Nauwkeurige spanningsreferentie

Vanavond was ik bezig met mijn eigenbouw paneelmeter en kwam tot de conclusie dat een nauwkeurige referentie spanningsbron (tot op 1mV) wel handig zou zijn.

Volgende shema in Simetrix gezet, waarbij V3 een MAX6126AASA50
5V +/-0.02% is. De weerstanden van 1K zijn 1/8watt 1Kohms .01% 10ppm.

http://www.uploadarchief.net/files/download/resized/voltage_reference.png

Lijkt prima te werken, uiteraard zou een LT1027 welke precies op 5.000 V ingesteld kan worden, ook kunnen maar ik heb geen 6.5 digit NIST traceable meter staan. Ik realiseer me dat er bij de hogere spanningen een afwijking ontstaat door het "stapelen".
Anderzijds verwacht ik dat 6 weerstanden van dezelfde rol wel gelijk zijn:

code:

MAX6126AASA50	0,02%	Min	Max
5	0,001	4,999	5,001
			
PTF561K0000TYEK	0,01%	Min	Max
1000	0,1	999,9	1000,1
			
Stroom		Min	Max
		0,00249925	0,00250075
			
Afwijking 2.5V		Min	Max
		2,49900015	2,50100015
			
Afwijking 5V		Min	Max
		4,999	5,001
			
Afwijking 7.5V		Min	Max
		7,49800015	7,50200015
			
Afwijking 10V		Min	Max
		9,9970003	10,0030003

Afwijking 12.5V		Min	Max
		12,49600045	12,50400045

Afwijking 15V		Min	Max
		14,9950006	15,0050006

Vraag is of dit nog anders beter kan.

It's the rule that you live by and die for It's the one thing you can't deny Even though you don't know what the price is. It is justified.
RAAF12

Golden Member

Op ebay een los HP bordje kopen?
Dit bijv. heeft ie ervan gemaakt
http://www.maxmcarter.com/vref/

edit:
of deze http://www.voltagestandard.com/Home_Page_JO2U.html

Wat minder nauwkeurig maar wel beter dan mijn Fluke 867b die 0.025% DC doet. Als je in het noorden woont kan je hem altijd even komen testen. De Fluke zegt nog steeds in de software selftest 'calibration OK'

Kon alleen dit vinden:

Item number: 360320813932 500$

Item number: 310249132548 405$

It's the rule that you live by and die for It's the one thing you can't deny Even though you don't know what the price is. It is justified.

Zijn de opamp en transistor nodig? Als ik het datablad goed begrijp mag V3 10mA leveren.
Maar dan zou je natuurlijk geen hogere spanningen hebben dan 5V, dat is ook weer zo.

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

Bij gebrek aan een nauwkeurige meter wil ik graag meerdere uitgangs spanningen. Als ik ea bij mouser bestel ben ik voor ongeveer 50 Euro klaar, daar koop ik op meter gebied niets voor. Eventueel kan ik nog eens bij iemand langs met wel een goede meter om iedere uitgang exact te meten.

It's the rule that you live by and die for It's the one thing you can't deny Even though you don't know what the price is. It is justified.

Er stond een artikel over een PWM gestuurde voltage reference in de Circuit Cellar een maand geleden.

Het idee was dat dmv een FET driver IC (snelle risetimes) een vaste referentie geschakeld werd. Door een hoge PWM resolutie met strakke schakeling te nemen was de uitgang (voorspelbaar) regelbaar in de orde van mV's.
Er stonden metingen bij. Misschien eens kijken voor het idee? Geen idee of het uiteindelijk nauwkeurig genoeg was. Ik vond het idee wel grappig.

Op 3 januari 2012 00:28:20 schreef knifter:
Er stond een artikel over een PWM gestuurde voltage reference in de Circuit Cellar een maand geleden.

[...] Ik vond het idee wel grappig.

Fluke gebruikt dit principe al sinds begin jaren '80 in al hun high-end calibrators.

- Rob.

Vertel welk probleem je wilt oplossen, niet met welke oplossing je een probleem hebt.

Uit het november issue (PWM gestuurde voltage reference) van Circuit Cellar:

The present data shows that the output voltage is still a little lower than the expected voltage. I hope to investigate this error in future work. I also have several ideas on improvements to minimize capacitor leakage and increase the PWM rate.

Kortom het werkt wel, maar kan beter. Het aardige van mijn oplossing is dat ik ook zonder dure meter weet wat ik kan verwachten, dat is bij dit niet het geval.
Kwam deze ook nog tegen:

The PentaRef provides 5 different DC reference voltages and is an excellent tool for checking the accuracy of your DVM or DMM. At the time of ordering you specify any 5 voltages (to the nearest 500uV) between 0.25V and 10.0V that suit your needs.

http://www.voltagestandard.com/PentaRef.html

Met 56$ op hetzelfde kosten nivo als mijn ontwerp.

No adjustments; calibration constants stored in non-volatile memory

Dit zet mij wel aan het denken om het mogelijk anders te doen.

[Bericht gewijzigd door Henry S. op 4 januari 2012 00:10:27 (35%)]

It's the rule that you live by and die for It's the one thing you can't deny Even though you don't know what the price is. It is justified.

0.250V - 0.999V, 0.2%
hmm, ik weet niet hoe precies je wilt ijken maar 0.2% tolerence in 6 maanden klinkt niet als heel erg goed.
je kan ook eens kijken naar een LM399, digikey heeft ze nog.
kosten een tientje, doen 1ppm/c en ik denk dat er wel CO leden zijn waar je even je spanningsreferentie kan nameten :)
fred101 heeft een mooie 7.5 digit staan...

Er zijn meerdere ref IC's o.a. Ref50xx van TI.
Fred heeft nog wel meer staan... ;)

Ik heb application note 42 (Voltage reference circuit collection) van LT gevonden, voorlopig voldoende leesvoer.

ik denk dat er wel CO leden zijn waar je even je spanningsreferentie kan nameten fred101 heeft een mooie 7.5 digit staan...

I know, daar zal het wel op uitdraaien idd.

It's the rule that you live by and die for It's the one thing you can't deny Even though you don't know what the price is. It is justified.

No adjustments; calibration constants stored in non-volatile memory

Zo heb ik het bij mijn digitaal-gestuurde labvoeding ook gedaan: een tabel opgesteld, waarin de µC de nodige aanpassing kan vinden om --bij een bepaalde temperatuur-- de gewenste spanning zo precies mogelijk in te stellen.
Het resultaat ziet er dan zo uit:

code:


Date: Tue Jan  3 08:35:12 CET 2012
Connected with Prosje's Fluke
Connected with LabVoeding82 - V2
32.915C
Ingesteld       Real            Diff in mV      Diff in ppm
 1.0000          1.0002         +0.152          +0.152
 2.0000          1.9994         -0.563          -0.282
 3.0000          2.9998         -0.245          -0.082
 4.0000          4.0001         +0.055          +0.014
 5.0000          4.9993         -0.736          -0.147
 6.0000          5.9996         -0.430          -0.072
 7.0000          6.9998         -0.231          -0.033
 8.0000          7.9989         -1.054          -0.132
 9.0000          8.9992         -0.791          -0.088
10.0000         10.0003         +0.297          +0.030
11.0000         11.0004         +0.394          +0.036
12.0000         12.0013         +1.250          +0.104
13.0000         13.0006         +0.580          +0.045
14.0000         14.0005         +0.450          +0.032
15.0000         15.0003         +0.330          +0.022
16.0000         16.0003         +0.330          +0.021
17.0000         17.0001         +0.060          +0.004
18.0000         17.9999         -0.060          -0.003
19.0000         19.0004         +0.430          +0.023
20.0000         20.0001         +0.130          +0.006
21.0000         21.0005         +0.530          +0.025
22.0000         22.0002         +0.150          +0.007
23.0000         23.0004         +0.430          +0.019
24.0000         24.0000         -0.010          -0.000
25.0000         25.0003         +0.310          +0.012
26.0000         26.0005         +0.450          +0.017
27.0000         27.0006         +0.560          +0.021
28.0000         27.9996         -0.410          -0.015
29.0000         29.0006         +0.630          +0.022
30.0000         29.9994         -0.600          -0.020

Ik had eerst een poging gedaan om de temperatuur van de sturing (REF, DAC, opamps) constant te houden, maar dat was geen succes.
Het duurt wel een eeuwigheid, alvorens de tabel (126 x 256 bytes) helemaal gevuld is - ik heb nog steeds openstaande plaatsen bij de hogere temperaturen. Dat wordt wel aangevuld als we nog eens een warme zomer krijgen...

Prosper, yop la boum, c'est le roi du macadam (aldus Maurice Chevalier)

Ik heb twee meters (een Fluke 8842 en een HP 3457) die ik jaarlijks laat kalibreren. Ze zijn toevallig net vanmorgen opgehaald, maar als ze weer terug zijn mag je gerust een keer langskomen :)

Als je je paneelmeter meeneemt kan 'ie ook nog wel even aan de Fluke 5440 gehangen worden ;)

- Rob.

Vertel welk probleem je wilt oplossen, niet met welke oplossing je een probleem hebt.

http://www.pa4tim.nl/?p=2531
Daar staan mijn experimenten. Het nadeel van die rits weerstanden is dat je referentie hoogohmig wordt. Niet erg als je een >10 GOhm wil testen maar bij gewone laagohmige meters gaat het fout. Beter voer je de aftakkingen in naar een fet opamp als spanningsvolger. Zo transformeer je hoge impedantie laar een lage.

Je kan ook een kelvin varley constructie maken. In een electron heeft een diy variant gestaan maar een weerstandadder met opamp is voldoende. 1 mV is niet zo heel moeilijk te realiseren en je hebt nig geen last van seeback, triboelectische effecten, noise, guarding, tempcos ect. Dat is met gewone metaalfilms goed te doen.
De simpelste die ik gemaakt heb blijft nog ruim binnen 500 uV verandring incl temperatuurveranderingen en veroudering.
vref ICs zijn er in verschillende grades. De LT1027 due ik gebruik is een B versie ( sample van LT, Farnell had alleen de C). De A versie is lastiger verkrijgbaar.

Je bent ook hier welkom, 1 mV is geen probleem, ik heb ook de eerste experimenten nog liggen, voor jou doel al meer dan voldoende. Die mag je wel een hebben, zet ze in een kastje met een voedingkje erbij en bussen er op en je bent klaar.

www.pa4tim.nl, Reparatie van meet- en calibratie apparatuur, ook oud en exotisch

Op 3 januari 2012 20:07:15 schreef fred101:
De LT1027 [...] A versie is lastiger verkrijgbaar.

Duh, die is obsolete!

- Rob.

Vertel welk probleem je wilt oplossen, niet met welke oplossing je een probleem hebt.

Ach vandaar lastig te krijgen ;-) , bij LT stond toen ook geen prijs op de site. Ik dacht dat er toen stond op aanvraag maar ik denk dat ik dat verkeerd onthouden heb. Zal wel bij een andere Vref zijn geweest. In de datasheet staat inderdaad obsolete.

www.pa4tim.nl, Reparatie van meet- en calibratie apparatuur, ook oud en exotisch

Fred,

Voordat ik dit topic starte had ik al het topic over de spanningsreferentie gelezen, jouw website en die van Pros.

Je opmerking: "Het nadeel van die rits weerstanden is dat je referentie hoogohmig wordt" snap ik niet helemaal.

De opamp + transistor is geschakeld als stroombron. Wanneer ik bv de 10V uitgang met 10K belast dan regelt de opamp bij. De simulatie in Simetrix bevestigd dit.

De 12.5V en 15V uitgangen zullen dan idd niet meer correct zijn, dit is voor mijn toepassing niet relevant.

In mijn ontwerp ga ik de MAX6126AASA50 vervangen door de LT1027. Ik kom in de toekomst graag een keer bij je langs met m'n bouwsel om af te stellen en te meten.

It's the rule that you live by and die for It's the one thing you can't deny Even though you don't know what the price is. It is justified.

Hang eens 10 K over de 2,5 uitgang ;-) ( of bedoel je 2,5V ipv 12,5 V ? ) met 10 K over de 10 V wordt Ve 17 V dat kan met een paar volle batterijen nog net denk ik. Wel mooi aan jou idee is dat de tempcos van de weerstanden nu niets meer uit maakt. ( zolang die allemaal gelijk zijn tenminste)
De weerstanden moeten wel precies gelijk zijn. Als ze 0,1% zijn en stel er loopt 2,5 mA door de keten heen omdat de onderste precies 1000 ohm blijken, dan is 0,1% 999 tot 1001 ohm. Dus de spanningsval over de andere is dan 2,4975 tot 2,5025 dus je kan er 2,5 mV naast zitten. Om 1 mV te halen moet je dus je weerstanden matchen of naar 0,01%.

Als je een 2,5V Vref neemt kun je hem over de onderste weerstand hangen.

Als je nu een opamp als spanningsvolger er achter hangt, kost je wel een keuze schakelaar als je dat toch al niet ging gebruiken.. Dan heb je een heel lage Ruit en maakt de belasting niks meer uit.

Als je na de Vref gewoon een deler maakt met een opamp erna blijft je voedingspanning constant en heb je een groter bereik. Dan zou je bv de boel uit 12 V kunnen voeden als 10 V als hoogste spanning voldoende is. Met een kleine loodaccu ( bv zoals in alarmsysyemen) kan hij dan heel lang aanstaan. Ik heb er bij mij twee permanent aanstaan. Een 10 V en een 2,5V. De 10 V blijft aan, die zit in en oventje ( wat nog beter moet) de 2,5 alleen om te verouderen, daarna gaat hij uit. Ik heb er eigenlijk geen toepassing voor, het zijn maar experimenten. Tenzij de 10 V stabieler blijkt dan de Fluke 731A want dat is wat ik hoop.

Ik zou wel een echt goede willen maken met zo'n Vref met ingebouwde oven maar het probleem is dat je daarbij ook nog voor heel veel geld aan weerstanden voor nodig hebt ( en meer kennis dan ik nu heb om het ook echt goed te ontwerpen en bouwen)

Oja, in je schema staan wat weerstanden volgens mij kortgesloten.

Je bent welkom. Als hij op batterijen werkt zou ik hem wel een uur ofzo van te voren al aanzetten.

www.pa4tim.nl, Reparatie van meet- en calibratie apparatuur, ook oud en exotisch

Om 1 mV te halen moet je dus je weerstanden matchen of naar 0,01%.

Weerstanden van 0,01% was ik al van plan.

Als je nu een opamp als spanningsvolger er achter hangt, kost je wel een keuze schakelaar als je dat toch al niet ging gebruiken.. Dan heb je een heel lage Ruit en maakt de belasting niks meer uit.

Zal ik ook doen.

Oja, in je schema staan wat weerstanden volgens mij kortgesloten

Oops, zie het nu ook, moet nog even wennen aan simetrix...

Heeft het nog nut om de LT1027 via een LM7815 -> LM7812 te voeden ?

It's the rule that you live by and die for It's the one thing you can't deny Even though you don't know what the price is. It is justified.

Ja, een 78xx voor de LT1027 helpt.
I.p.v. een 78xx kan ook een LM317 of een ander ref IC gebruikt worden.

Roland,

Als je geen onoverkomelijke bezwaren hebt tegen SMD zou je ook eens kunnen kijken naar de LTC6655.

- Rob.

Vertel welk probleem je wilt oplossen, niet met welke oplossing je een probleem hebt.

Geen probleem met smd, mouser heeft 'm niet maar digikey wel.

Wel mooi aan jou idee is dat de tempcos van de weerstanden nu niets meer uit maakt. ( zolang die allemaal gelijk zijn tenminste)

Op basis van bovenstaande uitspraak 's gaan zoeken:

Digi-Key Part Number RNCF0805TKY1K00CT-ND
RES 1K OHM 0.01% 5PPM 0805 SMD Thinfilm
$2.13

Deze zijn 5PPM ipv de orginele 0.2PPM maar kwa kosten scheelt het heel veel, 10 van deze kosten minder dan 1x 0.2PPM.

Ziet iemand een probleem met het gebruik van weerstanden met 5PPM ipv 0.2PPM ?

It's the rule that you live by and die for It's the one thing you can't deny Even though you don't know what the price is. It is justified.

5ppm is al veel beter dan jij nodig hebt. Bij 20 gaden verschil kan de waarde van een 1K dus 100 ppm verlopen. Dat is 0,1 ohm over een heel groot bereik. Het hoeft in ieder geval niet beter te zijn dan de Vref.

Als je er alleen paneel meters mee calibreerd kun je met een tienslags pot een instelbare spanning maken. Even met je multimeter erop instellen op volle schaal en dan aan je paneelmeter.

www.pa4tim.nl, Reparatie van meet- en calibratie apparatuur, ook oud en exotisch

In dit geval is het natuurlijk vooral de differentiële tempco waar het om gaat en niet de absolute. Voor weerstanden uit een en dezelfde batch mag je verwachten dat die redelijk dezelfde TCR hebben. Ik denk dat je worst kaas op 1 à 2 ppm/°C uitkomt, maar waarschijnlijk wel beter.
Plenty goed genoeg dus, zoals Fred al zei.

- Rob.

Vertel welk probleem je wilt oplossen, niet met welke oplossing je een probleem hebt.

Als je er alleen paneel meters mee calibreerd kun je met een tienslags pot een instelbare spanning maken.

Ik wil juist zo min mogelijk potmeters, dit project mag best 50 euro kosten, en daar zit ik op dit moment nog niet aan. Wil er ook meer mee doen dan alleen paneelmeters mee calibreren.

Even met je multimeter erop instellen op volle schaal en dan aan je paneelmeter.

Tsja, daar schort het bij mij nog aan, m'n beste multimeter is een Fluke 27.

http://www.fluke.com/images/products/Industrial/Digital_Multimeters/27_p.jpg

Range and Resolution: 320.0 mV, 3.200V, 32.00V, 320.0V, 1000V
Best Accuracy: ±(0.1%+1)

Ik zal vanavond het shema bijwerken.

It's the rule that you live by and die for It's the one thing you can't deny Even though you don't know what the price is. It is justified.