Einschaltdrift an 10V Referenz

Themen rund um die Hardware und Abgleich des Digitalvoltmeters DIV gehören hier rein.
Antworten
Benutzeravatar
lab-freund
kann c't-Lab-Module umbauen
kann c't-Lab-Module umbauen
Beiträge: 94
Registriert: 23.01.2015, 20:27

Einschaltdrift an 10V Referenz

Beitrag von lab-freund » 14.02.2015, 18:23

Hallo Leute,

mein DIV driftet 10 Minuten nach dem Einschalten um 1,8mV nach oben, nach einer halben Stunde steht es 2,7mV höher als zu Einschaltbeginn, nach 60 Minuten sind es 3,1mV und nach 90 Minuten beträgt die Differenz 3,3mV gegenüber dem Einschaltzeitpunkt.

Heute habe ich mal kurz stoßgelüftet, da fiel das DIV um 0,5mV während mein Thermometer noch gar nicht reagiert hatte.

Ich vermute, diese Parameter sind normal. Ich besaß bisher noch keine so hochwertige Messtechnik.
Wenn Ihr irgendwelche Vergleichswerte habt, würde ich mich trotzdem über Infos freuen!

Gruß
Martin

psclab38
kann c't-Lab-Konstrukteure konstruieren
kann c't-Lab-Konstrukteure konstruieren
Beiträge: 897
Registriert: 25.01.2008, 23:34

Re: Einschaltdrift an 10V Referenz

Beitrag von psclab38 » 14.02.2015, 21:27

Hi Martin,

ja, in der Standardbestückung ist eine gewisse Drift auffällig.

Der serienmäßige LF411 ist in Sachen Temperaturdrift sicher nicht ideal. Im Originalartikel zum DIV wird als Alternative der OPA627 genannt; der ist aber ziemlich teuer und auch noch nicht der allerbeste.

Wir hatten in diesem Thread hier: http://www.thoralt.de/phpbb/viewtopic.php?f=7&t=514 einen Teilnehmer, der sich dankenswerterweise die Mühe gemacht hat, die Datenblätter verschiedenster OPs zu überprüfen. Auch wenn wir nicht erfahren haben, für welchen OP er sich entschieden hat, ich habe mir dann den OPA140 rausgepickt. Der ist pin- und +/-15V-kompatibel, hat die halbe Drift des OPA627, braucht aber einen Adapter weil er nur als SO8 oder noch kleiner erhältlich ist. Aber selbst mit Adapter kostet er nur einen Bruchteil des OPA627.

Zusätzlich dazu habe ich dann auch noch den LT1019 durch einen MAX6325 ersetzt. Auch der braucht einen Adapter und will außerdem eine höhere Versorgungsspannung als die 5V.

Mit der Kombination komme ich auf eine Einschaltdrift von 2 Digits beim 2.5V-Bereich bzw. 4 Digits beim 250mV-Bereich.

Gruß
Paul

Benutzeravatar
lab-freund
kann c't-Lab-Module umbauen
kann c't-Lab-Module umbauen
Beiträge: 94
Registriert: 23.01.2015, 20:27

Re: Einschaltdrift an 10V Referenz

Beitrag von lab-freund » 15.02.2015, 12:37

Hallo Paul,
psclab38 hat geschrieben:Hi Martin,

ja, in der Standardbestückung ist eine gewisse Drift auffällig.

Der serienmäßige LF411 ist in Sachen Temperaturdrift sicher nicht ideal. Im Originalartikel zum DIV wird als Alternative der OPA627 genannt; der ist aber ziemlich teuer und auch noch nicht der allerbeste.

Wir hatten in diesem Thread hier: http://www.thoralt.de/phpbb/viewtopic.php?f=7&t=514 einen Teilnehmer, der sich dankenswerterweise die Mühe gemacht hat, die Datenblätter verschiedenster OPs zu überprüfen. Auch wenn wir nicht erfahren haben, für welchen OP er sich entschieden hat, ich habe mir dann den OPA140 rausgepickt. Der ist pin- und +/-15V-kompatibel, hat die halbe Drift des OPA627, braucht aber einen Adapter weil er nur als SO8 oder noch kleiner erhältlich ist. Aber selbst mit Adapter kostet er nur einen Bruchteil des OPA627.

Zusätzlich dazu habe ich dann auch noch den LT1019 durch einen MAX6325 ersetzt. Auch der braucht einen Adapter und will außerdem eine höhere Versorgungsspannung als die 5V.

Mit der Kombination komme ich auf eine Einschaltdrift von 2 Digits beim 2.5V-Bereich bzw. 4 Digits beim 250mV-Bereich.

Gruß
Paul
Vielen Dank für den Hinweis.
Mißtrauisch geworden, habe ich wegen Deines Beitrags das Datenblatt und meine Bauteilefotos untersucht.

Ergebnis:
Segor hat mir den LT1019CN8-2.5 geliefert. Der ist auf +-0,2% genau mit 20ppm.
Es gibt aber auch den LT1019ACN8-2.5 mit +-0,05% Genauigkeit und 5 ppm!

Denn Max6325 gibt's wohl heutzutage auch im DIP-Gehäuse:

http://www.maximintegrated.com/en/produ ... ml/tb_tab1

Da müsste ich doch nur noch das Vin-Beinchen hochbiegen und die +15V-Versorgungsspannung hinter den Transistoren Q1 und Q2 (beide BC547) abgreifen und an den Pin anlöten, oder mache ich einen Denkfehler?

Gruß
Martin

psclab38
kann c't-Lab-Konstrukteure konstruieren
kann c't-Lab-Konstrukteure konstruieren
Beiträge: 897
Registriert: 25.01.2008, 23:34

Re: Einschaltdrift an 10V Referenz

Beitrag von psclab38 » 15.02.2015, 15:32

lab-freund hat geschrieben:Da müsste ich doch nur noch das Vin-Beinchen hochbiegen und die +15V-Versorgungsspannung hinter den Transistoren Q1 und Q2 (beide BC547) abgreifen und an den Pin anlöten, oder mache ich einen Denkfehler?
Ja, kann man machen. Ich hab das seinerzeit so gelöst:
20150215_151350c.jpg
MAX6325 Adapter auf Fassung von U3 und oberem Teil von U5.
Der MAX6325 bekommt seine 15V vom Pin 7 des nicht bestückten U5 über einen kleinen Elko und einen weiteren Kerko.

Benutzeravatar
lab-freund
kann c't-Lab-Module umbauen
kann c't-Lab-Module umbauen
Beiträge: 94
Registriert: 23.01.2015, 20:27

Re: Einschaltdrift an 10V Referenz -> gelöst!

Beitrag von lab-freund » 06.04.2015, 13:38

Das sieht professionell aus!

Ich habe meine Driftprobleme in den Griff bekommen - das suggerieren meine Labview-Logs.
Zum einen habe ich Deine Konfiguration kopiert, also Max6325 in Verbindung mit OPA 140.
Deine Einschaltdrift von 2 Digits im Basismessbereich kann ich bestätigen.

Die folgenden Ausführungen zur Drift beziehen sich immer auf Minutendurchschnitte von 5*60=300 Messwerten.

Als nächstes bin ich den 25V-Messbereich angegangen.
Der driftete an meiner 20V-Referenz um etwa 7,5mV nach oben.
Für die ersten 4mV brauchte er 10min, nach 40min hatte er insgesamt 6mV geschafft. Nach 75min war er insgesamt um 7mV gestiegen.

Der Anstieg von 7,5mV reflektiert aber im 25V-Messbereich 75Digits.
Das war mir zuviel.

Ich habe in den sauren Apfel gebissen und die drei Spannungsteilerwiderstände, die ja noch nicht einmal den gleichen Temperaturkoeffizienten aufweisen (laut Segor war der 9M-Widerstand schwierig zu beschaffen) und damit die Drift verursachen und das Gerät thermisch instabil machen durch eine Widerstandsdekade ersetzt und bin jetzt zufrieden!

Auch mit Widerstandsdekade driftet das DIV, allerdings nur noch 575uV. Die Drift zeigt sich bei der Dekade als Spannungsabfall.

Nach 10min fiel die Spannung um 400uV, nach insgesamt 45min um 500uV und 550uV waren nach etwa 120min erreicht.
550uV entsprechen im Messbereich von 25.000 0V von der Anzeige her lediglich 5,5Digits und nicht 75Digits, wie in der Standardbauvariante oben.

Es scheint mir auch, dass das DIV nun auch temperaturunempfindlicher geworden ist.

psclab38
kann c't-Lab-Konstrukteure konstruieren
kann c't-Lab-Konstrukteure konstruieren
Beiträge: 897
Registriert: 25.01.2008, 23:34

Re: Einschaltdrift an 10V Referenz -> gelöst!

Beitrag von psclab38 » 06.04.2015, 21:37

lab-freund hat geschrieben:Ich habe in den sauren Apfel gebissen und die drei Spannungsteilerwiderstände, ... durch eine Widerstandsdekade ersetzt und bin jetzt zufrieden!
Das finde ich sehr interessant, vielen Dank für die Untersuchung! Welches Netzwerk hast Du denn anstelle von R36/R37/R39 eingesetzt?

Bzgl. der Strommessung hatten wir uns auch schon mal über das unglückliche Layout unterhalten.
hier: http://www.thoralt.de/phpbb/viewtopic.php?f=7&t=511

Benutzeravatar
lab-freund
kann c't-Lab-Module umbauen
kann c't-Lab-Module umbauen
Beiträge: 94
Registriert: 23.01.2015, 20:27

Re: Einschaltdrift an 10V Referenz

Beitrag von lab-freund » 07.04.2015, 12:16

Ich habe die Fünffachdekade von Vishay verbaut:

http://de.rs-online.com/web/p/widerstan ... e/6842655/

Kostet so viel wie das Bruttosozialprodukt von Nicaragua. :(

Der Temperaturkoeffizient der Widerstände des Spannungsteilers ist ja eigentlich vollkommen egal, nur gleich müssen sie sein und die Widerstand müssen sich gleichförmig mit der Temperaturänderung verhalten.

Folgender Zusammenhang gilt für die Teilspannung Ui am i-ten Widerstand: (i = 1,2,3,):

Bei einem individuellem Temperaturkoeffizienten TCi und Temperaturänderung Ki
ändert sich jeder Widerstand um den Faktor Fi= 1 + TCi*Ki.
Dann gilt für die Teilspannung Ui:
(mit i=1 bis 3 für die drei Widerstände) in Abhängigkeit von der Eingangsspannung Ux:

Ui= Fi*Ri / (F1*R1 + F2*R2 + F3*R3)* Ux

Wenn Fi aber für alle Widerstände i gleich ist, (z.B. wenn alle Temperaturänderungen an allen drei Widerständen gleich sind und gleichzeitig die Temperaturkoeffizienten aller Widerstände auch gleich sind), dann gilt F= F1=F2=F3 und die obige Formel vereinfacht sich zu

Ui= F*Ri / [F*(R1 + R2 + R3)]* Ux = F/F * Ri /(R1 + R2 + R3)*Ux= Ri/(R1 + R2 + R3)*Ux
Das heißt, der Spannungsteiler ist in diesem Spezialfall temperaturunempfindlich!

Vermutlich sind die Temperaturunterschiede an den verschiedenen Widerständen des Serienteilers zu vernachlässigen. Dann braucht es nur noch Widerstände mit gleichem tc.
Das Optimum gibt es aber nur dann, wenn die Temperaturänderung an allen Widerständen gleich hoch ist. Dazu müsste man die Widerstände thermisch koppeln.

Eine Widerstandsdekade erfüllt diese Anforderungen am ehesten.
Ich hatte mal nachgeschaut, die Widerstände aus dem Rumdumsorglospaket von Segor haben nicht alle den gleichen Temperaturkoeffizienten, ich glaube, zweimal TK25 und einmal TK50. Das ist schlecht, ist aber nach Herrn Thiele von Segor ein Beschaffungsproblem.

Ich habe das Gefühl, so allmählich nähere ich mich mit den Eigenschaften des DIV der professionellen Messtechnik (34401A und Konsorten).

Lustig ist nur, dass ein inhaltlich banales Teil, der Spannungsteiler, nun die teuerste Komponente meines DIV darstellt.

Das Stromproblem habe ich noch nicht untersucht. Ich bin aber sicher, dass man das mit einem oder mehreren externen Shunts gut erschlagen kann. Das ist aber nicht sonderlich komfortabel im Vergleich zur internen Lösung.

psclab38
kann c't-Lab-Konstrukteure konstruieren
kann c't-Lab-Konstrukteure konstruieren
Beiträge: 897
Registriert: 25.01.2008, 23:34

Re: Einschaltdrift an 10V Referenz

Beitrag von psclab38 » 07.04.2015, 22:01

lab-freund hat geschrieben:Ich habe die Fünffachdekade von Vishay verbaut: ...

Kostet so viel wie das Bruttosozialprodukt von Nicaragua. :(
Für den Trick, den das Teil vollbringt, finde ich das gar nicht mal soooo teuer. Vielen Dank für den Tipp! Leider hat das Netzwerk nur positiven Einfluß auf die Gleichspannungsmessung; weder Strommessung noch die Wechselspannungs- bzw. Strombereiche können davon profitieren. Aber egal, gemessen daran wieviel Zeit ich für die Implementierung der C-Firmware für das DIV gebraucht habe, ist mir das eine Aufrüstung wert.

Benutzeravatar
lab-freund
kann c't-Lab-Module umbauen
kann c't-Lab-Module umbauen
Beiträge: 94
Registriert: 23.01.2015, 20:27

Re: Einschaltdrift an 10V Referenz

Beitrag von lab-freund » 08.04.2015, 01:27

psclab38 hat geschrieben:
lab-freund hat geschrieben:Ich habe die Fünffachdekade von Vishay verbaut: ...

Kostet so viel wie das Bruttosozialprodukt von Nicaragua. :(
Für den Trick, den das Teil vollbringt, finde ich das gar nicht mal soooo teuer. Vielen Dank für den Tipp! Leider hat das Netzwerk nur positiven Einfluß auf die Gleichspannungsmessung; weder Strommessung noch die Wechselspannungs- bzw. Strombereiche können davon profitieren. Aber egal, gemessen daran wieviel Zeit ich für die Implementierung der C-Firmware für das DIV gebraucht habe, ist mir das eine Aufrüstung wert.
Nach meinem bescheidenen Elektronikverständnis profitieren die Wechselspannungsbereiche sehr wohl von der Umrüstung.
Für mich sieht es auf dem Schaltplan danach aus, dass SW5a den Signaleingang auf PL7, also den TRMSC-Eingang leitet. Zurück geht das dann über SW5b. Es scheint mir, also ob die TRMSC-Erweiterung einfach nur in den Signalweg eingeschliffen wird.
Das TRMSC-Modul scheint mir irgendwie den Effektivwert der komplexen AC-Signalform (also ein DC-Signal) zu bauen, das dann im folgenden wie ein Gleichspannungssignal behandelt wird.

psclab38
kann c't-Lab-Konstrukteure konstruieren
kann c't-Lab-Konstrukteure konstruieren
Beiträge: 897
Registriert: 25.01.2008, 23:34

Re: Einschaltdrift an 10V Referenz

Beitrag von psclab38 » 08.04.2015, 06:34

lab-freund hat geschrieben:Nach meinem bescheidenen Elektronikverständnis profitieren die Wechselspannungsbereiche sehr wohl von der Umrüstung.
Für mich sieht es auf dem Schaltplan danach aus, dass SW5a den Signaleingang auf PL7, also den TRMSC-Eingang leitet. Zurück geht das dann über SW5b. Es scheint mir, also ob die TRMSC-Erweiterung einfach nur in den Signalweg eingeschliffen wird.
Leider nein, schau nochmal genau hin. In dasTRMSC geht die volle Eingangsspannung rein, das hat seinen eigenen Spannungteiler, den man leider nicht so einfach durch ein Netzwerk ersetzen kann. Und raus kommt ein Gleichspannungsignal mit Fullscale 2.5V. Der Spannungsteiler um R36/37/39 ist damit komplett außen vor.
lab-freund hat geschrieben:Das TRMSC-Modul scheint mir irgendwie den Effektivwert der komplexen AC-Signalform (also ein DC-Signal) zu bauen, das dann im folgenden wie ein Gleichspannungssignal behandelt wird.
Das ist korrekt, aber es kommen eben nur 2.5V raus.

Benutzeravatar
lab-freund
kann c't-Lab-Module umbauen
kann c't-Lab-Module umbauen
Beiträge: 94
Registriert: 23.01.2015, 20:27

Re: Einschaltdrift an 10V Referenz

Beitrag von lab-freund » 08.04.2015, 20:55

Ich hab' hingeschaut:

Die TRMSC-Details stehen im DDS-Artikel, aber nicht im DIV-Artikel.

Hier noch ein paar Infos zum ausgebauten Serienteiler:

Der 9M-Widerstand hat TK50, der 900k hat TK25 (beides am Widerstand direkt abzulesen), der 100k hat TK25 (Quelle: Segor-Katalog online).

Die Konsequenzen bei 10 Grad Temperaturanstieg:

Nehmen wir an, der 9M hat exakt 9M0hm, die beiden anderen verhalten sich wie 1MOhm mit TK25.
Dann teilt der Teiler mit einem Faktor von 1M / (9M+1M)= 0,1
bei 10 Grad Temperaturanstieg im Gehäuse steigt der 9M auf 9004.500 Ohm und der 1M auf 1.000.250 OHm.
Der Teiler hat dann einen Faktor von 1000.250/ (9.004.500 + 1.000.250) = 9,9975%.

Eine 20V-Referenz würde dann statt mit 20V mit 19,9955V angezeigt.

Leider passt diese Rechnung zwar von der Größenordnung, nicht aber vom Vorzeichen her zu meiner Beobachtung einer Drift nach oben, wenn man das Verhalten des Serienteilers betrachtet.

psclab38
kann c't-Lab-Konstrukteure konstruieren
kann c't-Lab-Konstrukteure konstruieren
Beiträge: 897
Registriert: 25.01.2008, 23:34

Re: Einschaltdrift an 10V Referenz

Beitrag von psclab38 » 08.04.2015, 21:07

lab-freund hat geschrieben:Ich hab' hingeschaut:
Die TRMSC-Details stehen im DDS-Artikel, aber nicht im DIV-Artikel.
Schon. Aber der Schaltplan des TRMSC macht doch unabhängig vom Artikel klar, daß da keine Spannungen in der Größenordnung von 25V oder gar 250V rauskommen können, wenn diese Baugruppe mit nur +/-15V betrieben wird.

Benutzeravatar
lab-freund
kann c't-Lab-Module umbauen
kann c't-Lab-Module umbauen
Beiträge: 94
Registriert: 23.01.2015, 20:27

Re: Einschaltdrift an 10V Referenz

Beitrag von lab-freund » 08.04.2015, 22:01

Vorher hatte ich den DDS-Artikel gar nicht gelesen. Als Du mich darauf hingewiesen hast, bin ich lediglich durch den Text durchgeflogen und hatte behalten, dass der LTC das komplexe Signal aufnimmt und Gleichspannung abgibt.

Jetzt wo ich drauf gucke, sehe ich die Operationsverstärker hinter dem LTC-Ausgang. Ja, die werden wohl kaum 150V eingangseitig vertragen können.

Antworten