कोई 9.5 अंक मल्टीमीटर या उससे अधिक क्यों नहीं है?

Question

क्यों आप एक 9 नहीं खरीद सकते हैं ¹ / ₂ -digit मल्टीमीटर?

क्या इसकी कोई आवश्यकता नहीं है? एक 8 ¹ / ₂ -digit मल्टीमीटर नवीनतम उच्च अंत आप खरीद सकते हैं? मैं Keysight, Keithley, और फ्लूक की कोशिश की है, लेकिन 8 से अधिक कोई बात नहीं है ¹ / ₂ अंक।

Comments

आपका लक्ष्य क्या है?

— क्रिस स्ट्रैटन

इसे कैलिब्रेट करने के लिए आपको 10.5 अंकों के मीटर की आवश्यकता होगी।

— ट्रांजिस्टर

यहां तक ​​कि 8.5 अंकों के DMM की सही सटीकता क्या है? शायद 100 मिलियन में 1 हिस्सा नहीं ...

— ब्रायन ड्रमंड बाद में

NIST की जाँच करें। मुझे लगता है कि आप पाएंगे कि उनके सर्वश्रेष्ठ जोसेफसन जंक्शन उपकरणों की सटीकता में कुछ हिस्सों के आदेश पर है । तो, मोटे तौर पर, लगभग 9.5 अंक। और यह इष्टतम परिस्थितियों में है। उपकरण इस तरह के एक मानक लागत के बारे में $ 300k प्रत्येक प्रदान करने के लिए इस्तेमाल किया और शायद अच्छी तरह से संचालित करने के लिए पीएचडी की आवश्यकता होगी। Rüfenacht, et al द्वारा "विषय पर हाल ही में 2018 का पेपर," एसी और डीसी इलेक्ट्रिक मेट्रोोलॉजी में जोसेफसन वोल्टेज मानकों की नवीनतम पीढ़ी का प्रभाव। DOI: 10.1088 / 1681-7575 / aad41a। आप एक वोल्टेज मानक खरीद सकते हैं जो 9.5 अंकों का है। हालांकि, मल्टीमीटर नहीं। $10^{10}$

— जोंक २

प्रत्येक संभावित ग्राहक को अपने लिए निम्न प्रश्नों का उत्तर देना चाहिए: आप क्या मापने की कोशिश कर रहे हैं? आपको 1000 मिलियन में एक भाग की सटीकता की आवश्यकता या आवश्यकता क्यों है? आप इसे कैसे जांचेंगे? आपका बजट क्या है?

— रसेल मैकमोहन

Answer 1

चार कारण:

• क्योंकि आधुनिक मीटर में एक ऑटोरेंजिंग फ़ंक्शन होता है।
• क्योंकि एनालॉग सिस्टम के गतिशील रेंज 9 समर्थन नहीं करेंगे ¹ / ₂ अंकों का , 1 V की रेंज के साथ शोर फ्लोर नैनोवाल्ट्स में होगा (आप थर्मल शोर की वजह से नैनोवोल्ट्स से कम नहीं प्राप्त कर सकते, बिना महत्वपूर्ण शीतलन के क्या थर्मल शोर तापमान को कम करने के लिए आपकी माप), और 9 के नीचे के सभी अंक शोर होंगे।
• ADCs में आमतौर पर 5 V रेंज होती है, और यहां तक ​​कि 24-बिट ADC के साथ, आपके पास लगभग 60 nV प्रति बिट होगा जो अंतिम अंकों के रिज़ॉल्यूशन को प्रतिबंधित करता है।
• आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले 6.5 अंकों के मीटर पर, एक सामान्य लैब के चारों ओर अधिकांश मापों के लिए uV रेंज में शोर होता है। और अंतिम अंक आमतौर पर 6.5 अंकों के मीटर पर शोर होते हैं। कुछ अनुप्रयोगों के लिए एक और अंक अच्छा हो सकता है, 3 अधिक अंक तुच्छ होंगे।

यहां तक कि nanovolt मीटर की जरूरत नहीं है 9 ¹ / ₂ अंक।

अधिकांश मापों के लिए 6 (या तो) अंक पर्याप्त होंगे क्योंकि 1 μV से नीचे के शोर तल को कम करने के लिए बहुत सावधानी बरतनी चाहिए।

यहाँ एक अच्छा पैमाना है जो बिंदु को भी दिखाता है:

स्रोत: वोल्टेज संदर्भों को समझना और लागू करना

एक एनालॉग सबसिस्टम के साथ 140dB से बड़ा लाभ प्राप्त करना मुश्किल है, और उस बिंदु के बारे में आपका संकल्प भी सीमित है। सभी एनालॉग इलेक्ट्रॉनिक्स में निहित शोर के कारण गेनिंग मदद नहीं करता है, आप सिग्नल प्राप्त करते हैं, आप शोर भी प्राप्त करते हैं।

विपणन विभाग अधिक अंकों के लिए पूछ सकते हैं, लेकिन यह इंजीनियरों की मदद करने वाला नहीं है।

Comments

रिले के साथ ऑटोरैंगिंग संवेदनशील प्रयोगों के साथ कहर खेल सकता है, इसलिए भौतिकी प्रयोगशाला में हम जो काम करते हैं, हम सामान्य रूप से इसे बंद कर देते हैं। इस प्रकार एक प्रयोग के लिए हमें शुरुआत में 3.5 अंक प्राप्त करने के लिए 6.5 अंकों की मल्टीमीटर की आवश्यकता होती है और अंत में फोटोडायोड को संतृप्त नहीं करना चाहिए।

— क्रिस एच।

आप अपना सिग्नल ले सकते हैं, इसे फ़िल्टर कर सकते हैं, फिर इसे 2 या अधिक के लाभ के साथ बढ़ा सकते हैं, और वहां तीन अंकों को माप सकते हैं (फिर अपने माप के लिए अपने लाभ से विभाजित करें)। यह आमतौर पर तब होता है जब आपको 10-बिट एडीसी के साथ अधिक सटीकता की आवश्यकता होती है (जैसे कि आप सबसे माइक्रोकंट्रोलर पर पाते हैं) भागों में बहुत अधिक जोड़े के लिए।

— शराबी कोड बंदर

@DrunkenCodeMonkey हां, यह 10-बिट्स के लिए काम करता है, 10 बिट्स 3.5digits के बराबर है। आपके द्वारा मापी जा रही आवृत्ति के लिए एसएनआर को बढ़ाने का कोई तरीका नहीं है। फ़िल्टर करने से समग्र pk-pk शोर कम हो जाएगा, लेकिन सेंसर शोर के लिए कुछ भी नहीं करेगा। यदि दी गई आवृत्ति पर शोर 10nv / Hz है, तो बेहतर SNR प्राप्त करने के लिए कोई लाभ या फ़िल्टरिंग की मात्रा नहीं है। दूसरी समस्या हर बार जब आप एक फिल्टर या एनालॉग चरण जोड़ते हैं, तो आप शोर बढ़ाते हैं ।

— वोल्टेज स्पिक

Answer 2

सिग्नल-प्रोसेसिंग चुनौतियों को एक तरफ रखते हुए, चलो कुछ शोर फर्श की जांच करते हैं।

एक 62 ओम अवरोधक 290 केल्विन पर 1 नैनोवोल्ट / आरटीएचजेड आरएमएस शोर पैदा करता है, और विभिन्न क्रिस्टल-दोष योगदानकर्ताओं की अनदेखी करता है, जिनमें से कुछ वर्तमान-स्तर पर निर्भर हैं और परिमाण के आदेशों द्वारा उस नैनोवोल को बढ़ा सकते हैं।

तो हमारे पास 1 वोल्ट इनपुट फुल स्केल रेंज में 1 नैनोवोल्ट रैंडम नॉइज़ फ्लोर है। यदि आप प्रभावी-शोर-बैंडविड्थ को 1 चक्र-प्रति-सेकंड में बाधित करते हैं।

यह हमें 9 दशमलव अंक, या 30 बिट्स (या संकेत, 31 बिट्स) देता है।

हमारे पास कितना इनपुट सिग्नल पावर होना चाहिए?

स्विच-कैपेसिटर फिल्टर के लिए V _{शोर_कैप} = sqrt (K * T / C) का उपयोग करते हुए , हम सीखते हैं कि 290 डिग्री केल्विन पर 10 pF कैपेसिटर 20 माइक्रोवॉल्ट्स RMS यादृच्छिक शोर उत्पन्न करेगा। यह शोर SWITCH से आता है (उदाहरण के लिए एक FET, जैसा कि FET बंद हुआ) से आता है।

हमें शोर के फर्श को 20,000 के कारक से कम करने की आवश्यकता है।

इसके लिए आकार के एक संधारित्र की आवश्यकता होती है 10 pF * 20,000 * 20,000 = 4,000 * 1,000 * 1,000 pF।

या 4 मिली।

सेंसर ऊर्जा की क्या आवश्यकता है?

शक्ति = आवृत्ति * धारिता * वोल्टेज ^ २

सेंसर की शक्ति = 1 * 0.004 फैराड * 1 वोल्ट ^ 2

सेंसर की शक्ति = 0.004 वाट

क्या सेंसर 4 मिलीवेट का उत्पादन करते हैं? 10 ओम (कॉइल के प्रतिरोध) के साथ एक चलती-कॉइल फोनो-कारतूस 200 माइक्रोवोल्ट्सआरएमएस उत्पादन का उत्पादन कर सकता है; Power = Vrms ^ 2 / प्रतिरोध का उपयोग करते हुए, हम Power = 4e-8/10 = 4e-9 = 4 नैनोवाट्स पाते हैं; इस प्रकार हमें विनाइल रिकॉर्ड से 30 बिट संगीत की उम्मीद नहीं करनी चाहिए, यहां तक ​​कि गंभीर रूप से फ़िल्टर्ड टोन के लिए भी।

अब, मज़े के लिए, अनुमान लगाएं कि 62 ओम और 0.004 फ़ैराड्स का प्रभावी-शोर बैंडविड्थ क्या है? -3 डीबी कॉर्नर लगभग 4 रेडियन प्रति सेकंड है। डीसी से अनंत तक एकीकृत, आपको प्रति सेकंड 6.28 रेडियन मिलते हैं।

प्रकृति मज़ा नहीं है?

Answer 3

मेरी समझ से आवश्यकता और सटीकता के मामले के अलावा, दो अन्य मुद्दे हैं: रिसाव और शोर।

यदि आप उच्च वोल्टेज पर जाते हैं (जैसे, 100 वोल्ट को 9.5 अंकों तक मापना) तो आप लीकेज के मुद्दों में भाग लेते हैं: वोल्टेज कई बिंदुओं के बीच छोटे प्रवाह की वजह बनता है (जैसे, एक समाक्षीय केबल में सकारात्मक और नकारात्मक टर्मिनल केबलों के बीच, अंदर मीटर के स्विच, आदि), जो आपके अंतिम अंक को पहले से ही 8.5 अंकों के मीटर की तुलना में उपयोगी नहीं बनाता है।

लेकिन जब आप कम वोल्टेज में जाते हैं, तो 1 वोल्ट कहें, आप शोर और थर्मल ऑफसेट मुद्दों में भाग लेते हैं। 1 वोल्ट पर अंतिम अंक 1 नैनोवाट होगा। इनपुट प्रतिबाधा को देखते हुए आप चाहते हैं (जैसा कि सबसे छोटे लोडिंग का प्रभाव 9.5 अंकों पर होगा), आपको थर्मल शोर से छुटकारा पाने के लिए अविश्वसनीय रूप से लंबे माप के समय की आवश्यकता होती है। उस बिंदु पर, 1 / f शोर वास्तव में तस्वीर में आता है और सब कुछ भी बदतर बना देता है। और जैसे कि यह भी पर्याप्त नहीं था: थर्मल वोल्टेज (दो धातुओं के बीच उत्पन्न वोल्टेज जब उनके बीच एक तापमान ढाल होता है) माइक्रोवॉल्ट्स के आदेश पर हो सकता है!

तो इन सभी चीजों को प्राप्त करने के लिए अविश्वसनीय नियंत्रण की आवश्यकता होती है, एक प्रयोगशाला में वास्तविक रूप से जो संभव है उससे परे, (वास्तव में, निम्न श्रेणी में 6.5 अंकों के मीटर से सही प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए आपको पहले से ही थर्मल ईएमएफ और रिसाव जैसी चीजों को लेने की आवश्यकता है। खाते में), जब तक आप चरम अंशांकन नहीं कर रहे हैं। और उन मामलों में, पूर्ण संदर्भ प्रयोगशाला आमतौर पर कस्टम जोसेफसन-जंक्शन आधारित संदर्भों का उपयोग करेगी, जहां क्रायोजेनिक तापमान और क्वांटम-भौतिकी का उपयोग वोल्टेज की माप में समय (आवृत्ति, वास्तव में) की माप को चालू करने के लिए किया जाता है। ये हजारों डॉलर के कई hunderds खर्च कर सकते हैं और संचालित करने के लिए बहुत अधिक विशेषज्ञता की आवश्यकता होती है।

Answer 4

शायद, इसके लिए एक आवश्यकता है, लेकिन एक बड़ी आवश्यकता नहीं है। बहुत से लोगों को उतनी सटीकता की आवश्यकता नहीं है, केवल कुछ उच्च अंत कंपनियां जो संभवतया ऐसी मशीनें बनाती हैं जो बहुत सटीकता (उन भागों के लिए जिन्हें 9.5 अंकों के डीएमएम के साथ मापा जाना चाहिए)। हालांकि, मैं सोच सकता हूं कि इसके लिए एक 'आवश्यकता' है, या कम से कम एक इच्छा।

इसका कारण यह है कि कोई भी नहीं है, यह है कि शायद उस सटीकता के साथ एक बनाना बहुत महंगा है; यदि यह सब संभव है, तो यह बहुत महंगा है और कोई भी इसे नहीं खरीदेगा।

सादृश्य एक प्रसिद्ध वेफर स्टेपर कंपनी है जो एनएम सटीकता पर मशीन बनाती है। ये मशीनें ऑप्टिकल लेंस की गुणवत्ता के आधार पर भारी होती हैं। इस दुनिया में बहुत कम कंपनियां हैं जो अच्छे लेंस बना सकती हैं, और यह वेफर स्टेपर कंपनी बेहतर लेंस लगाना चाहेगी, लेकिन सिर्फ इस कीमत पर कि वे इसे ग्राहकों से वापस कमा सकें।

Comments

वेफर स्टेपर ओवरले सटीकता अब तक नैनोमीटर से नीचे होनी चाहिए, नहीं? चाहे वह 10 या 100 किलोमीटर का हो, लेकिन मुझे यकीन नहीं है।

— फोटॉन

@ ThePhoton सच में, ओवरले (जो परतों को रखने के लिए सबसे छोटी सटीकता है 0.5 एनएम अब afaik, शायद और भी छोटा है), हालांकि आंतरिक रूप से कुछ चरणों के लिए पिकमीटर का उपयोग किया जा सकता है।

— मिशेल कीज़र्स

इसके अलावा, अगर आपको एनालॉग फैशन में ऐसे सटीक मानों को मापना या एनकोड करना है, तो आप वोल्टेज डोमेन एएसएपी के बजाय उन्हें समय पर ले जाने की बहुत कोशिश करेंगे।

— रैकैंडबनमैन

मैं यह नहीं देखता कि यह तुलना कैसे प्रासंगिक है। मैकेनिकल पोजिशनिंग को वैकल्पिक रूप से मापा जा सकता है, और ट्रिपल पैटर्निंग का प्रदर्शन करते समय आपको सभी की जरूरत एक सापेक्ष ऑफ़सेट 0.1 एनएम से कम होनी चाहिए। लेकिन आप वास्तव में परवाह नहीं करते हैं कि वास्तव में उस बड़े 300 मिमी सिलिकॉन वेफर पर आपका अंत कहां है।

— MSalters

@ लेटर्स नई लेयर का नहीं, मौजूदा लेयर के ऊपर होना चाहिए।

— मिशेल केइजर्स

Answer 5

पिछले प्रोजेक्ट में मैंने काम किया था, हमने पेनिंग ट्रैप प्रयोगों के लिए सटीक वोल्टेज स्रोतों का निर्माण, परीक्षण और उपयोग किया । हमे जरूरत$100\,\text{V}$ उप में स्थिर (यानी सटीक, सटीक नहीं) स्रोत$\mu\text{V}$ रेंज।

उस स्तर पर 8.5 अंकों के मल्टीमीटर और माप के साथ एक समस्या यह है कि आपको थर्मल क्षमता और संपर्क क्षमता से निपटना पड़ता है, जो आपकी सटीकता को गंभीर रूप से कम कर देता है। इसके अलावा, दोनों प्रभाव आमतौर पर तापमान पर निर्भर होते हैं, जो आपकी सटीकता को कम कर देता है, जब तक कि आपके पास परीक्षण सेटअप की अच्छी थर्मल स्थिरता न हो। यदि आपके पास 9.5 अंक का मल्टीमीटर था, तो आपको माप पर्यावरण पर बेहतर नियंत्रण रखना होगा।

यदि आपको वास्तव में, वास्तव में 9.5 अंकों की मल्टीमीटर की आवश्यकता है, तो वर्तमान एडीसी तकनीक पर्याप्त नहीं है। मुझे लगता है कि आप उस उद्देश्य के लिए क्रायोजेनिक पेनिंग ट्रैप स्थापित कर सकते हैं। इसे कस्टम-निर्मित करना होगा, कुछ सौ डॉलर और एक से दो पीएचडी छात्रों की लागत होगी। लेकिन यह किया जा सकता है! अंशांकन सबसे मुश्किल हिस्सा होगा, लेकिन जोसेफसन जंक्शन सरणी (प्राथमिक मानक) के खिलाफ किया जा सकता है।