设为首页
收藏本站
首页
开启辅助访问
站内搜索
娱乐中心
关于我们
切换到窄版
账号
自动登录
找回密码
密码
登录
立即注册
只需一步,快速开始
快捷导航
论坛
BBS
导读
Guide
广播
Follow
日志
Blog
相册
Album
分享
Share
淘帖
Collection
排行榜
Ranklist
帮助
Help
搜索
搜索
热搜:
adr
ltz
fluke
87
110v
179
1281
3458
8508
34401
JOY DMM
校准
228A
236
7510
ESCORT+3136
示波器
fluke19
FX-888
工作灯
8846
维修
metcal
sp440
超级电容
焊台
吉时利191
8845a
示波表
TEK
DMM870
本版
用户
38度发烧友--38Hot Volt-Nuts
»
论坛
›
仪器仪表
›
基准器件
›
T型网络I-V转换器静电计(更新完毕)
返回列表
查看:
47
|
回复:
0
T型网络I-V转换器静电计(更新完毕)
[复制链接]
tianda_spl
tianda_spl
当前离线
发表于 2012-11-1 15:44:29
|
显示全部楼层
|
阅读模式
在正式开始之前,交代几句要点,大家根据这些要点决定是否继续浏览全部内容。
1.
帖子较长,需要有耐心浏览。我先发一个空贴,再占用几个保留楼层,然后逐渐补充内容。没有发完之前,请不要插楼。
2.
这个电路需要外接万用表读数,它只是一个转换器,不是完整仪器。
3. 测量
1G
欧姆电阻或者
1nA
电流,精度优于
0.1%
。
现在正式开始,大体的内容包括三个部分:
A
电路原理说明和理论计算;
B
实物制作;
C
测试。
我之前做了一个测量高阻的电路,取得了初步成功,请参考帖子:
https://bbs.38hot.net/read.php?tid=18325
这个电路有几个不太令人满意的地方:
A
无法直接测量微弱电流;
B
读取的数值需要繁琐的计算公式转换成最后结果;
C
不利于误差消除。后来,
lymex
先生给出了一个
T
型网络的参考图,我根据这个图做了研究,最后做成实物。
下图是这个电路的思路。左面,有一个基准电路,中间是被测的电阻(或者同时去掉基准和电阻,灌入被测电流),右面是
T
型
I-V
转换器。电路的推导,请看图片,公式
9
是最后的结论公式。
输出的电压由
4
个部分组成:
A
主项;
B
运放失调电压施加在被测电阻上转化为电流的误差;
C
运放失调电压引起的线性误差;
D
运放的偏置电流引起的线性误差。
为了降低失调电压引起的误差,需要用电位器调节运放的失调,这就是上图中运放引脚
1
和
5
之间电位器的作用。为了降低运放偏置电流的影响,必须选择静电计运放,我选择的是
OPA128LM
或者
AD549LH
,虽然现在有很多偏置电流更小的运放,但是它们有一些不足。比如,工作电压只能到
5V
,那就得有
+-2.5V
的供电,这样电源部分复杂化了。有些是
SOP
封装,无法使用
F4
绝缘柱进行高阻隔离或者无法嵌入保护环印制线。再有就是没有直接调节失调电压的引脚。
好了,根据我实物的器件,做一个精度估计。取
R1 = 25M
,
R2 = 1K
,
R3= 15K
,
OPA128LM
,失调电压
Vos
调节到
25uV
以下,偏置电流
In
≤
0.1pA
。计算β
= 400.015
×
pow
(
10, 6
),取
Vref = 2.4999V
,则
Vref
×β
= pow
(
10, 9
),
t = 16
。
pow
(
10,9
)意思是
10
的
9
次方。
根据以上计算可以看出,无论什么情况下,误差项
B
都可以忽略,因为微小电流或者高阻不可能或者无须测量到那么高的精度。误差项
D
引起的误差在
1T
欧姆或者
1pA
时有一些显著误差,但是业余条件下,在这个档位的误差是完全可以接收的,故而
D
的误差也可以忽略。
但是
C
引起的误差在
1T
的时候高达
40%
,无法忽略。为了消除
C
的误差,有两个方法。第一,调节电位器使得运放失调电压小于
5uV
。但是这个方法很难奏效,因为运放和这个电路本身的噪音非常大,根本无法辨认能否调节到
5uV
以下。第二,采用两次测量消除误差的做法,请看图片。
通过先后两次测量(一次使用
0V
,一次使用
2.4999V
),做减法消除误差。并且计算简单。两次读取数值相减取倒数,就是被测电阻,单位
G
欧姆。
回复
使用道具
举报
提升卡
置顶卡
变色卡
tianda_spl
tianda_spl
当前离线
楼主
|
发表于 2012-11-1 15:44:48
|
显示全部楼层
实物制作。
理论部分说完了,现在看看制作过程的要点。
1.
为了便于后续计算,把所有器件参数误差折算到
Vref
。这里面有三个电阻,因为不可能是精确的
1K
,
15K
,
25M
,所以误差折算到
Vref
,使得
Vref
与β的乘积刚好是
1G
伏特欧姆。取
1G
伏特欧姆的目的是为了测量
1G
欧姆电阻时,输出是
1
伏特,很容易换算,当然取其他数值也可。
2. Vref
需要能精细调节,所以需要调节电路的支持。使用的基准是
AD780
,因为这个器件性能不错,耗电低,特别是低压差,便于用电池供电。
3.
需要
2
个特氟龙节点,以免漏电,如第一个图所示。凡是高阻连接处或者漏电流会引起误差的地方都需要特氟龙接线柱。
OPA128
的反向输入需要保护,同相输入因为是接地的低阻连接,所以不需要保护。我反复思量,觉得
R1
、
R2
和
R3
的连接处也需要一个。
4.
至少一个对外接线柱需要隔离。这个板子需要引出三个端子,
GND
,
Vref
和运放的反相端。特别是运放的反相端,它连到外壳上,必须也得用特氟龙柱。开始的时候,我买了一个特氟龙旋塔,买回来后发现太细小,怕机械强度不够,最后用了
BNC
。不是所有的
BNC
里面都是特氟龙的绝缘材料,为了保险,在
e
络盟上买了
POMONA
的货。
5.
对外接线柱用了
BNC
之后,发现一个问题,怎么连接测试夹子。首先不能使用常规屏蔽线,因为板子装在铝合金壳子里,壳子接地,那么
BNC
的外壳也是地,如果使用常规屏蔽线,则线材之间就会漏电。虽然号称是特氟龙线材也不行,因为管壁太薄,并且那些线材不是纯特氟龙材料。因此需要自己加工了插针,见以下的图。找一个没有焊接的公
BNC
,只要针头部分,找一截粗的特氟龙线材,把它们焊接在一起,使用粗特氟龙线材是因为它非常硬,不会打弯,不会与
BNC
外壳相碰。然后用热缩套管封住就行。
6.
做好屏蔽。首先
OPA128
的引脚
8
和外壳是相同的,把引脚
8
与
GND
相连,这样
OPA128
整个被封在
GND
壳中。板子顶层铺地,特氟龙节点周围铺地,如下图所示。整个板子装在铝合金壳子里,壳子接地。壳子要磨光,去掉氧化层,保证连通。
7.
做好一点接地。仔细看我的布线:退偶电容的地线单独走一根,其他信号地线都是一点接。地平面上不挂任何器件,最后与电源一点接。所有信号线走底层,顶层铺地。每个器件的每个引脚都无泄漏被封在
GND
中。虽然做了这些工作,仍旧会有电磁泄漏,因为外壳要打孔按接线柱。
8.
测准
R1
。这三个电阻里,
R1
会比较大,如何测量准确呢?我采用土方法。找
JS
买一个
Fluke
金封,测准。拿回来和我的
4.5
表
500K
档位比较,找出误差,再找一个
5M
塑料块和这个并联,测准,算出
5M
的阻值。再用
5M
档位测量,找出误差。测量
5
个
5M
,进行误差校正,串联在一起,组成
25M
。事实证明,我的
4.5
不差于
34401
。
9. 消除噪音。
T
型网络有个缺点,就是噪声大。又因为这个板子需要万用表读数,如果一直在跳,很讨厌,所以我做了
RC
积分电路,如下图。积分时间常数
1S
,每次测量需要
10
秒等待。加大测量时间降噪。实测证明,
100G
欧姆以下测量,无需这个电路,挺稳定。
回复
支持
反对
使用道具
举报
tianda_spl
tianda_spl
当前离线
楼主
|
发表于 2012-11-1 15:45:02
|
显示全部楼层
全景图
背面
测试:为了测试,我准备了两个电阻,
1G
和
1T
。其中
1G
是我用
20M
电阻串联的,每个电阻事先测量,参看帖子
https://bbs.38hot.net/read.php?tid=23404
最新的外观图如下。
1T
是找网友要来的,据说有
1%
精度,正好用来验证,外观图如下。
经过多次摸索,总结的测试方法如下:
1.
因为我使用的积分电阻是
330k
,积分电容是
6.6uF
(
2
个
3.3uF
红威马),所示时间常数是
2
秒。为了降低积分电路的乘积误差(
0.1%
以下),测试时间至少为
20
秒,我取
40
秒或者以读数基本不变化为准,所以以下的视频基本上是
40-50
秒为一段,扣除接线换挡开销时间,大致是
40
秒。
2.
每个电阻测量分为
2
段,一次接基准,一次接地测失调。根据多次摸索,发现接地不好,不如悬空。
以下有几个视频,自己看。根据视频,我们计算一下电阻值,基准电压没调准是
2.4998V
,不是
2.4999V
,所以要做一次增益补偿。
测量1G电阻,用2.4998V电压。
http://v.youku.com/v_show/id_XNDY5NjA0MDk2.html
测量1G电阻,悬空,以度量失调。
http://v.youku.com/v_show/id_XNDY5NjA0NDU2.html
另外一次测量1G电阻,用2.4998V电压。
http://v.youku.com/v_show/id_XNDY5NjA1MTA0.html
另外一次测量1G电阻,悬空,以度量失调。
http://v.youku.com/v_show/id_XNDY5NjA1MjM2.html
另外一次测量1T电阻,用2.4998V电压。
http://v.youku.com/v_show/id_XNDY5NjA0Nzcy.html
测量1T电阻,悬空,以度量失调。
http://v.youku.com/v_show/id_XNDY5NjA0OTMy.html
从
1T
和
1G
精度对比看,符合规律。大家都有一种感觉,电阻每增加一个量程,精度就会下降一级。
1T
测量误差约
10%
,
1G
应该是
0.01%
,从视频看又一次能做到
0.16%
,所以与规律相符合。
后记:做完之后,发现些遗憾。
1.
有一条地线忘了布,只好采用飞线。
2.
电源忘了加开关,每次都得开壳装电池。
3.
每次测量都需要
2
次,需要手工切换。当初想到加一个模拟开关,后来因为复杂去掉了。
4.
需要用万用表读数。当初想做一个
LTC2400
的取得系统,觉得成本高,也怕没有把握,没有做。
电路图.pdf
(48 KB, 下载次数: 44)
2012-11-1 16:13 上传
点击文件名下载附件
电路图
回复
支持
反对
使用道具
举报
tianda_spl
tianda_spl
当前离线
楼主
|
发表于 2012-11-1 16:24:16
|
显示全部楼层
整体外观图
最后的结论是:
1)1G欧姆或者1nA以上档位,可以做到精度0.1%。
2)随着电阻加大或者电流减小,误差增加,基本上是电阻每增加一个量级 ,误差增加一个量级。
3)1T欧姆或者1pA误差10%。
4)测量100G或者1T电阻,可以用外加更高的测试电压,精度可能能提高一个量级。
5)测量电阻100G以下电阻挺好,100G以上无法保证。
6)能否测量电流,没有试验。
全文完毕
回复
支持
反对
使用道具
举报
hldiy
hldiy
当前离线
发表于 2012-11-1 16:43:11
|
显示全部楼层
全文完了,站位听课
回复
支持
反对
使用道具
举报
nick2329
nick2329
当前离线
发表于 2012-11-1 17:27:18
|
显示全部楼层
好贴,顶 顶 顶 顶 顶 顶 顶 顶 顶 顶 顶 顶 顶 !
回复
支持
反对
使用道具
举报
dongxu
dongxu
当前离线
发表于 2012-11-1 17:35:51
|
显示全部楼层
LZ高手
回复
支持
反对
使用道具
举报
happymanlxh
happymanlxh
当前离线
发表于 2012-11-1 18:48:37
|
显示全部楼层
提示:
作者被禁止或删除 内容自动屏蔽
回复
支持
反对
使用道具
举报
atl0402
atl0402
当前离线
发表于 2012-11-1 20:55:02
|
显示全部楼层
又看到那个特氟龙垫子了,请教从哪里可以买到那个东东,看着质量不错
回复
支持
反对
使用道具
举报
thy888
thy888
当前离线
发表于 2012-11-1 22:17:03
|
显示全部楼层
高阻标准电阻,都是T电阻网络的
回复
支持
反对
使用道具
举报
longshort
longshort
当前离线
发表于 2012-11-2 11:37:52
|
显示全部楼层
特氟龙支架始终是个瓶颈啊。
回复
支持
反对
使用道具
举报
cuison
cuison
当前离线
发表于 2012-11-2 12:16:20
|
显示全部楼层
蹲点学习!
回复
支持
反对
使用道具
举报
返回列表
高级模式
B
Color
Image
Link
Quote
Code
Smilies
您需要登录后才可以回帖
登录
|
立即注册
本版积分规则
发表回复
回帖并转播
回帖后跳转到最后一页
浏览过的版块
交易交换
Copyright © 2008-2024
38度发烧友
(https://bbs.38hot.net/) 版权所有 All Rights Reserved.
Powered by
Discuz!
X3.4 技术支持:
克米设计
京ICP备2024064913号
快速回复
返回顶部
返回列表