Referentie weerstanden maken & karakteriseren

Ha Gertjan,

Weer lekkere bezig!

Heb je er al aan gedacht on die vorkjes ook in vergulde uitvoering te kopen? Waarschijnlijk zijn die wel te krijgen bij (niet al te) high-end audio suppliers.
Anderzijds, moet je er wel rekening mee houden dat voor het vergulden van dit soort dingen (ook de klemmen) goud-over-nikkel wordt toegepast (Dat maakt de boel slijtvaster). Of dat Seebeck-effect vrij is, weet ik niet.

Een ander optie is het zelf vergulden met zo'n elektrolytische pen, als die nog verkrijgbaar zijn.

Grtz.,

T.A.

De 10k Vishay Z201 referentie

Voor m’n referentie weerstand heb ik gezocht naar een weerstand met zo goed mogelijke specificaties, die nog normaal leverbaar en betaalbaar is. Ik kwam uit bij de Vishay Z201. (Farnell nr. 1867937)
Een weerstand met een tolerantie van 0,005% (50pm), en een beloofde temperatuurscoëfficiënt (tempco) van een extreem lage 0,05ppm/°C. Ik heb gekozen voor een weerstand van 10k, omdat dat een standaard waarde is, net als 10V DC. 10k is relatief makkelijk nauwkeurig te meten. Bij lage weerstanden gaan overgangsweerstanden meespelen, bij hoge weerstanden allerlei lek paden.

Vishay maakt nog veel mooiere, hermetisch gesloten weerstanden. Maar dan worden de prijzen al snel erg hoog, de leverbaarheid slecht , en de levertijden lang....

Over de Vishay Z201 doen wilde en uiteenlopende verhalen op internet de ronde. Dat komt enerzijds omdat de Vishay specificaties vrij optimistisch zijn ,uitgaande van ideale omstandigheden. De belangrijkste reden ben ik inmiddels achter: de Z201 is een kruidje roer me niet.....

De eerste versie van het Z201 bakje heb ik hier laten zien in het topic van Blackdog.
Hier nog even een foto van de 1e versie:

De Z201 gevoelig is voor mechanische spanning op de pootjes...
Daar kwam ik achter toen ik de weerstand bij Blackdog aan z’n uiterst nauwkeurige 3458A meter had hangen. Ik had een tyrapje om weerstand en temperatuur sensor gedaan om ze goed te koppelen Daardoor werden weerstand en sensor ook iets tegen elkaar getrokken. (ik had ze natuurlijk al tegen elkaar gemonteerd). Toen ik dat tyrapje gemonteerd had meende ik al weerstandsverandering te zien... Door bij Blackdog dat tyrapje weer los te knippen zag je de weerstand op de meter veranderen.
Verder experimenteren leerde toen dat de weerstand te veranderen is door tegen de weerstand te duwen etc. Zelfs wrikken met een banaansteker in de aansluitbus gaf (miniem, sub ppm) weerstandsverloop....

Al met al reden voor versie 2:

De weerstand zat rechtstreeks onder de klemmen geschroefd, en zit nu op een keramische draadsteun midden in het bakje.

Daar had ik de volgende redenen voor:
- Weerstand blijkt dus gevoelig voor bewegen en mechanische spanning op z’n pootjes
- Meeste warmte komt weerstand binnen via de geleidende pootjes. Die zitten nu aan dunne draadjes i.p.v. rechtstreeks aan de aansluitklemmen.
- Nu kunnen de moeren van de aansluitklemmen aangedraaid worden (service in de toekomst etc.) zonder de weerstand te beïnvloeden.
- Het koperdraad van de weerstand is erg zacht. Ik was bang dat dat in de loop van de tijd zou vervormen door de druk van de moeren, en dat dan de contactweerstand in de loop van de tijd zou verslechteren.

In het nieuwe bakje gedraagt de weerstand zich anders!

De weerstandswaarde is met ruim 12ppm gedaald. (kan ook door het solderen komen...)
En het temperatuursgedrag is totaal anders! Dit is een tempco meting van de weerstand in het originele bakje:

Bij een temperatuursverandering van zo'n 20° verandert de weerstand 6ppm. Ik kon uit deze meting een heldere tempco curve uithalen:

Ik kom op een tempco van rond de -0,3ppm/°C. Een hele mooie waarde, maar niet wat Vishay beloofd heeft....
Het getrapte verloop van de curve komt omdat de stappen op de Y-as slechts 1 laatste digit van m'n meter zijn. Het is de resolutie van m'n meting.....

Maar toen ik dezelfde meting herhaalde met de Z201 gemonteerd in het nieuwe bakje kreeg ik dit:

De temperatuurs afhankelijkheid is duidelijk veel kleiner geworden! Maar van wat er over blijft kan ik weinig zinnigs opmaken..... De daling links (eerste anderhalf uur) is tempco van de meter. Hoewel die al de hele nacht had aangestaan werd hij toch nog wat opgewarmd omdat er voor de meting wat meer aanstond. Als belangrijkste boosdoener verdenk ik de warmte van de TL-buis onder de meterplank....

Verder lijkt die Z201 zich nu dus weinig meer van temperatuur aan te trekken... Ondanks een variatie van 20°C varieert de weerstand niet meer dan 1ppm. Toen ik dat zag heb ik aan het eind van de meting de temperatuur snel nog een keer omhoog en weer terug gejaagd. (Bijna) zelfde resultaat. (Vermoedelijk door de snelle temp verandering meer hysteresis)
Nu gedraagt hij zich opeens een stuk beter volgens de Vishay specs....
Natuurlijk moet ik dit nog beter gaan uitzoeken, maar het zit flink aan de grens van mijn meetmogelijkheden...

Wel denk ik nu te weten waarom die Vishay Z201 een kruidje roer me niet is. De gebruikte weerstand folies werden oorspronkelijk door Vishay ontwikkeld voor rekstrookjesachtige toepassingen. Die gevoeligheid voor mechanische spanningen is dus niet zo raar. De weerstand is opgebouwd uit 2 folies met tegengestelde temperatuurscoëfficiënten. Die als het goed is mekaar precies compenseren. Maar als er op 1 folie een toefje meer spanning staat dan op de andere....

Ook lijken er hysteresis effecten te zijn. Maar de bottomline is toch dat deze weerstand èrg ongevoelig is voor temperatuurschommelingen.
Wordt vervolgd...

Groet, Gertjan.

Ha René,

Luchtvochtigheid is zeker een punt van aandacht.
Vandaar dat onderin m'n weerstandbehuizingen een zakje silicagel korrels ligt.
Nu de bakjes (hopelijk) hermetisch dicht zitten valt er weinig meer te meten....

Ik heb berichten gelezen dat de Econistors gevoelig zouden kunnen zijn voor luchtvochtigheid. Tot 2ppm/%RH. Dat zou flink zijn....
Maar de berichten zijn erg uiteenlopend. Ook niet zo raar voor weerstanden die al decennia lang gefabriceerd worden.
Inderdaad begin ik me wat zorgen te maken over verloop door lage RH in het bakje door de silicagel...... Aangezien dat een langzaam proces is (tijdconstante van dagen tot maanden) zal ik dat af moeten wachten....

groet! Gertjan.

Ha Gertjan,

Jij zegt 'hermetisch afgesloten', maar ik zie dat je bij de doorvoeren van de aansluitbussen geen afdichting hebt.
Je zou toch moeten beginnen hier iets met O-ringen te doen, maar ook hermetische connectors moeten toepassen.

Aan de andere kant, als je werkelijk hermetisch wilt afdichten, zul je de druk tussen buiten en binnen moeten equilibreren door middel van een gaatje dat aan de binnenzijde wordt afgedicht door een elastisch membraan.
Zoiets wordt ook in een harddisk toegepast.
Doe je dit niet, dan zal er altijd lucht van buiten naar binnen stromen als de druk in het kastje lager is dan buiten, met het gevolg dat er waterdamp mee naar binnen stroomt, maar niet meer naar buiten kan. Hierdoor zal de rel. vochtigheid binnen steeds groter worden.

Grtz.,

T.A.

Ha Tidak Ada,

Ik schreef dat de "de bakjes (hopelijk) hermetisch dicht zitten"
De connectors heb ik 2x afgelakt om ze luchtdicht te maken. Op de grote versie van de laatste foto in de startpost is dat wel te zien.
Het werkt goed, dat was goed te merken door b.v. aan de BNC connector te zuigen. Zonder lak was het makkelijk er lucht door te zuigen, afgelakt lukte dat niet meer.

ik heb gezocht naar hermetisch afsluitende connectoren, met name voor de temperatuur sensor wilde ik een klein 3 of 4 polig connectortje gebruiken (ala 4p Lemo). Maar helaas, behalve een paar kostbare types kon ik ze niet luchtdicht vinden. Meestal omdat de aansluitpinnen losjes in de kunststof voet zitten... Er zijn wel allerlei IP- 65 connectors, maar die zijn dan dicht als mannetje en vrouwtje aan elkaar zitten. En dit chassisdeel slijt z'n meeste dagen alleen...

Omdat de behuizing natuurlijk niet echt hermetisch is, ligt onderin het bakje een zakje silicagel, zodat binnenkomend vocht daardoor opgenomen wordt.

Dank voor je meedenken! Ik sta open voor betere ideeën om m'n weerstanden op constante luchtvochtigheid te houden
De uitdaging is vooral om dat gedurende vele jaren ook zo te houden....

groet, Gertjan

In plaats van lak, had ik Liquid Gasket gebruikt. Dat spul wordt gebruikt in de autobranche om pakkingen te maken en kan derhalve hoge temperaturen en druk aan en word 'pakt' goed op metalen delen.

Ik heb deze:

Maar ik zou me er verder niet druk om maken, hoe je het nu hebt opgelost. Precisie meters zoals een Keithley DMM5710 hebben ook geen luchtdichte behuizing om zich heen.

<ot>
Valt me trouwens op dat er nog niet 'gezeurd' wordt over de handgeschreven labels. Ik weet het Dymo labels zijn not-done (ik hem daarom een Brother P-Touch)
</ot>

Ha flash2b,

Hoge temperaturen zijn hier niet van toepassing. Bij de eerste tempco metingen merkte ik dat bij 40°C de moeren van de apparaatklemmen na afloop wat losser zaten omdat het kunststof wat week geworden was en dus wat vervormd...
Verder is het eigenlijk alleen maar zinnig om tempco te testen op het stukje dat je nodig hebt. Zeg 15°...25°C. Dat geeft een beter beeld, zeker als de tempco curve niet lineair is.
En als de tempco eenmaal bepaald is worden de weerstanden alleen nog maar rond de 20°C gebruikt

Ik kende die Gasket Maker niet. Dus goed om te weten dat het bestaat.

De 1 jaar spec van die Keithley DMM5710 is voor het 10k weerstandbereik ±45ppm. Daar zit de luchtvochtigheid variatie gewoon in verdisconteerd.Ik zou m'n weerstand het liefst op 1ppm stabiel willen houden....

Voorlopig zie ik die bakjes nog als prototypes, met dus tijdelijke markeringen. Wel heb ik al besloten om er geen frontjes voor te maken, omdat dat extra laagje papier tussen kast en chassisdelen de luchtafdichting niet ten goede komt.
Maar dank voor het idee: Wellicht ga ik er wel Dymo labels op plakken

groet! Gertjan.

Ha ohm pi,

Interessant idee! Het voegt wel flink wat complexiteit toe....
En dat past niet meer in mijn "goed maar basic", niet "het onderste uit de kan" aanpak

Grootste probleem van een "actieve" aanpak is dat je moet bedenken dat ik van deze weerstanden over vele jaren, zelfs hopelijk decennia , de drift en andere eigenschappen wil volgen.
Na de eerste test & finetune periode zullen ze alleen uit de kast komen als ik ze nodig heb, of voor de jaarlijkse controle/drift meting.
Aangezien het proces van het binnendringen van vocht in de weerstanden heel langzaam is, denk aan weken of maanden, zou die actieve luchtvochtigheid regeling altijd aan moeten staan....

@ Tidak & flash2b
Een andere overweging bij mijn keuze voor het afdichtmiddel was dat als het doosje min of meer luchtdicht is, alle gassen die de lak/kit nog uitdampt niet de weerstanden mogen aantasten. Dat was ook een reden dat ik gekozen heb voor een lak die bedoelt is voor elektronica gebruik.

Ik gebruikte Plastic70 van Kontact Chemie, bedoeld voor conformal coating. Beetje lak in de de dop van de spuitbus spuiten, en dan met een kwastje aanbrengen.
Het spul is waterdun, en zuigt dus mooi in de spleetjes en gaatjes in en onder de connectoren. De tweede aangebrachte laag ligt daar dan mooi als een externe laag overheen.
Natuurlijk heb ik na het lakken het bakje eerst een week open op de kachel laten liggen...

groet, Gertjan.

Kan je de truc niet toepassen die men bij lenzen van verrekijkers gebruikt om condensatie te voorkomen.
Deze worden geassembleerd in een omgeving die rijk is aan stikstof.
Stikstof is een beetje "lichter" dan lucht (soortelijk gewicht 1.26 tov 1.29 kg/m³), hierdoor zal de stikstof de omgevingslucht steeds proberen naar buiten te duwen.

Bij het "drogen" van airco installaties doet men iets gelijkaardig.
Men vult (voor het vullen met freon), de airco installatie onder druk met stikstof om de aanwezige lucht te verwijderen. Hierdoor wordt ook het aanwezige vocht verwijderd. Anders zou dit kunnen bevriezen tot ijsbolletjes en zo de compressor beschadigen.

Indien je een dichte glazen stolp hebt, kan je die omhoog hangen (met de opening naar beneden) en vullen met stikstof. Omdat stikstof lichter is dan lucht gaat deze de aanwezige lucht (en de opgeloste waterdamp) vervangen.

Dan is het de bedoeling dat je de behuizing onder de stolp plaatst en deze daar dicht schroeft.

Om de stikstof binnen de behuizing te houden is het misschien ook aangewezen om het huidige deksel als onderzijde te gebruiken en het hoge gedeelte als bovenzijde. Ervan uitgaande dat de gegoten alu behuizing dichter is dan de rubberen afdichting rondom het deksel.

Eventueel de aansluitklemmen beneden aan de voorzijde monteren en de weerstand bovenin, waar de kans op aanwzigheid van stikstof groter is.

[Bericht gewijzigd door pamwikkeling op maandag 27 maart 2017 10:50:15 (17%)]

Ha pamwikkeling,

Bedankt voor je interessante idee! Ik moet er wat langer op kauwen...
Belangrijkste vraag is of ik denk dat m'n bakje zo luchtdicht is dat die stikstof er na vele jaren nog steeds in zit.
Je toevoeging geeft aan dat je ook al op dat vlak zat te denken.

Wat je in elk geval niet wilt, is dat je over jaren een bepaalde drift van de weerstand meet, en dat dan blijkt dat die als oorzaak heeft dat de stikstof langzaam ontsnapt is. Dan kun je beter zonder beginnen...
(Dan heb je dus wel variatie door RH verschillen, maar die zullen zich in jaren wel uitmiddelen).

@ rbeckers
Ook mijn Vishay Z201 lijkt erg stabiel. ( maar het proces van vocht in de behuizing trekken kan maanden duren...)
Het lijkt er op de Econistors gevoeliger zijn. Weet nog niks zeker....

groet, Gertjan.

Hi,

Ik denk dat de kastjes van Gertjan "dicht" genoeg zijn.
De temperatuur en de veroudering zijn volgens mij dominant.

Natuurlijk kan het mooier, maar de gevoeligheid voor vocht is meestal opgegeven voor een gebruik in een "open" omgeving.
Bij Gertjan zit het geheel in een "waterdicht" doosje dat maakt de variaties volgens mij zo klein, dat dit niet meer meespeeld.

Groet,
Blackdog

Ha Blackdog

Dat denk ik natuurlijk ook.
Die gedachten zijn het uitgangspunt waarmee ik m'n kastjes bedacht heb.
Maar ik blijf natuurlijk open staan voor betere ideeën.

En nu ik een zakje gedroogde silicagel onder in de afgesloten Econistor bakjes heb liggen meen ik een effect te zien....
Eerst een paar dagen afwachten, en rustig verder meten om te kijken of er echt wat te zien is....

groet, Gertjan.

Ondertussen ga ik verder met m’n inhaalslag

De Econistor referentie weerstanden

Toen Blackdog hoorde van mijn referentie weerstand plannen gaf hij mij spontaan een handvol Econistor weerstanden . Dit zijn 2kΩ 0,1% draadgewonden precisieweerstanden, oorspronkelijk ontwikkeld en gemaakt door General Resistance.

Ze worden nog steeds gemaakt. General Resistance is nu overgenomen door Prime Technology, en ze worden nu gemaakt in de Dominicaanse Republiek. Ze worden internationaal verkocht door distributeur RhoPoint onder de naam "Econistor". Ook gewoon te koop bij Farnell.
Hier een oude datasheet (met dank aan Blackdog), en een recente datasheet.

De weerstanden van Blackdog zijn gemaakt in 1989 (datecode 8919). Voordeel is hopelijk dat door die ouderdom de meeste veroudering nu wel geweest is, en de resterende lange termijn drift laag zal zijn.

Toen ik de weerstanden kreeg van Blackdog zei hij met een lachje dat ik dan zelf maar moest bedenken hoe ik een mooi 10k setje bij elkaar zocht. Dat lachje deed mij vermoeden dat dat lastiger kon zijn dan je op het eerste gezicht zou vermoeden.

En dat bleek ook. Metend aan de weerstanden kwam ik er al snel achter dat ik eigenlijk elke keer net wat anders meette. Ook met fatsoenlijke Kelvin kabels. Er waren gewoon te veel variabelen: contact weerstand, temperatuur van de weerstanden, temperatuur van de meter....
Laten we maar zeggen dat het me een aardig beeld gaf van de problematiek rond het maken van, en meten aan referentieweerstanden
Het schoonpoetsen en oxidevrij maken van alle aansluitdraden was de eerste flinke verbetering.
Daarna kon ik met een heel lang opgewarmde meter, in een kamer op stabiele temperatuur betrouwbare metingen doen. Zo heb ik alle weerstanden gemeten:

Maar wat zeggen die getallen? Bij een andere temperatuur (van weerstanden en/of meter) meet ik weer wat anders.... En als ik de specificaties van m’n Fluke 8846A uitpluis, dan heb ik op het 10kΩ bereik, een jaar na calibratie, alles bij elkaar 110ppm onzekerheid. Dus de 2 laatste digits zijn eigenlijk onzeker. Volgens het calibratie rapport geeft de meter op het 10kΩ bereik 15ppm te weinig aan, maar dat was een jaar geleden...

Maar relatief had ik de weerstanden nu wél goed op volgorde, tot op de ppm nauwkeurig.
Volgende stap was om 1 weerstand in een bakje te zetten, en die beter te karakteriseren:

Daarmee ben ik naar Blackdog geweest, en hebben we die weerstand aan zijn 3458A gemeten. Die 8,5 digit meter is een factor 10 nauwkeuriger (en stabieler!) dan mijn Fluke 8846A.
Mijn “1.999,91” bleek bij hem aan de 3458A 1999,992Ohm te meten. Dat dan wel bij 22,62°C.....

Nu kon ik mijn “hoera waarden” omrekenen naar absolute Ohms.
Behalve dan dat die tempco factor was nog onzeker was....
Dus heb ik van dat 2kΩ bakje de temperatuurcoëfficiënt gemeten:

(een verhaal op zich, maar hier al verteld)
Voor het stukje rond 20°C kwam ik op 2,5ppm/°C uit. Nu kon ik de gemeten waarden naar de waarde bij de door mij gekozen standaard temperatuur van 20°C omrekenen. En kon ik dus eindelijk setjes van 10k en 1k bij elkaar zoeken.
Door de weerstanden in een spreadsheet te zetten ging dat een stuk makkelijker.

Hier het setje van de 5 uitgezochte Econistors gemonteerd in het bakje. De andere 2 weerstanden zitten er onder gemonteerd om het totaal thermisch compact te houden.

Maar wat voor 10kΩ wilde ik eigenlijk?
Mooi rond 10.000,00 op mijn meter? Zeker niet! Volgens het calibratie rapport geeft mijn meter 15ppm te laag aan, en ik schat dat daar inmiddels zo’n 18ppm is bijgekomen.
Mooi rond 10.000,000 op de 3458A van Blackdog dan? Beter (ong. 10x beter...), maar toch ook maar niet.... Ook die meter is al weer een jaar uit z’n cal. En zelfs als die meter perfect was, dan zullen m’n weerstanden driften, en na een tijdje toch weer anders zijn....

Uiteindelijk heb ik gekozen om m’n 10k Econistor zo dicht mogelijk bij m’n Vishay Z201 te maken.
Uiteindelijk zal ik die 2 weerstanden blijven vergelijken, en de Vishay zit erg dicht bij de 10kΩ.

Voor later gebruik maakt de absolute waarde me eigenlijk niet zoveel uit. Als je een meter wilt checken zie net zo goed hoeveel hij afwijkt met 10.000,00 Ohm als met 10,001,23 Ohm... Ook voor dingen als drift meten vergelijk je toch steeds een waarde met z’n voorgangers.

Groet, Gertjan.

Een 4 puntsmeting bij een multimeter, werkt die als een brug van wheatstone, of zijn het echt 2 sense lijnen?

Zo maar even een gedachtegang, maar als het een wheatstone brug is dan zou je misschien bij een 4 puntsmeting beter 4 terminals (banaanbussen) kunnen gebruiken met hetzelfde plating materiaal. Aangezien dan bij alle overgangen de seebeck spanningen gelijk zijn, zodat ze in een stroomkring elkaar opheffen.

Ha Red_Arrow,

Ik had inderdaad natuurlijk eerst even die 4-draadsmeting uit moeten leggen... Begin bij het begin

Bij elke weerstand meting stuurt de meter een bekende stroom door de weerstand, en meet vervolgens de spanning over die weerstand. Nadeel van het meten met 2 draden is dat je de weerstand van die draden dus ook mee meet (want door de meetstroom valt daar ook spanning over...)

Hier een (van internet geplukt) schemaatje van het 4-draads principe:

(De klemmen hebben dezelfde kleur en volgorde als op mijn bakjes)

Het principe is nog steeds hetzelfde. Maar nu worden aparte aansluitingen (source) gebruikt om de stroom door de weerstand R_subject te sturen. De meter meet nu de spanning over de weerstand via de aparte sense aansluitingen.

De meetstroom loopt dus niet door de spanning meetdraden, waardoor daar ook geen spanningsval optreed, en puur de spanning over R_subject gemeten wordt.

Nu terug naar jouw vraag:
Die source klemmen zijn dus niet kritisch, mocht daar extra weerstand of spanninkjes ontstaan, dan regelt de stroombron van de meter bij, zodat toch weer precies de nominale stroom door de weerstand R_subject loopt.

Maar als er over de sense klemmen spanninkjes door thermische EMK (Seebeck) ontstaan, dan worden die door de meter vrolijk bij de spanning over R_subject opgeteld...

groet, Gertjan.

Ha Ohm Pi,

Zo doet Fluke het met zijn peper-dure Fluke 742A-10K Resistance Standard:

_{(foto van EEVblog)}

Waar het natuurlijk om gaat is dat er geen stroom door sense leidingen loopt. Dus je kunt ook de force en sense aansluitingen op hetzelfde punt aansluiten. (maar ze niet omdraaien )

Als je inzoomt op de grote versie van die foto van m'n 10k Econistor bakje, dan kun je zien dat ik het toch niet kon laten om de sense draden een toefje dichter bij de weerstand te plaatsen dan de source draden. Maar zolang ze in de zelfde soldeerblob zitten maakt het eigenlijk niet uit (hoe groot denk je dat de weerstand van die soldeerblob is t.o.v. de 10k weerstand )

groet, Gertjan.

Ha pamwikkeling,

Je maakt een denkfout....
De meetstroom loopt door de source draden. In het 10kΩ bereik is de stroombron ingesteld op 100µA. Over die 10k weerstand valt dus 1V. Die ene Volt wordt gemeten via de sense draden, met een Voltmeter met 10MΩ ingangsimpedantie.

Moet ik verder gaan? Door die sense draden loopt dus 0,1µA. Stel dat ze zelfs 1Ω weerstand hebben (het zal een paar mΩ zijn), dan valt daar dus 0,1µV over. 10 miljoen keer minder dan over de weerstand, en daarmee nog 10x onder de resolutie van de 6,5 digit meting....

Ik heb die draadjes juist bewust dun genomen. Dit om de weerstand zoveel mogelijk thermisch te ontkoppelen van de aansluitklemmen.

Misschien nog een dwaze opmerking. Maar bestaan er weerstanden met een positieve en een negatieve temperatuurscoëfficiënt ?
Met een juiste combinatie heffen de fouten zich op ?

Dat is een uitstekend idee! Het wordt ook toegepast. Zo komt die Fluke 742A van het plaatje hierboven aan z'n lage temperatuurscoëfficiënt.

In mijn Vishay Z201 zit het zelfs ingebouwd: 2 materialen met tegengestelde tempco. Vandaar ook het soms merkwaardige gedrag van die weerstand: als die folies niet precies tracken (ongelijke temperatuur, mechanische spanningen) is de canceling niet perfect, en zie je merkwaardige artefacten. Maar die zie je alleen maar omdat de bulk van de tempco nog steeds gecompenseerd is

@rbeckers, over rode cijfers
Ik had die getallen inderdaad beter in zwart kunnen schrijven: de meeste zitten boven de nominale 2kΩ
Vooral als je die gemeten waarden compenseert voor de afwijking van mijn meter, die naar schatting 33...35ppm te laag aanwijst. (15ppm volgens cal.rapport, plus 18...20ppm verloop daarna, volgens 3458A Bram)

Interessant is dat die gemeten waarden een mooie Gauss curve vormen. Even aangenomen dat de productie perfect onder controle was, en ook aangenomen dat ik een statistisch perfecte sample heb gekregen, dan zou de top bij 2000,00 Ω moeten liggen.

Bij mijn weerstanden ligt die top bij 2000,045Ω. 22,5ppm te hoog dus. Een (vergaande) conclusie zou kunnen zijn dat deze batch weerstanden in hun leven gemiddeld 22,5ppm omhoog gedrift zijn

groet, Gertjan.

Ha rbeckers,

Inderdaad zijn mijn weerstanden beter dan mijn Fluke 8846A...
Gelukkig heb ik vrienden

Zo is het mooi dat terwijl ik volgens de 8846A specificaties een onzekerheid heb van inmiddels meer dan 110ppm bij 10kΩ, ik dankzij deze weerstanden en metingen ik 10kΩ tot op 10ppm kan bepalen. Over een paar weken hoop ik zelfs binnen een paar ppm. Daarna wordt die onzekerheid wel weer langzaam groter....

Om dit alles in perspectief te zien: mijn doelstelling was een nauwkeurigheidsniveau bepaald door mijn beste meter, de 8846A dus.
Valkuil is natuurlijk om langzaam steeds nauwkeuriger te willen bepalen. Meer digit meters, nauwkeuriger weerstanden.
Een vicieuze cirkel, met afnemend nut. (Dat nut wordt dan vervangen door "nuts", als in voltnuts, timenuts etc. )
Gaan we dus niet doen...

Die Gauss curve is interessant, maar er zitten naar mijn smaak te veel aannames in mijn betoog....

@ Aart,
Dat is een hele heldere observatie, en een goede analyse van wat er speelt. Een uitstekende bijdrage dus!
Leuke parallel met slingerklokken....

Ha Martin V,

Dat is een heel goed idee! Sterker nog, Blackdog is bezig dat idee uit te voeren! Hij schrijft er over in dit topic.

Ik heb gekozen om geen oven toe te passen, vanwege mijn "goed maar basic", maar niet "het onderste uit de kan" aanpak.

Ik zag als nadelen van de ovenaanpak:
- Complexer
- Door de inwendige warmtebron is het lastiger om alles op dezelfde temperatuur te houden, en meer problemen met Seebeck
- Mogelijk hogere lange termijndrift door snellere veroudering van de de weerstanden door de hogere temperatuur.
- Die oven houdt natuurlijk ook luchtvochtigheid variaties buiten de deur. Maar dan zou je hem wel 24/7 aan moeten zetten. En dat voor een weerstand waar je maar een paar keer per jaar aan wil meten.
- Referentie weerstanden van de grote merken zijn veel beter dan de mijne,en ook zonder oven.

Ik wil hiermee zeker niet zeggen dat de oven aanpak minder is, in tegendeel. Je zou hiermee inderdaad superieure prestaties moeten kunnen halen. Vraag voor mij was meer of ik dat prestatie niveau nodig had, en de extra complexiteit er voor over had. Blackdog is zeer ervaren met ovens. Dus ik ben heel benieuwd hoe zijn aanpak zich gaat verhouden tot mijn bakjes....

Anders gezegd, ik denk dat het voor het door mij gewenste prestatieniveau ook zonder oven moet kunnen, en vindt het leerzaam om dat straks te kunnen vergelijken met de dezelfde weerstanden, maar dan in een oven van Blackdog.
Daar kijk ik naar uit!

Edit: nog een andere invalshoek:
- Bij een oven stook je de tempco er uit
- Bij mijn aanpak met ingebouwde temperatuur sensor gecombineerd met Excel reken ik de tempco er uit

groet, Gertjan

Ha Brainbox,

Heb je het Seebeck effect, waar we het hier steeds over hebben opgezocht?
Naast de eerder gegeven verwijzing heb ik hier nog een link voor je: Seebeck coëfficiënt

Heel in het kort: als je 2 metalen tegen elkaar houdt zal bij temperatuursverschil tussen die metalen een spanning ontstaan. Aangezien dat spanninkje bij je meting opgeteld wordt, wil je dat zo klein mogelijk houden.
Dat spanninkje wordt uitgedrukt in een Seebeck coëfficiënt. Dat is de optredende spanning in µV/K ten opzichte van platinum.

Als je nu naar de tabel in de link hierboven kijkt zie je een hele lijst met materialen met bijbehorende coëfficiënten.
Wat opvalt is dat goud, zilver en koper dezelfde coëfficiënt hebben (6,5) Dat betekent dat je die dus kunt samenvoegen zonder dat er een thermo-electrische spanning optreedt.
Nikkel daarentegen heeft een coëfficiënt van -15, en er zal bij een nikkel koperverbinding dus een flinke spanning ontstaan....

Edit: Of vraag je je af in hoeverre het dunne laagje van het vergulden invloed heeft op het Seebeck effect?
Dat is een goede vraag, waar de geleerden het niet over eens zijn
Mijn insteek was dat een laagje goud over messing in elk geval gunstiger is dan een laagje nikkel over messing.

groet, Gertjan.

[Bericht gewijzigd door miedema op dinsdag 28 maart 2017 16:02:54 (13%)]

Gister heb ik de tempco van de Econistor 10k weerstand gemeten.

Omdat deze weerstandbakjes bedacht zijn voor gebruik bij constante temperatuur was het geen probleem dat de temperatuursensor slechts losjes met de weerstanden is verbonden. Zodra je de temperatuur omhoog en omlaag gaat jagen wordt dat anders. Dan zou je weerstand en opnemer zo goed mogelijk willen koppelen. Bij de Econistor 10k weerstand speelt dat nog wat meer, omdat die 10k gevormd wordt door een clustertje weerstanden:

Ik heb geprobeerd die temperatuur sensor daar zo goed mogelijk bij te brengen, maar toch....
De LM35 temp. sensor is de TO-92 behuizing met oranje-wit merkje.

Aan de positieve kant blijft dat dikwandige aluminium bakje zorgen voor een gelijke interne temperatuur. Mijn oplossing is om die temperatuursveranderingen zo geleidelijk mogelijk te doen. Je bent dan wel een hele dag bezig met een tempco meting..... Maar goed, in principe hoef ik dat maar 1x te doen

Hier het resultaat van een dagje tempco meten:

^{klik voor grote versie}

De blauwe lijn is de temperatuur. Begonnen met een half uur op kamer temperatuur, dan omhoog naar 29°C, en dan naar beneden naar 12°C. Daarna weer terug naar kamer temperatuur, en dat nog een tijd laten staan. Lekker langzaam, zodat de temperaturen in het bakje (en van de verbindingen aan de aansluitbussen, Seebeck!) toch vrij homogeen blijven. Zo ben ik dus al met al 9,5uur bezig geweest.....

De rode lijn is de weerstandswaarde. De tempco is positief: wordt de temperatuur hoger, dan wordt de weerstand dat ook. De lijn golft mooi mee met de temperatuurcurve, dat is een goed teken.

Een recente verbetering is dat ik die weerstandscurve middel over en aantal metingen, (hier een voortschrijdend gemiddelde over 15 metingen van 10sec.) Voordeel is dat ik hierdoor de “traptredes” van de laatste digit resolutie grotendeels kwijtraak, en de tempco beter te beoordelen is.

Een andere recente toevoeging is de groene curve. Dit is de weerstand, maar met de tempco er uit gerekend. Theoretisch moet dat een rechte lijn opleveren, maar tempco is bijna nooit lineair over het temperatuursbereik, en dat kan je zo mooi zien. Hier is duidelijk zichtbaar dat de gevonden tempco van 3ppm/°C bij hoge temperaturen eigenlijk te hoog is (de groene lijn toont wat negatieve tempco), en bij lage temperaturen eigenlijk wat te weinig is (er zit daar nog een beetje positieve tempco in de groene curve).

Als ik vervolgens de weerstand tegen de temperatuur plot krijgen we de tempco curve te zien:

^{klik voor grote versie}

Op het oog een mooie rechte lijn, met een steilheid van de gevonden 3ppm/°C.
Er zit weinig ruimte tussen het omhoog en omlaag gaande deel van de lijn. Dat is mooi. Dat betekend dat er weinig hysteresis in de weerstand zit èn in de meting. Met andere woorden, de matige koppeling van weerstand en temp sensor was toch voldoende voor deze snelheid van temperatuur veranderen.

Ook hier de groene curve waar de tempco uit de weerstandswaarde gerekend is. Ideaal zou dat een horizontale lijn opleveren (tempco = 0). Hier heb ik die groene curve gebruikt om de te bepalen tempco zo uit te mikken dat de lijn op het belangrijkste stukje 20°....25°C precies recht loopt.
Dat die groene lijn aan beide zijden een beetje afloopt verraadt dat de tempco curve toch een beetje boogvormig is.....

Dus.... resultaat van een dagje meten is dat ik noteer dat m'n 10k Econistor een tempco heeft van 3ppm/°C voor 20°...25°C. Dat is de range waarbinnen deze weerstand gemeten zal worden.

Die 3ppm/°C is wèl 10x slechter dan de Vishay Z201 in de oorspronkelijke versie, nu is hij waarschijnlijk nog beter.
Om dat in perspectief te zien: een normale metaalweerstand heeft een tempco van 100ppm/°C. De "low tempco" weerstanden die ik voor m'n 10MHz Master Clock gebruikte zijn 15ppm/°C. Dus die Econistors zijn nog steeds hèèl erg goed!

Groet, Gertjan.

Heb je het Seebeck effect, waar we het hier steeds over hebben opgezocht?

Ik ken het Seebeck effect heel goed, ik heb er bijna dagelijks mee te maken.
Je hebt gelijk dat er een spanningsverschil meetbaar als er twee verschillende materialen met elkaar vebonden worden waarbij er een temperatuurverschil bestaat tussen het koppelpunt en het "andere" einde.
Bij een thermokoppel is dit het verschil tussen het laspunt van twee draden en het "koude" einde.
Wat ik niet zie hoe de ene kant van een laagje goud van enkele uM dik een meetbaar andere temperatuur kan hebben dan de andere kant.
Er bestaat dus effectief nagenoeg geen temperatuurverschil in de connector zelf, dus ook geen spanningsverschil.
Wel kan er een temperatuurverschil ontstaan als er een verschil in temperatuur is tussen de beide connectoren onderling.
Omdat je de beide bussen geïsoleerd hebt met kunststof bussen zou ik daar eerder problemen mee verwachten.
Maar je oplossing om het geheel in een plastic doosje te plaatsen zal dat onderlinge verschil minimaal houden.
Bij professionele thermokoppel meters zijn de aansluitingen vaak thermisch gekoppeld zodat er zo weinig mogelijk temperatuurverschil is tussen de twee aansluitpunten.
Die zitten dan op een aluminium blok waarop ook de koude las compensatie zit.

Ha Brainbox,

Allereerst excuses dat ik je kennisniveau niet goed ingeschat had...
Die snelcursus Seebeck had ik dus wel achterwege kunnen laten

Waar ik qua Seebeck vooral aan denk is de overgang van de banaansteker (of vorkje) en de aansluitbus. De banaansteker is thermisch gekoppeld aan z'n kabel, de aansluitbus aan het inwendige van het bakje. Tussen die twee is de kans op Seebeck dus het grootst.

Daarbij kun je je inderdaad afvragen wat daarbij meer bepalend is, de dunne vergulde laag, of het onderliggende messing. Uiteindelijk is het wel dat goud, hoe dun ook, dat in contact is met de connector met de afwijkende temperatuur....
Ik heb gezocht, maar kon in de literatuur geen goed antwoord op die vraag vinden. Misschien heb jij daar ervaring mee?

Omdat je de beide bussen geïsoleerd hebt met kunststof bussen zou ik daar eerder problemen mee verwachten

Die zin van je begrijp ik niet....

Tot slot mijn pragmatische keuze van deze aansluitbussen: messing is al weer de helft beter als nikkel. En goud over messing zal altijd beter zijn dan nikkel over messing.... Tellurium koper bussen vond ik te duur voor deze no-nonsense opzet.

groet, Gertjan.

Ha rbeckers,

Er is hier een argument dat het complexer maakt...
Wat als dat goud rondom het messing omvat, en je dus alleen (in en uit) contact maakt over dat goud.
Tel je dan alleen het goud,of zijn die paar micron te dun....
Daar zit de crux. Ene argument: Het goud telt, en maakt niet uit wat er onder zit. Andere argument: die toplaag is zo dun, dat je vooral te maken hebt met wat er onder zit....

(Zoals bekend zit mijn oplossing vooral in je eerste zin)

groet Gertjan