peter M. schrieb:
> TK(10V-Ausgang)= 0,18 ppm/K

Du hast Dich um genau eine Größenordnung geirrt. Der gemessene TK liegt 
bei 1,8 ppm/K.

von Philipp C. (e61_phil) Benutzerseite


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Andreas S. schrieb:
> Peter M. schrieb:
>> TK(10V-Ausgang)= 0,18 ppm/K
>
> Du hast Dich um genau eine Größenordnung geirrt. Der gemessene TK liegt
> bei 1,8 ppm/K.

15µV Differenz bei 8,5K Differenz machen 1,76µV/K bzw 0,18ppm/K

von Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite


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Philipp C. schrieb:
> 15µV Differenz bei 8,5K Differenz machen 1,76µV/K bzw 0,18ppm/K

Oh, ich hatte nur die 0,8 K Differenz der Umgebungstemperaturen gesehen.

von Dirk K. (knobikocher)


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Hägar schrieb:
> extrem genaues

Definiere!

von David (Gast)


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Peter M. schrieb:
> Nun driftet die Messung des Normals auch bei gleichen
> Umgebungsbedingungen.

Nennen wir es Referenz und nicht Normal :)

> Rechnen wir zu meinen Ungunsten noch einmal 0,5V in beide Messungen:
> 10,000 073 Volt und 10,000 048 Volt, dann ergibt sich ein TK von 0,3
> ppm/K.

Die verwendeten Widerstände sind vermutlich nicht die schlechtesten, 
wenn man auf den Temperaturkoeffizienten der Ausgangsspannung schaut. 
Anders sieht es vermutlich aus, wenn man den Blick auf die 
Langzeitstabilität richtet, da dürfte sich zeigen, warum Hersteller von 
Multimetern eben nicht auf vergleichsweise billige Widerstände 
zurückgreifen, sondern hochwertige Widerstände einsetzen.

von Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite


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David schrieb:
> sondern hochwertige Widerstände einsetzen.

Bei vielen sehr genauen und driftstabilen Multimetern werden auch gar 
keine Einzelwiderstände eingesetzt, sondern hermetisch geschlossene 
Spannungsteiler. Einige besitzen ein Glasfenster, durch das zu einem 
späteren Zeitpunkt ein Feinabgleich per Laserstrahl erfolgen kann.

https://xdevs.com/article/res_f8846a/

https://www.youtube.com/watch?v=Rxy-VpSDPg4

von Peter M. (r2d3)


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Hallo David,

David schrieb:
> Langzeitstabilität richtet, da dürfte sich zeigen, warum Hersteller von
> Multimetern eben nicht auf vergleichsweise billige Widerstände
> zurückgreifen, sondern hochwertige Widerstände einsetzen.

welche Widerstände auf dem folgenden Foto sind besonders hochwertig?

https://www.eevblog.com/forum/blog/eevblog-731-keithley-dmm7510-7-5-digit-multimeter-teardown/?action=dlattach;attach=228793;

Welche Widerstände auf dem folgenden Foto sind besonders hochwertig?

https://c1.staticflickr.com/9/8753/16171848613_f84772a036_h.jpg

: Bearbeitet durch User
von Peter M. (r2d3)


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Hallo Peter,

Peter M. schrieb:
> Ja, aber ich finde die Aufzeichnung nicht mehr. Anbei erhältst Du zwei
> Messpunkte. Die interne Temperaturmesssung erfolgt mit einem KTY81-110.
>
> 22.12.2018 23h Umgebungstemperatur 20,5°C
> 10,000 053 Volt, R=1012 Ohm =>26,5 Grad Innentemperatur.
>
> 23.12.2018 7h Umgebungstemperatur 19,7°C
> 10,000 068 Volt, R=1080 Ohm =>35 Grad Innentemperatur.

noch zwei Messpunkte:

24.12.2018 8h Umgebungstemperatur ???
10,000 060 Volt, R=1080 Ohm =>35 Grad Innentemperatur.

24.12.2018 20h Umgebungstemperatur 21,4°C
10,000 059 Volt, R=1080 Ohm =>35 Grad Innentemperatur.

Das macht dann 7µV Differenz auf ein Delta von 8,5 Kelvin, also etwa 
0,1ppm/K und das nicht etwa nur für die Referenz, sondern den 
10V-Ausgang in einem natürlich beschränkten Temperaturfenster.

Ich bezweifele allerdings, dass ein Zweitbau meiner Referenz genauso gut 
gelänge.

Sprichwort: Ein dummes Huhn findet auch mal ein Korn. :)

: Bearbeitet durch User
von A. B. (branadic)


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Guten Abend,

man muss differenzieren. Man kann eine Referenz aus einem 6,5- oder 
7,5-stelligen Multimeter nicht mit einer Referenz in einem 8,5-stelligen 
Multimeter vergleichen. Wenn du jetzt mal die Referenz eines 3458A 
daneben legst wird dir der Unterschied auffallen, während die von dir 
verlinkten Referenzen "nur" aus einem 7,5-stelligen Gerät stammen.

Auch kann man eine Referenz eines Multimeters von "früher", als der 
Kostendruck noch nicht so imens war und man hochwertige, langzeitstabile 
Komponenten verwenden konnte, nicht mit einer Referenz eines heutigen 
Multimeters vergleichen. Die Verwendung von SMD-Widerständen ist 
sicherlich nicht dem Umstand gewidmet, dass die Ingenieure damals 
einfach überdimensioniert haben oder daran, dass bei den Widerständen 
wahnsinnige Fortschritte erzielt worden sind, vielmehr reduziert man auf 
das absolut notwendigste, da man unterstellt, dass ein Multimeter 
ohnehin einer regelmäßigen Kalibrierung und ggf. Justage unterliegt.
Man spart also bei den Komponentenkosten und verdient Geld mit dem 
Service gleichermaßen.

Auch wird man eine Referenz aus einem Multimeter nicht mit einer Stand 
Alone Spannungsreferenz wie bspw. Fluke 731 oder Fluke 732 vergleichen 
können. Dir wird auffallen, dass in diesen Anwendungen keine 
SMD-Komponenten im empfindlichen Teil eingesetzt werden und das man 
diesen Teil auch noch thermostatisiert. Auch dies ist nicht der Angst 
eines übereifrigen Ingenieurs geschuldet, sondern zielt auf maximale 
Kurzzeit- und Langzeitstabilität.
Das Ziel definiert letztlich die zu verwendenden Komponenten und den für 
die Referenz einzusetzenden Aufwand.

-branadic-

von ths (Gast)


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Na ja, dann öffne mal ein Wavetek 1281. Da sind zwei Referenzblöcke mit 
LTZ 1000 drin. Dadurch sind diese Geräte im 10 V Bereich sehr 
langzeitstabil, da braucht man keine zusätzliche 10 V Referenz. Im 100 V 
Bereich werkelt ein Spannungsteiler (Vishay Mann), der Bereich ist 
deutlich schlechter, der 100 mV Bereich auch. Wir haben vier 1281, die 
verhalten sich alle super im 10 V Bereich.

von Peter M. (r2d3)


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Hallo A.B.,

A. B. schrieb:
> Guten Abend,
>
> man muss differenzieren. Man kann eine Referenz aus einem 6,5- oder
> 7,5-stelligen Multimeter nicht mit einer Referenz in einem 8,5-stelligen
> Multimeter vergleichen. Wenn du jetzt mal die Referenz eines 3458A
> daneben legst wird dir der Unterschied auffallen, während die von dir
> verlinkten Referenzen "nur" aus einem 7,5-stelligen Gerät stammen.

Zur Abwechselung mal 8,5 Stellen:

https://xdevs.com/review/kei2002/

Ja, das 3458A ist um die Referenz herum bestens bestückt. Das Keithley 
2002 mutet so an, als ob Schmalhans Küchenmeister gewesen sei. :)

>
> Auch kann man eine Referenz eines Multimeters von "früher", als der
> Kostendruck noch nicht so imens war und man hochwertige, langzeitstabile
> Komponenten verwenden konnte, nicht mit einer Referenz eines heutigen
> Multimeters vergleichen. Die Verwendung von SMD-Widerständen ist
> sicherlich nicht dem Umstand gewidmet, dass die Ingenieure damals
> einfach überdimensioniert haben oder daran, dass bei den Widerständen
> wahnsinnige Fortschritte erzielt worden sind, vielmehr reduziert man auf
> das absolut notwendigste, da man unterstellt, dass ein Multimeter
> ohnehin einer regelmäßigen Kalibrierung und ggf. Justage unterliegt.
> Man spart also bei den Komponentenkosten und verdient Geld mit dem
> Service gleichermaßen.

Ja, den Verdacht habe ich auch.

>
> Auch wird man eine Referenz aus einem Multimeter nicht mit einer Stand
> Alone Spannungsreferenz wie bspw. Fluke 731 oder Fluke 732 vergleichen
> können. Dir wird auffallen, dass in diesen Anwendungen keine
> SMD-Komponenten im empfindlichen Teil eingesetzt werden und das man
> diesen Teil auch noch thermostatisiert. Auch dies ist nicht der Angst

Zu Zeiten des 731 gab es noch kein SMD. Das 731 ist meines Wissens auch 
nicht thermostatiert.

> eines übereifrigen Ingenieurs geschuldet, sondern zielt auf maximale
> Kurzzeit- und Langzeitstabilität.
> Das Ziel definiert letztlich die zu verwendenden Komponenten und den für
> die Referenz einzusetzenden Aufwand.
>
> -branadic-

Ja.

David schrieb:
> Langzeitstabilität richtet, da dürfte sich zeigen, warum Hersteller von
> Multimetern eben nicht auf vergleichsweise billige Widerstände
> zurückgreifen, sondern hochwertige Widerstände einsetzen.

Da ich Davids Meinung nicht geteilt habe, habe ich Gegenbeispiele 
geliefert.
Das 3458A ist von der Widerstandsqualität um die Referenz herum gut 
bestückt.

: Bearbeitet durch User
von Peter M. (r2d3)


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Hallo ths,

ths schrieb:
> Na ja, dann öffne mal ein Wavetek 1281. Da sind zwei Referenzblöcke mit
> LTZ 1000 drin. Dadurch sind diese Geräte im 10 V Bereich sehr
> langzeitstabil, da braucht man keine zusätzliche 10 V Referenz. Im 100 V
> Bereich werkelt ein Spannungsteiler (Vishay Mann), der Bereich ist
> deutlich schlechter, der 100 mV Bereich auch. Wir haben vier 1281, die
> verhalten sich alle super im 10 V Bereich.

danke für die Info! Das Wavetek 1281 ist allerdings kein aktuelles neu 
verfügbares Gerät mehr, seine Qualitäten will ich nicht anzweifeln.

Vom 3458A mal abgesehen, scheint heute die Devise zu sein:

Olle filmbasierte Widerstandstüten helfen Langzeitstabilität zu verhüten 
- in Anlehnung an die branadic'sche Vermutung.

: Bearbeitet durch User
von A. B. (branadic)


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Peter M. schrieb:

> Ja, das 3458A ist um die Referenz herum bestens bestückt. Das Keithley
> 2002 mutet so an, als ob Schmalhans Küchenmeister gewesen sei. :)

Das sehe ich anders, wie beim 3458A sind die kritischen Widerstände 
ebenfalls hochwertige Vishay Folienwiderstände. Das Datenblatt zur LTZ 
liefert hier den Hinweis welche kritisch sind.

Auch wenn das Fluke 731 noch nicht beheizt war, die Referenz war ja auch 
deutlich schlechter spezifiziert als seine Nachfolger und SMDs zu der 
Zeit noch keine Rolle spielten, so finden sich auch hier an den 
kritischen Stellen hochwertige Widerstände und an den unkritischen 
Stellen eben einfache Kohleschichtwiderstände wieder.
Aber sei es drum, Ziel deines Aufbaus ist sicherlich ein anderes als es 
bei einer Fluke Spannungsreferenz der Fall ist und das ist ja auch 
berechtigt. Ich möchte nur nicht die indirekte Aussage im Raum stehen 
lassen, dass hochwertige Widerstände völliger Quatsch seien und 
"billige" Dünnschichtwiderstände für alles vollkommen ausreichend sind.

-branadic-

: Bearbeitet durch User
von Anja (Gast)


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Peter M. schrieb:
> welche Widerstände auf dem folgenden Foto sind besonders hochwertig?
>
> 
https://www.eevblog.com/forum/blog/eevblog-731-keithley-dmm7510-7-5-digit-multimeter-teardown/?action=dlattach;attach=228793;

R4 und R5 sind Metallfolienwiderstände Baureihe VSMP mit 0.2 ppm/K

https://www.digikey.de/product-detail/de/vishay-foil-resistors-division-of-vishay-precision-group/Y16251K00000T9R/Y1625-1KCT-ND/1888133

R1 (nicht im Bild) müßte ebenfalls VSMP sein.

bei R3 und R2 kommen wohl preiswertere Dünnfilmwiderstände zum Einsatz.
(so kleine 75k Widerstände gibt es nicht in VSMP)

Gruß Anja

von ths (Gast)


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Unser 3458 ist in den Spannungsbereichen einen Tick schlechter als die 
1281, aber in den Strombereichen besser. Das 8508 toppt alle.

von Steffen I. (echo)


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Bitte um genauere Angaben inwiefern (INL, Rauschen) das 8508A besser als 
das 3458A im Spannungsbereich ist, abgesehen von niedrigerer 
spezifizierter Langzeitdrift.

von Philipp C. (e61_phil) Benutzerseite


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ths schrieb:
> Das 8508 toppt alle.

Hast Du Erfahrungen wie stabil die Widerstandsbereiche sind?

von Peter M. (r2d3)


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Hallo Anja,

Anja schrieb:
> Peter M. schrieb:
>> welche Widerstände auf dem folgenden Foto sind besonders hochwertig?

danke für die Klärung, ich wusste nicht, dass es die 
Metallfolienwiderstände von Vishay auch in SMD-Technik gibt!

Hallo A. B.,

A. B. schrieb:
> Aber sei es drum, Ziel deines Aufbaus ist sicherlich ein anderes als es
> bei einer Fluke Spannungsreferenz der Fall ist und das ist ja auch
> berechtigt. Ich möchte nur nicht die indirekte Aussage im Raum stehen
> lassen, dass hochwertige Widerstände völliger Quatsch seien und
> "billige" Dünnschichtwiderstände für alles vollkommen ausreichend sind.
>
> -branadic-

Das ist Deine Interpretation. :) Mein Antritt ist aber ein anderer.

Hallo ths,

ths schrieb:
> Unser 3458 ist in den Spannungsbereichen einen Tick schlechter als die
> 1281, aber in den Strombereichen besser. Das 8508 toppt alle.

ich würde mich freuen, wenn Du zu den Fragen von Steffen und Philipp 
noch etwas sagen bzw. quantifizieren könntest, das fände ich sehr 
interessant.

von ths (Gast)


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Wir benutzen das 3458 seit vielen Jahren nur noch um I zu messen (für 
Abgleichzwecke). Ein Vergleich mit dem 8508 für U liegt nicht vor - und 
wird nicht benötigt.

R messen wir im Substitutionsverfahren, da ist das Gerät OK. Bei der 
Rekalibrierung muss fast nicht nachjustiert werden. Vielleicht haben wir 
auch nur ein sehr gutes Exemplar erwischt.

Wenn ich mal viel Zeit und Lust habe, versuche ich die Linearität für R 
und U zu messen. Nicht ganz trivial.

von Peter M. (r2d3)


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Danke!

von Philipp C. (e61_phil) Benutzerseite


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Steffen I. schrieb:
> Bitte um genauere Angaben inwiefern (INL, Rauschen) das 8508A besser als
> das 3458A im Spannungsbereich ist, abgesehen von niedrigerer
> spezifizierter Langzeitdrift.

Anbei eine Vergleichmessung der INL gegen zwei 3458A. Das 3458A ist 
besser von der Linearität. Das Rauschen zu vergleichen ist so eine 
Sache. Das 8508A liefert einem nur große Auflösung, wenn man es 
entsprechend konfiguiert und dann dauert eine Messung ewig. Für schnelle 
Spannungsmessungen ist das 3458A auch besser.

Imho hat das 8508A die wirklichen Stärken bei der Widerstandsmessung. Es 
geht deutlich weiter runter und auch hoch als das 3458A und ist da viel 
stabiler. Es kann kleine Widerstände mit 100mA messen und große mit bis 
zu 200V. Und es hat einen Ohms Guard. Damit ist

Auch die Strommessung scheint viel besser zu sein. Die 1A Spec des 3458A 
ist zwar besser, aber Vergleiche mit unseren 3458As gegen das 8508A 
haben gezeigt, dass das 8508A nicht nur stabiler ist, sondern auch näher 
am "richtigen" Wert. Beim 3458A habe ich bis zu 30ppm Abweichungen 
gesehen, je nachdem ob man vor dem ACAL 1A hat fließen lassen oder 
nicht. Ist natürlich alles in Spec.


ths schrieb:
> Wenn ich mal viel Zeit und Lust habe, versuche ich die Linearität für R
> und U zu messen. Nicht ganz trivial.

Irgendwo hat Fluke mal gezeigt, dass die Stromquelle des 8508A sehr 
unabhängig vom Widerstand ist. Damit ist dann die Linearität des 
Widerstandsbereichs nur noch von der Linearität der Spannungsmessung 
abhängig.


ths schrieb:
> R messen wir im Substitutionsverfahren, da ist das Gerät OK.

Verwendet ihr dazu den hinteren Eingang und vergleicht direkt zwei 
Widerstände? (Auch ein tolles 8508A Feature)

von Peter M. (r2d3)


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Hallo ths und Philipp,

Philipp C. schrieb:
> ths schrieb:
>> R messen wir im Substitutionsverfahren, da ist das Gerät OK.
>
> Verwendet ihr dazu den hinteren Eingang und vergleicht direkt zwei
> Widerstände? (Auch ein tolles 8508A Feature)

Ist mit dem "Substitutionsverfahren" der Direktvergleich gemeint?

Ich messe das Normal Rn und den Prüfling Rp und kenne den wahren Wert 
des Normals Rw.

Dann beträgt der Widerstand des Prüfling:

 Rp / (Rn/Rw)

Ist das gemeint?

von ths (Gast)


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@Philip:

Nein, wir nehmen den vorderen Anschluss. Das Feature gibt es auch schon 
am 1281, aber die hinteren Stecker taugen nicht viel.

Für niederohmige R externe Stromquelle + Umschalteinheit.

@Peter:

Ja

von Philipp C. (e61_phil) Benutzerseite


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ths schrieb:
> Nein, wir nehmen den vorderen Anschluss. Das Feature gibt es auch schon
> am 1281, aber die hinteren Stecker taugen nicht viel.

Taugen die beim 8508A hinten auch nichts? Unser 8508A hat diese Option 
leider nicht.
Interessant finde ich hierbei, dass derselbe Strom durch beide 
Widerstände fließt.

Im True-Ohm Betrieb sollten die Stecker ja auch nicht so viel ausmachen.

von Philipp C. (e61_phil) Benutzerseite


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Anbei noch eine Messung eines 20Meg Widerstands. Der Widerstand wurde 
auf 30°C thermostatiert. Hier sieht man ganz schön wo das 8508A seine 
Vorteile gegenüber dem 3458A hat. Es handelt sich um denselben 
Widerstand.

: Bearbeitet durch User
von ths (Gast)


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Die hinteren Anschlüsse am 8508A haben wir noch nicht abschließend 
ausprobiert, man kommt zu nichts...

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