Персональная страничка Ампернута

Поскольку плавно но целенаправленно мой интерес в области малых напряжений растет, решил опробовать свои запасы терминальчиков на предмет ТермоЭДС.

В данном материале не будет результатов прямых измерений, так как приборов для осуществления измерения с повторяемыми результатами у меня пока нет.

Первым испытуемым стал Aliexpress номер 1:

Это самый худший образец из данного обзора. поскольку его плохо нарезанная металически-пластиковая резьба не смогла зажать медный провод. Он провалил тест еще до начала измерений. Epic fail. Сжечь!!!

Плохо совместим с разъёмами типа “банан”, отверстие не глубокое.

Вторым испытуемым стал Aliexpress номер 2:

Механически они выполнены более качественно, они надежно зажали медный провод, но реакция на касание точки зажима довольно стремительная. По примерным прикидкам ТермоЭДС составил 2-4 мкВ/K.

Отлично совместим с разъёмами типа “банан”.

Третий испытуемый, латунный терминал производства “Микроприбор”, времен СССР.

Не ширпотреб, но тем не менее, популярный, довольно распространенный и недорогой терминал.

Обжим надежный, а сам процесс зажима провода проще, из за широкой “юбочки”. Тест на ТермоЭДС касанием пары медь-латунь, показывает менее 1 мкВ/K.

Совместимость с разъёмами типа “банан” – средняя, отверстие не глубокое.

Удобен тем, что не окисляется, и его почти не нужно регулярно чистить от окислов.

Четвертым испытуемым стал терминал производства “Краснодарского ЗИП” времен СССР.

Унобтаний, дикий и слабо-доставаемый, вымер как динозавры, применялся в нескольких мерах и в нескольких моделях высокоточных компараторов.

Механически надежен, зажим хороший. Но скажу я вам, зачистка 30-ти летней меди на нем, далеко не самая простая процедура, требует навыка. А в окисленном состоянии он непригоден к эксплуатации.

В паре с медью дает ТермоЭДС почти не фиксируемый ни одним моим прибором.

С разъёмами типа “банан” абсолютно не совместим.

Похоже я начал ощущать ущербность своей лаборатории в области малых напряжений, и по этому стоит задуматься о изготовлении микровольтметра с чувствительностью в нановольтовом диапазоне. Судя по всему эти редкие, но весьма полезные терминалы должны хорошо подойти для такого изделия.

Пока я отдыхаю от пайки ГЛИН-ов, играюсь с мерами, и сегодня решил провести эксперимент с измерением ТКС меры Р321 0.1 Ома.

Немного удивило, но SMU Keithley 2450 таки осилило измерение меры Р321 на номинал 0.1 Ома. Правда пришлось раскочегарить его на полный ток 1 ампер, и бедняга 2450 слегка напрягся, разогнал свой вентилятор на полные обороты, но таки смог победить измерение меры 0.1 Ома с ппм-ной стабильностью.

Напомню, что согласно закону Ома U=IR=1A*0.1R=100mV. Это значит. что для обеспечения 1ppm стабильности при измерении сопротивления 0.1 Ом, Кейтлик 2450 должен выдавать ток 1 Ампер и измерять напряжение 100 мВ с стабильностью не хуже 100нВ и 1мкА соответственно. При этом с включенным режимом компенсации смещения образуемым за счет ТермоЭДС, он не просто выдает ток 1А, а импульсно выдает на выход ток 0А и 1А, и вычитает получившуюся разницу, чтобы измерить напряжение без эффектов ТермоЭДС. Скажу откровенно, я считаю такую задачу исключительно сложной. Он Кейтлик справился, он смог!!!

Честь и хвала инженерам Keithley Instruments !

Вообще говоря, основное предназначение приборов класса SMU, это снятие всяких там ВАХ-ов, и то что Кейтлик 2450 смог выдержать 1ppm-ную стабильность по току и напряжению в таких сложных условиях, это удивительно для SMU.

Получившиеся значения ТКС α=5.721ppm β=-0.601ppm. У всех манганиновых мер наблюдается ярко-выраженный перегиб, характеризуемый коэффициентом полинома второго порядка β, он около -0.5…-0.6ppm. Точка перегиба подогнана близко к диапазону рабочих температур меры. Я предполагаю, что все меры Р310, Р321, Р331 имеют схожую характеристику.

Точка перегиба, так-же известная как “точка нулевого ТКС” у мер немного разнится, но она очень близка к диапазону 20°C…25°C. Так-же на этом графике красной линией показано расчётное сопротивление по полученным коэффициентам α,β. Как видно, расчётные данные практически совпадают с реальными измерениями. Небольшое отклонение можно списать на тепловую инерционность меры, ибо динамический температурный режим слегка отстает от статического, из за не идеальности размещения термодатчика измеряющего температуру меры.

В результате табличка с мерами была пополнена.

Теперь остается дождаться кейс для транспортировки и поверить эти “новые” меры в заслуживающей доверия лаборатории.

Надыбал на днях полезнятную статейку от ученого-хранителя нашего первичного гос.эталона вольта Каткова Александра Сергеевича(ФГУП ВНИИМ им.Д.И.Менделеева), которая не только интересная и познавательная, но и подтверждает ряд моих тезисов о применимости методов сравнения измерительных возможностей того или иного моего домашне-лабораторного оборудования через сравнение характеристик девиации Аллана.

Рекомендую почитать:

(картинка кликабельна)

А это значит:

Кстати, постоянный читатель наверняка заметил характерное разделение контента блога в последние месяцы, на полномасштабные статейки (рубрика best-of-best), регулярные публикации, а-ля дневник(рубрика Технологии), и уже ставшую классикой рубрику “Особое мнение”, спрятанную в ссылке с боку блога. Постараюсь в будущем придерживаться подобной структуры блога, и сохранять его тематику.

PS. Холиварная рубрика “Особое мнение” спрятана в боковой ссылке не просто так, а по тому, что она порой мешает мне заказывать иностранные компоненты… но это уже немного другая история, которую я наверное расскажу в видео по итогам 2022 года.

Тестирование показывает, что идея деления опорной частоты 10МГц с помощью DDS дает выигрыш, но все эти пляски с бубнами вокруг DDS мне не нравятся концептуально. По этому попробую организовать свое собственное ядро прямого синтеза частоты, минуя стадии генерации аналогово синтеза синусоиды, детекции уровней на триггере Шмитта, и ее дальнейшую дележку т.к. 32-х битного делителя промышленных DDS не достаточно. Заменив все это на истинно цифровой синтез цифрового сигнала LDAC c 64-х битным кодом управления частотой.

По этому после некоторых раздумий, решил таки расчехлить свою “паллету спартанов”, которая лежит на складе в шкафу под названием “до лучших времен”

Простые CPLD тут уже не справятся… Не влезет туда все это разнообразие…

Заодно и VHDL подучу…

Суть идеи в том, чтобы ликвидировать из концепции Direct Digital Synthesis выходную таблицу синуса с ЦАП, заменив их на прямое сравнение текущего значения фазового сдвига с фиксированным значением. И когда аккумулятор сдвига фазы досчитает до поворота на 360градусов, произойдет событие генерации сигнала LDAC инициирующего смену кода ЦАП. Таким образом концепт сохранит все плюсы концепта Direct Digital Synthesis над простым делением на таймерах, и при этом не будет содержать в своем составе никаких аналоговых цепей.  А гарантированный реалтайм обеспечиваемый за счет жесткой логики с контролем таймингов синтезируемой в FPGA, позволит значительно увеличить скорость обновления в ЦАП до полных 75кГц, благодаря чему даже на высоких скоростях ЛИН можно будет сохранить амплитуду шага +-1 LSB (за счет увеличения частоты шагов), что значительно уменьшит выходные шумы ГЛИН. Что не выполнимо, при условии когда ЦАП загружается с помощью МК. Из за чего, при высоких скоростях ЛИН приходилось понижать частоту обновления ЦАП, за счет кратного увеличения шага до +-2LSB…+-3LSB+-4LSB… и т.п. Теперь этот костыль можно будет убрать.

Расчёт показывает, что такой синтез вызовет джиттер до 100нс, связанный с работой аккумулятора фазы, но его и в прошлом варианте не особо удавалось убрать. К тому-же эффект джиттера фронта сигнала LDAC, в значительной степени ослабляется выходным ФНЧ с частотой среза 7Гц, который ослабляет этот эффект в 10 и более раз. А поскольку такой джиттер не будет иметь накопительного эффекта, то он вызовет только переменную составляющую в выходном токе, причем не более 0.1 ppm, что пренебрежимо мало.