Kalibracja multimetrów, napięcie wzorcowe

kalibracja2Posiadamy miernik od kilku lat. Bezawaryjny, funkcjonalny, fajnie. Budujemy różne układy, dobieramy w nich elementy aby osiągnąć odpowiednie parametry pracy, które później tym miernikiem mierzymy. Pomiary te są podstawą w obliczeniach, punktem odniesienia, publikujemy je na forach, porównujemy z pomiarami innych osób, ufamy że są dobre, a odchyłki tłumaczymy sobie tym że po prostu muszą być. A co jeśli taki miernik nie wskazuje poprawnie?

Różne wskazania?
kalibracja1Wszystko było dobrze, dopóki nie zakupiłem nowego miernika z wyświetlaczem do 6000 zamiast jak dotychczasowo do 2000. Zakupiłem po to, aby wykonywać pomiary z rozdzielczością do 1mV w zakresie 6V i mieć pewność że pomiary są wykonane dobrze. Jak się okazało, wprowadziłem tym zakupem jeszcze większą konsternację niż była, bo miernik wskazywał inaczej niż pozostałe dwa których do tej pory używałem, ale te jakoś zawsze wskazywały zgodnie. Niby 2 do 1 mają przewagę i można by pomyśleć że to ten nowy ma odchyłkę 30mV, i w sumie instrukcja dopuszcza taką odchyłkę na tym zakresie. Z drugiej jednak strony stare mierniki mają już parę ładnych lat, i mogły ulec rozregulowaniu. W sumie ten jednorazowy po lewej w ogóle mógł być skalibrowany niedokładnie. Przydało by się coś zmierzyć i z czymś te wskazania porównać, ale nie ma z czym. Wszelakie stabilizatory mają jeszcze większą tolerancję i każdy wskazuje całkiem inne napięcie. Diody zenera zbyt niedokładne, źródła typu TL431 fajne ale najpierw wymagają dzielnika o dużej precyzji którego nie miałem. Potrzebny wzorzec napięcia.

Źródła napięć wzorcowych, tolerancja
calibrationŹródło napięcia wzorcowego czy referencyjnego, to specjalny układ, często zamknięty hermetycznie i kompensowany termicznie, dostarczający na wyjściu napięcia o bardzo dużej dokładności, którego można używać jako napięcia odniesienia w dowolnych aplikacjach czy zastosowaniach. Układy takie są wstępnie kalibrowane w fabryce, jednak większość z nich posiada wyprowadzenia dzięki którym możemy jeszcze bardziej podnieść dokładność, dysponując oczywiście bardzo dokładnym woltomierzem. Dobre źródło to takie które oferuje napięcie o tolerancji maksimum 0,01% – wg takiego źródła można już spokojnie kalibrować nasze mierniki. 0,01% oznacza, że dla napięcia referencyjnego 5V maksymalna odchyłka może wynieść +-500uV (0,5mV). Dostateczne źródło to 0,1%, gdzie dla 5V maksymalna odchyłka może wynieść +- 5mV, wg tego też można wykalibrować miernik. Niestety zakupienie źródła o tolerancji 0,01% nie jest tak proste, na przykład za układ MAX6250AESA (5V, 0,02%, +-1mV) trzeba zapłacić 50zł, a i z dostępnością nie jest łatwo.

AD584KHJa po średnio udanych poszukiwaniach i próbach odkupienia układu od kogoś, poddałem się, i zakupiłem gotowe źródło na układzie AD584KH oferujące 2,5V przy tolerancji 0,14% czyli +-3,5mV oraz kilka większych napięć ale z równie rosnącą tolerancją. Cena gotowego modułu za taką precyzję to 21zł więc śmieszna. W opisie zabrakło wzmianki że układ przychodzi już pomierzony, z naklejką z wypisanymi wszystkimi napięciami. Mój egzemplarz na zakresie 2,5V ma odchyłkę poniżej 1mV co jest dla mnie bardzo dobrym wynikiem – jest to w efekcie 0,04%. Po za tym, lepiej mieć wzorzec o większej tolerancji ale o znanych napięciach, aniżeli układ o tolerancji mniejszej ale o napięciach nieznanych. Swój moduł zakupiłem z banggood – AD584KH.

Zobacz także: Jak kupować w Chinach?

Dokładność multimetrów, dryft dokładności w czasie
Każdy multimetr ma określoną dokładność pomiaru na każdej funkcji i na każdym jej zakresie. Do tego, producent podaje przez jaki czas gwarantuje utrzymywanie się takiej dokładności pomiarów, i zwykle jest to 1 rok. Niestety jest wiele czynników wpływających na zmianę wskazań, głównie są to wilgoć oraz temperatura. Miernik kalibrowany w temperaturze pokojowej będzie wskazywał inaczej na mrozie, a odchyłka może być całkiem spora. Wilgoć dostaje się do potencjometrów, jeśli miernik jest kalibrowany w sposób analogowy, i wpływa na ich rezystancję, z czasem pogarszając prawidłowość wskazań. Miernik kalibrowany cyfrowo w fabryce jest mniej podatny na takie czynniki, ale często nie da się go skalibrować później w domu z powodu braku dostępu do odpowiednich narzędzi programistycznych. Z każdym kolejnym rokiem miernik może, choć nie musi, ulegać powolnemu rozkalibrowaniu.

Kalibracja multimetru
ut-70a_voltage calibration_potOkazuje się że multimetr jednak wymaga kalibracji – kalibrujemy go zgodnie z instrukcją. Zaraz, przecież w instrukcji nie ma ani słowa o kalibracji. A w sieci też nie można znaleźć żadnych informacji. Np, szukałem o kalibracji dosyć popularnego multimetru UT-70A – i nic nie udało mi się znaleźć (zdjęcie przedstawia potencjometr regulacji wskazań napięcia). Multimetr ma w środku całą masę potencjometrów, żaden nie jest oznaczony w sposób który by dawał jakąś namiastkę informacji, do czego może służyć. Przede wszystkim – nie kręcimy potencjometrami na chybił-trafił! Owszem, można na każdym z nich wykonać kreskę flamastrem aby znać ich fabryczne położenie, i po nieudanej próbie kalibracji ustawić je tak jak były. Niestety potencjometry często są bardzo czułe, i nawet delikatny ich obrót potrafi sporo pozmieniać w funkcjonowaniu multimetru, więc odradzam ten sposób. Ale za to polecę inny…

ut-70a_calibration_searchNa sam początek dobrze jest wymienić baterię na nową, nie będziemy przecież kalibrowali urządzenia na rozładowanej baterii, i choć może ono nie wskazywać konieczności jej wymiany, to pomiary mogą jednak być lekko fałszowane. Ustawiamy żądaną funkcję i żądany zakres jaki chcemy wykalibrować, podłączamy napięcie wzorcowe, jednym palcem dotykamy do terminala pomiarowego dodatniego, a drugim dotykamy nóg wszystkich potencjometrów po kolei, obserwując wskazania wyświetlacza. Dzielniki w tych obwodach składają się z rezystancji rzędu dziesiątek kΩ, więc prąd przepływający przez nasze ciało będzie wystarczający aby zmienić wskazania wyświetlacza i w jednoznaczny sposób stwierdzić że dotykamy właściwego potencjometru. Nie pozostaje nic innego jak delikatne podregulowanie wskazań, przy czym podczas regulacji nie należy dotykać żadnego z obwodów (trzymamy tylko za plastykowe elementy), i w miarę możliwości używamy niemetalowego lub izolowanego wkrętaka.

Kalibracja dzielników napięcia
ut-70a_voltage_dividerAle cóż to? Wykalibrowaliśmy woltomierz na zakresie 2V, ale na zakresie 20V wskazania są obarczone błędem, w tym przypadku UT-70A zaniża wskazania aż o 70-80mV, czyli dosyć sporo, więc i ten zakres należy wykalibrować. Kolejna niespodzianka – nie można znaleźć potencjometru od zakresu 20V. Niestety, nie znajdziemy go. Zazwyczaj będzie tylko jeden wspólny potencjometr od pomiaru napięcia na wszystkich zakresach, a za dokładność pomiaru na każdym z nich odpowiada dzielnik napięcia, który bezpośrednio współpracuje z przełącznikiem zakresów. Są to zazwyczaj w miarę precyzyjne rezystory 900Ω, 9kΩ, 90kΩ, 900kΩ, ustalające napięcie dla każdego z zakresów. Pomiar tych rezystorów (skalibrowanym) omomierzem pokaże że nie są aż tak precyzyjne. Są to rezystory o tolerancji 1%, i już taka odchyłka wystarczy aby wskazania na poszczególnych zakresach sporo się różniły.

ut-70a_schematic
Fragment schematu multimetru UT-70A obrazujący działanie przełącznika zakresów dla woltomierza i omomierza i dzielnika napięcia. Sprawdźmy czy to nie rozjechane wartości tych rezystorów są powodem takich problemów. Rezystor R4 to 907kΩ choć powinien mieć 900kΩ, R5 to 89,8kΩ choć powinien być 90kΩ, rezystor R6 to 8,98kΩ choć powinien mieć 9kΩ. Dla rezystorów o zbyt małej rezystancji wlutowuję w szereg dodatkowy rezystor aby uzupełnić wskazanie do okrągłej wartości. Rezystor R4 który ma „za dużo”, wylutowałem całkowicie, i wyselekcjonowałem 2 rezystory 680kΩ oraz 220kΩ aby stworzyć jak najbardziej dokładną wartość 900kΩ. R7 1kΩ oraz 4 rezystory R3 miały odpowiednie lub niemal odpowiednie wartości więc ich nie ruszałem. Jako że zmieniliśmy cały dzielnik napięcia i te rozkładają się teraz inaczej, woltomierz należy teraz skalibrować na nowo. Po kalibracji zakresu 2V, okazało się że miernik na zakresie 20V wskazuje idealnie tyle, ile podaje wzorzec napięcia oraz drugi miernik. Bingo :)


ut-70a_voltage_divider_modCzy gra jest warta świeczki? Myślę że tak. Tym bardziej jeśli dysponujemy schematem i wiemy które to rezystory. Z taniego multimetru jakim jest UT-70A można zrobić coś, na czym można już polegać przy pomiarach. Jeszcze jedna uwaga, taką podstawową kalibrację potencjometrem powinno się robić dla najmniejszego zakresu czyli 200,0mV, ponieważ jest on mierzony bezpośrednio lub prawie bezpośrednio przez przetwornik i osiągniemy wyższą dokładność – wszystkie wyższe zakresy poprawić należy rezystorami – choć po naprawie dzielnika napięcia nie powinno być już żadnych rozbieżności. Kolejna uwaga – w tym przypadku te same rezystory odpowiadały również za zakresy pomiaru rezystancji, więc poprawiając fabrykę, poprawiłem również wskazania multimetru na tej funkcji. Pomiar rezystora 1,8KΩ wykazał zgodność starego miernika z nowym, co do 1Ω na zakresie 2000Ω – bardzo mnie to ucieszyło, bo jest to potwierdzeniem że niczego nie popsułem :)

Nie tylko napięcie
Sprawdzić i skalibrować można również wskazania dla innych funkcji, wystarczy się zaopatrzyć w odpowiednie wzorce, np precyzyjne rezystory 0,01%, choć o te trochę ciężko, bo słowo „precyzyjne” wg dostawców oznacza rezystor 1%. Potencjometr kalibracji prądu można zwykle znaleźć przy samym boczniku przy zacisku 10A, i w tym przypadku także wymagał on poprawki. Jak się okazało prąd można kalibrować tylko w dół, bo potencjometr po prostu dodatkowo ściąga napięcie odłożone na boczniku do masy. Jeśli po odkręceniu go do końca miernik nadal wskazuje za mało prądu, należy sprawić aby na boczniku odłożyło się go troszkę więcej. Jak? Należy zwiększyć jego rezystancję, można zrobić to szczypcami wykonując delikatne nacięcie na jego powierzchni, jednocześnie obserwując wskazania wyświetlacza. Jeśli przegniemy, zawsze można zjechać w dół potencjometrem. Jeśli komuś zależy również na poprawie wskazań innych funkcji, można nabyć wzorce pojemności, indukcyjności, częstotliwości (tutaj wystarczy dobry kompensowany termiczne generator, choć nie wiem czy miernik umożliwi taką regulację), można też wykonać dokładne źródło prądowe aby wyregulować wskazania amperomierza. Dla mnie najbardziej zależało na wskazaniach woltomierza prądu stałego, i tylko tym się zająłem.

kalibracja2

5.00 avg. rating (99% score) - 6 votes

21 komentarzy

  1. Analog Devices posiada fajne źródła napięć referencyjnych z serii AD45XX (np. AD4520 – 2,048V) o dokładności 0,02% w cenie korzystniejszej niż wspomniany układ od Maxima.

  2. Ups, chodziło o układy z serii ADR45XX.
    Przydała by się możliwość edycji komentarzy.

    • Fajnie, tylko chodzi o dostępność. Praktycznie nie da się tego kupić w kraju kwitnącej lipy. Chociaż te źródełko które kupiłem w zupełności wystarcza do multimetrów 3,5 cyfry :)

  3. Czemu nie mówiłeś, że poszukujesz instrukcji kalibracji UT70A?
    Google translator i rosyjska strona = opis wszystkich czynności.

    https://translate.google.pl/translate?sl=auto&tl=en&js=y&prev=_t&hl=pl&ie=UTF-8&u=http%3A%2F%2Fcxo.lv%2Fother%2Fdevices%2F88-%D1%83%D0%BD%D0%B8%D1%82&edit-text=&act=url

    • ElSor, dzięki, odnalazłem ten opis i zamieniłem tekst który wkleiłeś (sporo bezskładnego bełkotu z translatora) na link z tłumaczeniem na angielski, translatory dużo lepiej sobie radzą z rosyjskim jeśli tłumacza na angielski, z resztą można przełączyć.

      Opis pokazuje jak wyregulować multimetr ut-70a na chyba wszystkich funkcjach, ale nie ma tam słowa o dzielniku napięcia który u mnie wprowadzał spory błąd, i należy go poprawić aby czynność taką nazwać kalibracją. Samo podkręcenie potencjometrem i ustawienie tylko jednego zakresu 200mV będzie co najwyżej regulacją :) Po za tym, użyłem dobrego potencjometru znalezionego metodą którą opisałem :) W drugim mierniku bazarowym ten sposób też zadziałał i bez problemu podregulowałem wskazania.

  4. ..Wszystko było dobrze, dopóki nie zakupiłem nowego miernika z wyświetlaczem do 6000 zamiast jak dotychczasowo do 2000. …
    O co chodzi z tymi wyświetlaczami?Czasem spotykam także opis np. wyświetlacz 3.5 cyfry.
    Czy możesz to wytłumaczyć?

    • Miernik nie mierzy do przykładowo 1,999V ale do 5,999V. Bardzo popularne i często występujące napięcia takie jak 2,5V 3,3V 5V możesz mierzyć z rozdzielczością 1mV a nie 10. Mi było to potrzebne do pomiaru ogniw li-ion, bo przeładowanie już o 10mV może im zaszkodzić.

  5. Masz na myśl najmniejszy zakres jaki można ustawić do pomiaru, a potem wyświetlić?
    Np. do 2v?

  6. hej,
    a wie moze ktos jak skalibrowac stary poczciwy Metex m-3610 ?
    lub zna jakis link? sa tam tylko dwa potencjometry, jeden przy boczniku/gniazdach na kable taki maly bialy ceramiczny, i drugi w poblizu wyswietlacza/ i ICL taki wieloobrotowy.

    • Ten wieloobrotowy to może być główne napięcie odniesienia dla wszystkich pomiarów, uważaj. Jeśli nie ma innych potencjometrów to być może zastosowano na tyle precyzyjne rezystory, że nie było potrzeby na dodatkowe regulacje. Spróbuj nim delikatnie pokręcić, zaznacz sobie najpierw flamastrem jego położenie i licz obroty – tak aby można było wrócić do pierwotnego położenia w razie czego. Jak wykalibrujesz pomiar i zakres jakie Cię interesują, to sprawdź czy inne się nie rozjechały.

  7. Siema, a skąd masz pewność że te napięcie odniesienia z BG zostało poprawnie zmierzone?
    Chinole bardzo często kłamią i nie sprawdzają sprzętu, czyli np. te źródło mogło być mierzone byle jakim miernikiem z chińskiego bazaru od rybaka za 5zł…

    • Pewności nie mam, oczywiście mogą lecieć w kulki i wartości powpisywać sobie z kosmosu a sam układ może być podrobiony, u nich wszystko jest możliwe. Nie wiem czemu jednak mieliby to robić, te moduły były sprawdzane niejednokrotnie przez kupujących, którzy potwierdzali autentyczność danych na naklejce, używając dobrych woltomierzy z certyfikatami kalibracji itp. Na opinię że dane te są wyssane z palca jakoś nie trafiłem, gdybym trafił to na pewno bym tego nie kupił. Po za tym cena kolego, cena. Na wzorzec z pewnego źródła trzeba wydać dużo więcej. A ten nawet jak by był trochę oszukany to i tak będzie w zupełności wystarczający dla amatora :)

  8. Witam, mam problem trochę inny niż kalibracja, ale wydaje mi się że mieści się w zakresie materiału.
    Otóż kupiłem woltomierz panelowy pm-438, i potrzebuję oszukać go w taki sposób aby dla napięcia z zakresu 7-13mV pokazywał napięcie 21, wiem że trzeba podmienić w nim któryś z rezystorów, niestety nie wiem który i sam nie potrafię sobie z tym poradzić. Jesteś w stanie mi pomóc? Pozdrawiam.

  9. Witam, mam pytanie czy miernik UT139C ma faktycznie, tak jak jest w instrukcji, zakres 6A dla prądu stałego?

  10. A co powiesz o wykorzystaniu LM317 jako wzorca? Tam wystepuje właśnie stałe napięcie między wyjściem a pinem ADJ.

  11. Ja bym do tego zadania posłużył się dowolnym źródłem napięcia byleby było bez szumów i metodą porównania z użyciem drugiego urządzenia o wystarczająco wyższej klasie. Mam tu na myśli przygotowanie sobie układu z przetwornikiem sigma-delta 24bit.
    Dobrze zaprojektowany układ z odpowiednim źródłem odniesienia powinien być wystarczająco dokładny zakładając najgorsze warunki żeby skalibrować multimetry 3 1/2 i 4 1/2 cyfry. Odczyt z przetwornika po I2C czy SPI powinien być banalny dla każdego posługującego BASCOM albo arduino i innymi współczesnymi dobrodziejstwami.

  12. Roman Marcinkowski

    Teraz na allegro od użytkownika „mirtek”można kupić za „grosze” źródła napięcia o dokładności 0,01% : REF 32xx na różne napięcia i REF102C na 10V (nie wymaga termostatu), do tego użytkownik „marekmagda” sprzedaje również za „grosze” Polskie rezystory z demontażu 0,01% z których można zrobić potrzebne dzielniki napięcia i mamy gotowe „laboratorium wzorcowe”, o czym jeszcze parę lat temu można było pomarzyć

    • No te REF32XX całkiem fajne, chyba sam wezmę na 1.25V i na 2.5V, szkoda że nie ma jeszcze na 5V.

  13. Z tym „poprawianiem” dzielników rezystorami, to mam wątpliwości.
    reztstancja zmienia sie wraz z temperatura i jezeli wstawimy tam popularne rezystory, to dzielnik bedzie zmienial proporcje podzialu zaleznie od temperatury.
    Takze uzywanie nieprecyzyjnych rezystorow, tylko pozornie skalibruje miernik. Nadal nie mozemy byc pewni jego wskazan, a chyba o to nam chodzi.
    Natomiast sprawdzone pewne rezystory do dzielnika, moga byc drozsze niz sam miernik.
    Dlatego prosty miernik moze byc duzo drozszy niz zbajerami. nie ze wzgledu na mozliwosci, ale z powodu dokladnosci i stalosci parametrow.

    • A najgorszy miernik to taki który jawnie leci sobie w kulki z pomiarami, nie ważne czy ma w środku pseudo-precyzyjne chińskie rezystory czy nie :)

      O ile procent lub raczej promili zmieni się rezystancja takiego rezystora przy zmianie temperatury o 5 stopni (takie mam zmiany temperatury zima-lato), a o ile takiego pseudo-precyzyjnego, uwzględniając wpływ tej temperatury na wszystkie pozostałe elementy miernika? Czy tak malutka zmiana (rezystancji) w ogóle wpłynie na wskazania ostatniej cyfry, jeśli jest to raptem druga czy trzecia cyfra po przecinku? Pytania można potraktować jako retoryczne, bo końcowo pewnie będzie to 1mV albo i nie :)

      Dla tego przy tanim mierniku taka podmiana może tylko poprawić jego działanie. Przy porządnym mierniku… nie trzeba robić takich rzeczy :)

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Proszę pozostawić te dwa pola tak jak są: