По модернизациям 3456 этап улучшения и без того приличной стабильности завершён. Некоторые выводы и результаты.
1. Термоизоляция опорника – дело верное, но вот стяжками её крепить категорически НЕЛЬЗЯ! Я попробовал суровую нить с НЕсильной затяжкой узла – и уменьшил ТКН вдвое.
2. Логичное продолжение – применить опорник на нескольких LMx99 – было выполнено на днях. Опорник на 3-х LM199, оставшихся после ремонта 34401, был собран на ФАФ, чтобы не заморачиваться с эквипотенциальной защитой. Увы, разъём пришлось переставить с оригинальной платы, поэтому попеременно проводить испытания с оригинальным и самодельным опорниками возможности нет.
Надо сказать, что плата получилась не вполне удачной из-за стремления остаться в оригинальных габаритах и применения панельки под ОУ. Вчера сделал и установил новую, более просторную плату, пока работа нареканий не вызывает. Тем не менее, все результаты получены на показанном первоначальном варианте.
3. Результаты. ТКН со строенным опорником (после недельного круглосуточного прогона) составила около 0.15 ппм/гр.С. Ради получения наибольшего температурного диапазона прибор пришлось укутывать в «шубу» .
Далее появилось желание оценить шум и нелинейности АЦП, т.к. по идее новый опорник менее шумный. Линейность, конечно, от опорника не настолько зависит, вот только оснастки для корректного её измерения нет и не предвидится.
Поэтому из наличия была собрана установка для проверки ближайших окрестностей нуля – от – 50ppm до +50ppm. Она позволит оценить шум АЦП и получить самое общее представление о его нелинейности. Идея такова – будем подавать на вход мультиметра линейно-нарастающее (
очень медленно нарастающее) напряжение и измерять его строго через равные промежутки времени. В результате мы должны получить ступенчато-нарастающие показания с шагом в 1 ппм, однако в районах переходов между соседними уровнями должна присутствовать зона нестабильности, в которой будут присутствовать насколько межуровневых переходов. Поскольку скорость изменения входного сигнала и частота измерения постоянны и известны, по длительности этой зоны можно оценить размах шума АЦП, во всяком случае я надеюсь, что это так. В качестве длительности может служить и количество отсчётов, прошедших от начала до конца зоны нестабильности.
Поскольку HP3456A в режиме 6 digits 10plc способен выполнять измерения максимум дважды (точнее, 2,5 раза) в секунду, период запуска измерения по HPIB был выбран
500мс. Положим, что мы хотим получить
100 отсчётов на 1ppm изменения входного сигнала – это займёт 50с. На
100ppm потребуется 5000с. Запомним эту цифру.
В качестве генератора линейно нарастающего напряжения (ГЛИН) использован функциональный генератор HP3325A в режиме RAMP+. Амплитуда сигнала выбрана равной верхнему стандартному значению шкалы наиболее точного диапазона -
для HP3456A и HP34401A это будет 10 В р-р, а
для HP3457A - 3 В р-р. Частота получается
1/5000с=0,0002 Гц. Смещение не использовано – установлено нулевое, т.к. оно вносит большую нестабильность. Выход генератора нагружен на 50 Ом для обеспечения его штатных условий работы. Для получения сигнала размахом 100ppm применён
делитель на 10 тысяч. Он составлен из двух: первый (
ДНМ-30) делит в 10 раз, а подключенный к его выходу
Р35 делит ещё в 1000 раз. Все соединения выполнялись одножильным медным проводом для уменьшения термо-ЭДС.
С выхода Р35 сигнал подан на вход испытуемого мультиметра (HP3456A, HP34401A или HP3457A), который через GPIB->USB мост PROLOGIX подключен к компьютеру. Запуском измерений и сбором данных занималась программа
Terminal . Затем данные загружались в Excel для построения графиков.
Все мультиметры сконфигурированы одинаково:
- NDIG: 6 (6-разрядный режим);
- выставленный
вручную предел 10 V DC (3 V DC для HP3457A);
- время преобразования
10plc;
- Autozero: ON;
- Filter: OFF;
- Trigger: SINGLE (однократный запуск, кроме HP3457A, который оставался в режиме самозапуска).
Результаты представлены на скриншотах внизу.
На графиках синяя кривая отображает измеренное напряжение, чёрная – линия тренда, полученная линейным усреднением по 100 точкам, а коричневая – внутренняя (для HP3457A - внешняя) температура. По причине того, что HP34401A отдаёт по GPIB более 6-ти разрядов, перед построением графика в Экселе результаты его измерений были округлены до 6 разрядов по обычным математическим правилам. Для HP3457A такого действия выполнить не удалось, т.к. непонятно, как автоматически округлить до трёх. Поэтому на его графиках присутствуют точки, кратные 0,333 и 0,666 ppm.
Шум HP3456A составил от 0.05 ppm до 0.49 ppm, в среднем 0.35 ppm ±0.07 ppm.
Шум HP34401A составил от 0.12 ppm до 0.97 ppm, в среднем 0.55 ppm ±0.25 ppm.
Шум HP3457A постоянно превышает 1 ppm, поэтому оценить его сложнее. Судя по размаху от пика до пика он составляет от 1 ppm до 3 ppm, в среднем 2 ppm ± 0.6 ppm.
Как легко видеть, наиболее стабилен HP3456A, за ним HP34401A, и на третьем месте HP3457A. По всей видимости, в последнем случае мы видим расплату за наличие в тракте сигнала усилителя с Ку=3.33, без использования делителя. Опорное напряжение и шкала АЦП HP3457A равны 10 В, а входные диапазоны кратны 3-м. Поэтому на пределе 30 В путь сигнала ещё забавнее: сначала делитель 100:1, потом усилитель с Ку=33.3. (Мотивы разработчиков на этот счёт совсем не понятны. Если б кто-нибудь разъяснил, какие цели они преследовали и какие выгоды получили в результате такой жертвы…).
При всём при этом HP34401A и HP3457A в том или ином виде способны отдавать по GPIB 7-й разряд, а гораздо более стабильный HP3456A такой возможности не имеет. Очень обидная несправедливость…
Дабы не наступать кому-либо на любимую мозоль и «оставить ненужные споры», приведу подходящий к случаю
DISCLAIMER:
Хочу обратить ваше внимание, что испытания проводились в любительских, не защищённых от влияния помех и непостоянной температуры условиях, на единственных экземплярах мультиметров, к тому же подвергавшихся ремонтам и переделкам. Для генерации и деления сигнала применялось оборудование, не проходившее официальной процедуры поверки. Поэтому результаты испытаний ничего не должны говорить о качестве других серийных экземпляров приборов указанных моделей.