Unter Multimetern Ein Instrument steht weit und über dem Rest. Ein Objekt, das für seine Genauigkeit, Auflösung und Schertechnik gewünscht wird. Ich spreche natürlich des HP 3458A. Das ist richtig, nicht Keysight, nicht einmal agilent (obwohl es natürlich auch von diesen Marken geht). Die 3458A wurde 1989 veröffentlicht, als HP noch … HP. Ein eleganter Zähler aus einem zivilisierten Alter. Als HP Journal-Dokumente war der 3458A ein bedeutendes Engineering-Leistung und ist in den letzten 26 Jahren in der Produktion (und weitgehend unangefocht) geblieben.

Aber was Sie vielleicht fragen, macht das 3458a so ein bedeutendes und wünschenswertes Instrument? Es ist alles in den Ziffern. Die 3458A ist einer der wenigen 8,5-stelligen Multimeter verfügbar. Es ist daher empfindlich auf Mikrovoltumlenkungen bei 10 Volt-Messungen. Es ist diese Fähigkeit, winzige Änderungen an großen Signalen zu unterscheiden, die hochpräzise Multimeter auseinander setzt. Denken Sie daran, einen Elefanten zu wägen und die Anzahl der Fliegen zählen zu können, die durch die Gewichtsänderung auf dem Rücken landen. Die 3458a erfüllt eine ähnliche Leistung.

Während viele Ingenieure die 3458A wünschen, ist es ein Objekt der Faszination für eine bestimmte Gruppe. Ich spreche natürlich des Cousins ​​der Zeitmutter … die Voltmutter. Zeitnüsse müssen häufig hochgenaue Spannungsmessungen durchführen, um ihre Präzisionsfrequenzstandards zu kalibrieren und somit eine separate Mailingliste hervorzurufen, um diese Themen zu diskutieren. Ein Großteil der Diskussion über diese Listenzentren rund um die 3458a, wie man eine Langzeitstabilitätsmessung kalibrieren und wie sie sich um ihre geliebten Meter kalibrieren kann. Und natürlich berichtet Berichte über die gelegentliche Auktionspunkte (ich muss zugeben, diese eifersüchtig zu sehen, nachdem er Zeiten verbringt, um eBay für ein Schnäppchen zu schaffen und zahlreiche Überschüsse zu klingeln).

Im Herzen der 3458a liegt eine Präzisionsspannungsreferenz. Spannungen Referenzen sind grundsätzlich recht einfache Geräte, ihr Ziel ist es, jederzeit eine genaue genaue stabile Spannung eines bekannten Werts auszugeben. Die Referenzen haben zahlreiche Anwendungen, aber in der 3458a wird er als Teil seines Multislope ADC verwendet. Die Eingangsspannung wird effektiv mit diesem Referenzwert verglichen, um die Eingangsspannung zu bestimmen. Seine Genauigkeit ist daher von größter Bedeutung.

Rollen Sie Ihre eigene Präzisionsreferenz

Tins LTZ1000-basiertes Referenzkarten
Der LTZ1000 ist ein ovenisierter Zener-Bezug. Sie sind zweifellos mit Zenerdioden und deren Spannanwendungen vertraut (wenn nicht AfroteechMods ein tolles Tutorial). Es ist ihre Fähigkeit, eine Eingangsspannung auf einen bestimmten niedrigeren Wert zu clampen, der sie für die Verwendung als Referenzen optimal macht. Die Zeners “Clamp” (umgekehrte Zusammenbruch) variiert mit der Temperatur. Für eine bessere Stabilität verwendet der LTZ1000 daher einen auf der stiltrauen Widerstandsheizung, um die Diode mit einer konstanten Temperatur aufzubewahren (ähnlich wie ein obentierter Oszillator).

Der LTZ1000 hat Gunsten mit Voltnuts gefunden, die mit diesem Teil präzise Referenzen aufbauen möchten. Einige haben den Referenzplating von der 3458a verwendet. Aber andere, wie Bin haben ihre eigenen entworfen haben. Zinn hat seine Arbeit in exquisiten Details auf den EEVBLOG-Foren dokumentiert und beschreibt nicht nur das Leiterplattenlayout, sondern auch eine umfangreiche thermische Modellierung. Das ist das, was Sie oben sehen sehen.

LTZ1000-basiertes Bord von Izumo
Izumo Sangyouza hat auch LTZ1000-Referenzen gebaut. Im Gegensatz zu Tinsen sind nur wenige Details verfügbar, die Boards sehen jedoch großartig aus und obwohl die Forum-Beiträge auf Chinesisch sind, stehen die Videos als Beweis für die Richtigkeit seiner Referenzen. Aber Izumos Blog hält eine zusätzliche Überraschung für die Avid-Voltmutter. Das Bild unten sagt vielleicht alles, was gesagt werden muss.

Der unten geschossene Multimeter verwendet den AD5791 im Konzert mit einem stabilen Bezug, um eine unglaubliche Präzision bereitzustellen. Während der Beitrag nicht angibt, ist es eine sichere Wette, dass in diesem Fall eine der LTZ1000-Spannungsreferenz von Izumo verwendet wird. Vor kurzem mit dem AD5791 herumgespielt, kann ich nur in Ehrfurcht von Izumos Arbeit stehen.

Schau dir all diese schönen Ziffern an

Ein flüssiger Stickstoff erstaunlicher Josephson-Kreuzung Referenz und HP 3458A

Der LTZ1000 ist der beste allgemein verfügbare Referenz und das 3458A das beste Messgerät. Aber eine Frage bleibt, was verwenden Sie, um es zu kalibrieren?

Kalibrierung

Die Antwort ist, in der Grundphysik zu wenden, in diesem Fall der Josephson-Kreuzung. Die Josephson-Verbindung ist aus zwei Supraleitern gebildet, die durch eine dünne Isolierbarriere getrennt sind. Wenn diese Verbindungen mit flüssigem Helium abgekühlt sind, zeigen diese Verbindungen ein komplexes, nichtlineares Verhalten, so dass eine an der Überweisung angelegte Frequenz in eine genaue Spannung umgewandelt werden kann. Glücklicherweise ist, dass wir sehr genaue Frequenzen produzieren, was wir sehr gut geworden sind. Cäsiumstandards (sogenannte Atom-Takte) werden zusammen mit der Josephson-Verbindung verwendet, um hochgenaue Spannungsreferenzen zu erzeugen.

Die IEEE erstellt ein Video zur Grundphysik und der Evolution der Josephson-Kreuzung. Durch die Bemühungen der elektrischen Trennung von Quantum Electrical Metrology und anderen, cDie Hüften, die Tausende solcher Verbindungen auf ein einzelnes Gerät integrieren, wurden hergestellt und bieten Standardwerte, die in Nanovolts genau sind. Diese grundlegende physikalische Eigenschaft wird jetzt verwendet, um alle Präzisionsmultimeter zu kalibrieren.

Das elektronische Kilogramm

Es gibt eine letzte Twist in der Geschichte der Voltmutter. Während die meisten unserer Messstandards auf einer grundlegenden physikalischen Eigenschaft basieren, ist das Standardkilogramm ein Klumpen aus Metall, der in einem Tresor in Paris sitzt. Dies ist natürlich ziemlich unbefriedigend. Über den Hunderten des Jahres, dass dieser Metallklumpen herumgesetzt hat, hat es die Masse verloren, da sie gereinigt und gehandhabt wurde.

Normen Communitys versuchen jetzt, dies mit einem “elektronischen Kilogramm” zu ersetzen. Ihr System sammelt die mechanische Kraft eines Gewichts unter der Schwerkraft und der von einem Elektromagneten ausgeübten Kraft. Diese elektrische Energie wird natürlich in Bezug auf den Josephson Standard Volt gemessen.

Brian Josephson gewann den Nobelpreis für seine Beiträge zur Entwicklung der Josephson-Kreuzung Referenz, vielleicht die ultimative Voltmutter. Aber für jetzt liegen solche Referenzen außerhalb der Domäne des durchschnittlichen Hackers. Vielleicht ein Tages, wie atomare Uhren vor ihnen, industrielle Anwendungen den Preis nach unten, so dass jede Voltmutter ihren eigenen Standard haben kann. Bis dahin geht die Quest immer weiter.