bland multimetrar ett instrument står långt och över resten. Ett föremål som önskas för dess noggrannhet, upplösning och skjuvteknik. Jag talar naturligtvis på HP 3458A. Det är rätt, inte Keysight, inte ens Agilent (men det går självklart av dessa varumärken också). 3458a släpptes 1989, när HP fortfarande var … Tja … HP. En elegant mätare från en mer civiliserad ålder. Som HP-tidningsdokumenten var 3458A en betydande ingenjörsvetenskap och har varit kvar i produktionen (och i stort sett unchallenged) under de senaste 26 åren.
Men vad kan du fråga, gör 3458a ett så viktigt och önskvärt instrument? Det är allt i siffrorna. 3458A är en av de få 8,5-siffriga multimetrarna som är tillgängliga. Det är därför känsligt för mikrovolt avböjningar på 10 voltmätningar. Det är denna förmåga att skilja små förändringar på stora signaler som sätter hög precision multimetrar från varandra. Tänk på att väga en elefant och kunna räkna antalet flugor som landar på baksidan av viktförändringen. 3458a åstadkommer en liknande prestation.
Medan många ingenjörer kan önska 3458a är det ett föremål för fascination till en viss grupp. Jag talar naturligtvis av kusinen av tidsmuttern … Voltmuttern. Tidsnötter finner ofta sig att behöva genomföra mycket exakta spänningsmätningar för att kalibrera sina precisionsfrekvensstandarder och därmed sprida en separat adresslista för att diskutera dessa ämnen. Mycket av diskussionen om denna lista centrerar runt 3458A, hur man kalibrerar en, långsiktiga stabilitetsmätningar och hur man bryr sig om sina älskade mätare. Och naturligtvis rapporter om enstaka auktionspoäng (jag måste erkänna att de är äkta dessa avundsjuk, efter att ha spenderat timmar trawling eBay för ett fynd och ringa många överskottsbutiker).
I hjärtat av 3458A ligger en precisionsspänningsreferens. Spänningar Referenser är i princip ganska enkla anordningar, deras mål är att alltid mata ut en exakt exakt stabil spänning på ett känt värde. Referenser har många applikationer men i 3458a används den som en del av sin multislope ADC. Ingångsspänningen jämförs effektivt mot detta referensvärde för att bestämma ingångsspänningen. Dess noggrannhet är därför av största vikt.
Rulla din egen precision referens
TINS LTZ1000 Baserat referensstyrelse
LTZ1000 är en ugnsatt Zener-referens. Du är utan tvekan bekant med Zener-dioder och deras klämprogram (om inte Afrotechmods har en fantastisk handledning). Det är deras förmåga att “klämma” en ingångsspänning till ett specifikt lägre värde som gör dem optimala för användning som referenser. Zeners “klämma” (omvänd uppbrytning) spänning varierar med temperatur. För bättre stabilitet använder LTZ1000 därför en on-die resistiv värmare för att hålla dioden vid en konstant temperatur (mycket som en ugnsadoscillator).
LTZ1000 har funnit fördel med Voltnuts som söker att bygga precisionsreferenser med denna del. Vissa har använt referensbrädet från 3458A. Men andra, som tenn har utformat sina egna. Tenn har dokumenterat sitt arbete i utsökta detaljer över på Eevblog-forumen, som inte bara beskriver PCB-layouten utan också omfattande termisk modellering. Det är vad du ser bilden ovan.
LTZ1000 Based Board från Izumo
Izumo Sangyouza har också byggt LTZ1000 referenser. Även om det är till skillnad från burkar, är några detaljer tillgängliga, men brädorna är fantastiska, men även om forumtjänsterna är på kinesiska, ingår de videoklipp som testamentet till referensens noggrannhet. Men Izumos blogg har en ytterligare överraskning för den ivriga voltmuttern. Bilden nedan kanske säger allt som behöver sägas.
Multimeterns skott nedan använder AD5791 i konsert med en stabil referens för att ge otrolig precision. Medan posten inte anger, är det en säker satsning som en av Izumos LTZ1000 spänningsreferensskivor används i det här fallet. Efter att ha spelat runt med AD5791 kan jag bara stå i vördnad i Izumos arbete.
Titta på alla de härliga siffrorna
En flytande kväve Amazing Josephson-korsningsreferens och HP 3458A
LTZ1000 är den bästa allmänt tillgängliga referensen och 3458A den bästa mätaren. Men en fråga kvarstår, vad använder du för att kalibrera den?
Kalibrering
Svaret är att vända sig till grundläggande fysik, i det här fallet Josephson-korsningen. Josephson-korsningen är formad av två superledare separerade med en tunn isolerande barriär. Vid kylning med flytande helium uppvisar dessa korsningar komplext icke-linjärt beteende, så att en frekvens som appliceras på korsningen kan omvandlas till en exakt spänning. Lyckligtvis är att producera mycket exakta frekvenser något vi har blivit mycket bra på. Cesium-standarder (så kallade atomklockor) används tillsammans med Josephson-korsningen för att skapa mycket exakta spänningsreferenser.
IEEE har skapat en video på grundfysiken och utvecklingen av Josephson-korsningen. Genom ansträngningarna från Quantum Electrical Metrology Division och andra, CHöft som innehåller tusentals sådana korsningar på en enda anordning har tillverkats och tillhandahåller standardvärden som är korrekta till nanovolt. Denna grundläggande fysikaliska egendom används nu för att kalibrera alla precisionsmultimeter.
Det elektroniska kilogrammet
Det finns en sista vridning i voltmutterns historia. Medan de flesta av våra mätstandarder är baserade på en grundläggande fysisk egendom är standardkilogrammet en klump av metall som sitter i ett valv i Paris. Det här är förstås ganska otillfredsställande. Under det hundratals året som den här klumpen av metall har suttit, har den förlorat massa som den har rengjorts och hanterats.
Standards samhällen försöker nu ersätta detta med ett “elektroniskt kilogram”. Deras system balanserar den mekaniska kraften hos en vikt under tyngdkraften och den kraft som utövas av en elektromagnet. Denna elektriska kraft är givetvis uppmätt när det gäller Josephson-standarden Volt.
Brian Josephson vann Nobelpriset för sina bidrag till utvecklingen av Josephson-korsningsreferensen, kanske till honom den ultimata voltmuttern. Men för tillfället ligger sådana referenser utanför domänen för den genomsnittliga hackaren. Kanske en dag, som atomklockor framför dem, kommer industriella applikationer att köra priset så att varje voltmutter kan ha sin egen standard. Fram till dess går uppdraget någonsin.