Noten over Volt

tussen multimeters staat één instrument ver en boven de rest. Een object gewenst voor de nauwkeurigheid, resolutie en afschuiving engineering schoonheid. Ik spreek natuurlijk van de HP 3458A. Dat klopt niet, niet keysight, niet eens agilent (hoewel het natuurlijk ook door die merken). De 3458A werd in 1989 uitgebracht, toen HP nog steeds … Nou … HP. Een elegante meter van een geciviliseerde leeftijd. Als de HP-journaaldocumenten, was de 3458A een significante engineeringspoed en is de afgelopen 26 jaar in productie (en grotendeels onbetwist) gebleven.

Maar wat, je zou kunnen vragen, maakt de 3458A zo’n significant en wenselijk instrument? Het zit allemaal in de cijfers. De 3458A is een van de weinige 8,5-cijferige multimeters die beschikbaar zijn. Het is daarom gevoelig voor microvoltafbuigers op 10 volt-metingen. Het is dit vermogen om te onderscheiden van kleine veranderingen op grote signalen die hoge precisie-multimeters onderscheidt. Denk aan het wegen van een olifant en het kunnen tellen van het aantal vliegen dat op zijn rug ligt door de verandering in gewicht. De 3458A volbrengt een vergelijkbare prestatie.

Hoewel veel ingenieurs de 3458A zouden verlangen, is het een object van fascinatie voor een bepaalde groep. Ik spreek natuurlijk van de neef van de tijdmoer … de Volt-moer. Tijdmoeren vinden vaak dat ze zeer nauwkeurige spanningsmetingen nodig hebben om hun precisiefrequentienormen te kalibreren en dus een aparte mailinglijst te spawnden om deze onderwerpen te bespreken. Veel van de discussie over deze lijst Centert rond de 3458A, hoe u een, langdurige stabiliteitsmetingen kunt kalibreren en hoe u om hun geliefde meters kunt zorgen. En natuurlijk rapporten van de occasionele veilingscore (ik moet toegeven om deze jaloers te nemen, na het doorbrengen van uren trawly eBay voor een koopje en het bellen van talrijke overtollige winkels).

In het hart van de 3458A ligt een precisie-spanningsreferentie. Spanningen Referenties zijn in principe vrij eenvoudige apparaten, hun doel is om te allen tijde een exacte precieze stabiele spanning van een bekende waarde uit te voeren. Referenties hebben talloze toepassingen, maar in de 3458A wordt het gebruikt als onderdeel van zijn multislope ADC. De ingangsspanning wordt effectief vergeleken met deze referentiewaarde om de ingangsspanning te bepalen. De nauwkeurigheid ervan is daarom van het grootste belang.

Rol uw eigen precisie-referentie

TINS LTZ1000 GEBASEERD REFERENTIEBOARD
De LTZ1000 is een ovensiseerde Zener-referentie. Je hebt ongetwijfeld bekend met Zener-diodes en hun klemtoepassingen (zo niet afrotechmods heeft een geweldige tutorial). Het is hun vermogen om een ​​ingangsspanning te “klemmen” op een specifieke lagere waarde die ze optimaal maakt voor gebruik als referenties. De Zeners “klem” (omgekeerde afbraak) spanning varieert met temperatuur. Voor een betere stabiliteit gebruikt de LTZ1000 daarom een ​​on-die-weerstandsverwarmer om de diode op een constante temperatuur (net als een ovenzied oscillator) te houden.

De LTZ1000 heeft gunst gevonden met vulnuts die op zoek zijn naar precisie-referenties die dit onderdeel gebruiken. Sommige hebben de referentiebedrijf van de 3458A gebruikt. Maar anderen, zoals tin hebben hun eigen ontworpen. Tin heeft zijn werk in prachtige details gedocumenteerd over de Eevblog-forums, die niet alleen de PCB-lay-out, maar ook uitgebreide thermische modellering beschrijft. Dat is wat u hierboven ziet afgebeeld.

LTZ1000 gebaseerd bord van Izumo
Izumo Sangyouza bouwt ook LTZ1000-referenties. Hoewel we in tegenstelling tot blikken, weinig details verkrijgbaar zijn, zien de planken echter geweldig en hoewel de forumpalen in het Chinees zijn, inclusief video’s als Testament tot de nauwkeurigheid van zijn referenties. Maar Izumo’s blog bevat een extra verrassing voor de Avid Volt-moer. De onderstaande afbeelding zegt misschien alles dat gezegd moet worden.

De onderstaande multimeter-opname gebruikt de AD5791 in concert met een stabiele verwijzing naar een ongelooflijke precisie. Terwijl het bericht niet opgeeft, is het een veilige gok dat een van de LTZ1000-spanningsreferentieplaten van Izumo in dit geval wordt gebruikt. Ik heb onlangs gespeeld met de AD5791, ik kan alleen in ontzag van Izumo’s werk staan.

Kijk naar al die mooie cijfers

Een vloeibare stikstof verbazingwekkende Josephson Junction Reference en HP 3458A

De LTZ1000 is de beste over het algemeen beschikbare referentie en de 3458A de beste meter. Maar één vraag blijft, wat gebruik je om het te kalibreren?

Kalibratie

Het antwoord is om in deze zaak de Basic Physics te wenden, in dit geval de Josephson-knooppunt. Het Josephson-knooppunt wordt gevormd uit twee supergeleiders gescheiden door een dunne isolerende barrière. Bij gekoeld met vloeibare helium vertonen deze kruispunten complex niet-lineair gedrag, zodanig dat een frequentie die op de kruising wordt toegepast, kan worden omgezet in een precieze spanning. Gelukkig is het produceren van zeer nauwkeurige frequenties iets waar we heel goed in zijn geworden. Cesium-normen (zogenaamde atoomklokken) worden samen met het Josephson-kruising gebruikt om zeer nauwkeurige spanningsreferenties te creëren.

De IEEE heeft een video gemaakt op de basisfysica en de evolutie van het Josephson-knooppunt. Door de inspanningen van kwantum elektrische metrologie-divisie en anderen, cHeupen die duizenden van dergelijke kruispunten op een enkel apparaat omvatten, zijn gefabriceerd en bieden standaardwaarden juist op in nanovolts. Deze basisfysieke eigenschap wordt nu gebruikt om alle precisie-multimeters te kalibreren.

De elektronische kilogram

Er is een finale draai in het verhaal van de Volt-moer. Hoewel de meeste van onze meetstandaarden zijn gebaseerd op een fundamentele fysieke eigenschap is de standaard kilogram een ​​brok met metaal die in een kluis in Parijs zit. Dit is natuurlijk, behoorlijk onbevredigend. Over de honderden jaar dat dit klomp metaal rondzag, heeft het de mis verloren omdat het is schoongemaakt en behandeld.

Standaardengemeenschappen proberen nu te vervangen door een “elektronische kilogram”. Hun systeem balanceert de mechanische kracht van een gewicht onder de zwaartekracht en de kracht uitgeoefend door een elektromagneet. Deze elektrische stroom is natuurlijk gemeten in termen van de Josephson Standard Volt.

Brian Josephson won de Nobelprijs voor zijn bijdragen aan de ontwikkeling van de Josephson Junction Reference, Misschien maakt hem de ultieme Volt-moer. Maar voor nu liggen dergelijke verwijzingen buiten het domein van de gemiddelde hacker. Misschien zal op een dag, zoals Atomic Clocks voor hen, industriële toepassingen de prijs verdrijven, zodat elke Volt-moer zijn eigen standaard kan hebben. Tot die tijd gaat de quest ooit verder.