AC/DC Transfer ist die Kunst die Genauigkeit einer Bekannten Gleichgröße auf eine Wechselgröße zu transferieren. Tatsächlich wird dieses schon sehr alte Verfahren heute noch fast unverändert und mit gleich gebliebenen Messmitteln angewandt und ermöglicht unter den richtigen Bedingungen selbst bei Frequenzen bis zu 100 MHz Messunsicherheiten im ppm Bereich.
Eingesetzt werden als Messmittel Thermale Spannungskonverter, welche im Kern einem Leistungsmesser nicht unähnlich sind. Sie bestehen aus einem Heizelement und einem Zweimetallkontakt in einer hermetischen Glaspille. Ein externes Anpassnetzwerk und Vorwiderstände passen den Thermalkonverter an den jeweils gewünschten Messbereich und Quellimpedanz an. Die vom Thermoelement erzeugte Spannung kann mit einem Nanovoltmeter oder Millivolt Meter gemessen werden und bewegt sich im Bereich um die 7 mV. Hinzu kommt, das Thermalkonverter, ähnlich wie Detektoren ein annähernd quadratisches Übersetzungsverhältnis Eingang zu Ausgang aufweisen, welches charakterisiert werden muss.
Das Messverfahren selbst ist in der Anwendung relativ einfach: Messe AC, dann DC (in + und - für den Offset) und passe die DC so lange an, bis der Spannungsausgang des Konverters der AC Messung entspricht, messe noch einmal AC und kompensiere den Drift.
Die Fehlereinflüsse des Verfahrens sind denen einer klassischen HF Leistungsmessung sehr ähnlich, können aufgrund der eingesetzten Messmittel jedoch sehr gut kontrolliert werden.
Die Messung lässt sich vom Spannungsbereich auch im Strombereich durchführen, wobei nicht die Spannungs, sondern die Stromantwort bei der Charakteristischen Impedanz des Konverters betrachtet wird. Eine Bereichserweiterung erfolgt hier natürlich über Shunts.
Bei der Kalibrierung der Thermalkonverter und anderer präziser AC Messgeräte wird immer gegen einen zweiten Thermalkonverter in einem Referenzaufbau verglichen. Dies habe ich für den komplexeren Strommessbereich bei uns im Labor nach drei Jahren Reparatur und Systemumstellung quasi von Null auf neu realisiert.
Die Messgröße AC/DC Stromstärketransfer wird bei AC Shunts wie den Fluke A40 verwendet. Der Messaufbau besteht aus einem Stimulus, welcher AC wie DC liefern kann, in meinem Fall ein Fluke 5700A mit einem der besten Transkonduktanzverstärker die man für Geld kaufen kann, dem Clarke Hess 8100. Dieser deckt den Strombereich von 300uA bis 100A und gleitend Frequenzen von DC bis 100kHz ab.
Verglichen wird der Prüfling gegen einen Referenzshunt, die Detektion der an den Ausgängen der Shunts anfallenden Spannungen wird von zwei speziellen Planaren Multijunction Thermalkonvertern übernommen. Diese bieten gegenüber klassischen TVCs den Vorteil das die Ausgangsspannung um den Faktor 10-15 größer ist und sich somit mit einem "einfachen" 8 1/2 Stellen Multimeter wie dem HP3458A messen lässt, von welchem hier zwei zum Einsatz kommen.
Da hier die Größe von AC wie DC annähernd identisch und bekannt ist, die Spannungsausgänge der TVCs ebenfalls, fallen die Multimeter, wie auch der Stimulus aus den Betrachtungen zur Messunsicherheit fast völlig raus. Ein Rest Auflösung und Rauschen bleibt.
Gemessen wird nun mit den synchron getriggerten DMMs nun DC+, AC, DC-, AC , DC+, etc. immer im Wechsel. Kalibriergröße ist nun die Ablage der Ausgangsspannung AC zu DC wobei die bekannten AC/DC Transferdifferenzen der Referenzen abgezogen werden.
wer mehr infos haben möchte, kann sich gerne mit mir in verbindung setzen, das Thema ist einigermaßen anspruchsvoll und es gibt viele Fallstricke und Fehler in die man laufen kann.
- Messaufbau für einen Fluke A40B-500mA Shunt (Prüfling links im bild)
- IMG_9687.jpg (165.59 KiB) 10809 mal betrachtet
Bene
(1) und (11) sind die Digitalmultimeter HP/Agilent 3458A, (2) ist wohl der Fluke 5700A Kalibrator, (3) ist wohl der Clarke Hess 8100. An sich ist das Setup sehr sauber und selbsterklärend