Úprava M1T380, part VI - redesign vstupního dílu

Aktuálně probíhá předělání vstupní analogové části, resp. její redesign s úmyslem dosažení stabilnějších výsledků měření + ochrany na vstupech.
Na tomto odkazu https://uloz.to/!JtFWmx7KdbB3/004-analog-board-pdf je schéma analogové části k revizi/oponentuře.
Prosím patřičné odporné komentáře dolů do diskuze...

Úprava M1T380, part V - USB karta

Multimetr disponuje FRB konektorem pro komunikační kartu, tzv. stykový modul, který bývá dvojího druhu - RS232 a GPIB. Jelikož pro amatérské podmínky se více hodí varianta RS232, byla postavena a otestována varianta převodníku na USB, resp. virtuální sériový port.
Na následujícím obrázku je schéma zapojení interface karty.

Schéma zapojení interface karty

Upgrade M1T380, part IV - teplotní analýza

Trochu mne iritovalo, že celý multimetr uvnitř neuvěřitelně topí (MHB8080 a další). Teplota PCB kolem vstupního zesilovače 43 °C, teplota vnitřního vzduchu 38 °C a příkon přístroje pouze 30 VA.
Mrknul jsem tedy na jednotlivé desky termokamerou a byl poměrně překvapen povrchovou teplotou.

Deska s MHB8080 a paměťmi

Emisivita jednotlivých bodů je samozřejmě nastavena dle patřičného materiálu (0,95 pro černý epoxid; 0,84 pro bílý plast).

Upgrade M1T380, part III - analogová část před integrátorem

V minulém díle jsem vzpomenul upgrade reference, z původní TKZD13 na vyhřívanou MAB399, resp. LM399. Sehnal jsem přibližně 30 ks MAB399 referencí, dle kódu na pouzdru rok výroby 1990.

30 ks MAB399

Jelikož reference nebyly nikdy tříděny, natožpak řádně proměřeny, postavil jsem pro ně jednoduchou třídičku.

Upgrade M1T380, part II - reference

Upgrade metry pokračuje... Po vylepšení vstupního dílu kvalitním auto-zero chopper zesilovačem LTC2057 údaj na multimetru neustále driftoval, dokud se teplota uvnitř přístroje po asi třech hodinách neustálila. Poté začal držet i vstupní offset. Měřením za zesilovačem jsem vyloučil vliv Te napětí (resp. zesílené napětí neodpovídalo tak velké změně co multimetr ukazoval na displeji). K odhalení příčiny driftu je potřeba se nejdříve seznámit s principem A/D převodu u přesnějších multimetrů, resp. s principem vícenásobné integrace. Multimetry běžně používají integrační A/D převodník, který je závislý na přesnosti a stabilitě několika komponent. Standardně se používají převodníky s dvojitou integrací, 380ka používá s trojí integrací pro větší stabilitu a přesnost. Hi-tech multimetry, např. HP 3458 (8,5 místný multimetr používaný v metrologii), používají vícenásobnou integraci s dodatečným SAR převodníkem pro měření integračního rezidua (ale tohle zde nebudu popisovat, možná až při stavbě vlastního multimetru). Pro nastínění problému, resp. stability převodníku, zde popíšu princip dvojité integrace.

Blokové schéma A/D převodníku s dvojitou integrací

Upgrade M1T380, part I - vstupní díl

S kolegou jsme se dostali ke dvěma M1T380 v ne moc dobrém stavu. Rozhodli jsme se proto pro jejich opravu, případné vylepšení. Ostatně, koncepce vícenásobného integračního převodníku je poměrně kvalitně realizována včetně referenčního zdroje, jenom to smetí kolem trochu zaostává.

Výměna hrníčkového jádra za toroid

První problém byl nefunkční zdroj pro +20 V a -20 V, kde závada spočívala ve spáleném stabilizátoru, pár zenerek a několika oranžových tantalových kondenzátorů (TEchnika SLAbá).

M1T330 a výměna TTL obvodů

Tyto multimetry jsou pověstné svou nespolehlivostí - většinou selžou propojovací kabely mezi deskami a nebo FRB konektory. Často se však stává, že se multimetr při provozu jen tak zasekne. Na vině jsou zvláštně chovající se TTL obvody TESLA (TEchnika SLAbá). Pravděpodobně za to může rozdílná teplotní roztažnost křemíku a použitého materiálu na výrobu pouzder (po 40 letech). Při zahřátí pak můžou vzniknout různé studené spoje, případně přímo poškození čipu.

Vystřihané staré obvody

Rozhodnul jsem se tedy co nejvíce obvodů nahradil novými CMOS, řady HCT (TTL kompatibilní).

M1T390 a jeho pseudo-kalibrace

Jelikož kalibrační data v eeprom SDA2526 jsou opatřena nějakým algoritmem pro paritu, lze jenom těžko je násilně přepsat (multimetr to pochopitelně pozná a nové koeficienty neakceptuje). Prozatím nemám návod (ale už se pracuje na jeho získání), nicméně se mi však podařilo získat schéma přístroje. Zajímavé jsou změny oproti mé verzi (prototypová), kde např. napájecí zdroj na sekundární straně je impulzní měnič, kdežto v oficiálním schématu to jsou lineární stabilizátory 78xx. Pravděpodobně zdroj časem upravím, neboť se po čase neuvěřitelně rozpíská.

Schéma analogové části

Ze schématu si lze všimnout, že měření napětí a odporu (teploty) je vzájemně oddělené. Dokazuje to skutečnost, že podle měření bylo mimo toleranci pouze napětí a proud, odpory seděly. Pro proměření jsem si postavil napěťový kalibrátor s tepelně vyhřívanou referencí MAB399 a odporovou síť z několika 0805 odporů, čili takový pseudo odporový etalon (jelikož ty odpory mají asi 200 ppm/K).

Oprava multimetru M1T390

Podařilo se mi získat poslední výrobek ČSSR Metra Blansko a to je 4.5 místný digitální multimetr M1T390. Je velmi podobný svému předchůdci M1T380 s tím, že používá modernější technologii a obsahuje patřičně méně součástek a je spolehlivější. Např. kalibrační data jsou uložena v externí sériové EEPROM SDA2526-2 (256x8) a řízení obstarává MCU D8751 od AMD a o komunikaci/zobrazování se stará MCU MHB8748.

M1T390 v provozu

Multimetr umí měřit napětí a proud (DC/AC), odpor dvouvodičově nebo čtyřvodičově a teplotu. Bohužel k multimetru nemohu sehnat žádný servisní ani uživatelský manuál, protože se jich na trh dostalo pravděpodobně velmi málo.

Kalibrace voltmetru M1T330

Před nedávnem jsem se [zde] zmiňoval o opravě tohoto voltmetru. Bohužel vlivem stáří některým kusům již přesně nesedí kalibrační konstanty v paměti a je s tím potřeba něco udělat.
Tyto hodnoty se nacházejí na posledních 8 pozicích (1016.-1023. bajt) v druhé ROM paměti (ta prostřední).

Číslicová část M1T330

Kalibrační konstanty jsou 16 bitové s pravděpodobným pořadím LSB-MSB s tím, že pořadí pro jednotlivé rozsahy (300 mV, 3 V, 30 V a 300 V) je od nejvyššího po nejnižší.

Voltmetr M1T330 a jeho oprava

Voltmetr M1T330 je českým výrobkem firmy Metra Blansko někdy z roku 1982. Pro převod používá převodník s dvojí integrací a rozlišením 16 bitů (signed int16).
Hlavní rozsah je -3 až +3 V a od něj jsou odvozeny další rozsahy (300 mV, 30 V a 300 V). Převodník používá jako referenci vzájemně spojené zenerovy diody tak, aby se vlastním teplotním zahříváním automaticky kompenzovaly.
Více detailů jak celý voltmetr funguje (včetně schémat) je na [1].

M1T330 v provozu - měřena reference 10.15171 V

Na voltmetru se mi nejvíce líbí jeho automatická kalibrace při provozu (kalibrace nuly a zlomku vnitřní reference na vstup) a také to, že integraci provádí během půlperiody síťového kmitočtu, tedy 10 ms (zjišťuje si průchod nulou).
Eliminuje se tak rušení ze sítě.