Onlangs kreeg ik een Philips capaciteits decade cadeau. Volgens de typeplaat is het een 3E93102 uit juni 1954 van Philips E.B.M. H.I.G.A. Verder is er niets over bekend en zag ik dit model ook niet eerder.
Het instrument was in weinig fraaie staat. Het zat vol stickers en gaf een wild verspringende capaciteit. Na schoonmaken van de buitenkant en de schakelaars was dat gelukkig veel beter.
De schaal is in micro-micro farad, wat we nu picofarad ofwel pF noemen. De decade heeft een bereik van 1000 micro-micro farad, dat is 1 nF, tot 1 µF.
Er zijn vier condensatoren per decade. In bijvoorbeeld de 1 nF decade zijn waarden van 1, 2, 3 en 4 nF aanwezig, waarmee door parralelschakelen dan ook 5 (4+1), 6 (4+2), 7 (4+3), 8 (4+3+1), 9 (4+3+2) en 10 (1+2+3+4) nF gemaakt kan worden. De grootste condensator bestaat uit twee condensatoren van 200 nF parallel. Alles lijkt speciaal gemaakt te zijn, met een constructie gericht op zo min mogelijk restcapaciteit.
Maar hoe goed is zo een bijna 70 jaar oude decade nog? De condensatoren zijn voor zover zichtbaar 0,5% mica (opschrift van de 1 nF) condensatoren van 500V, en voor hun capaciteit behoorlijk groot en zwaar.
Om dit te testen zocht ik (bijna) alles in huis wat redelijk capaciteit kan meten bij elkaar, en voerde drie complete sets metingen uit.
De volledige meetresultaten kunt u hier zien.
Het meten met de meetbrug, dertig keer met twee handen het minimum zoeken terwijl men intussen de versterking opdraait, was een prettig meditatief klusje. Wat niet aangetekend is, is dat de condensatoren op de meetbrug een uitstekende, lage, verliesfactor D hadden.
De onvermijdelijke offset werd gemeten met de decade op 0 en afgetrokken van de metingen. Door delen door de verwachte waarde werden alle metingen genormeerd naar 1. Tot slot werd van iedere set de standaarddeviatie berekend. Deze zal kleiner zijn als de decade en het betreffende meetinstrument het beter met elkaar eens zijn, afgezien van een schaalfactor waar we door deze manier van rekenen niet gevoelig voor zijn.
We weten hierbij niet wie er gelijk heeft, maar de kans dat de decade en een meetinstrument op precies dezelfde manier afwijken lijkt verwaarloosbaar. Als ze goed overeen komen bouwt dat dus vertrouwen in zowel de meter als de condensatoren.
In de tabel is te zien dat de ESI meetbrug de laagste standaarddeviatie haalt. De Peak LCR meter geeft ongeveer 1,5 keer zo veel “ruis”, en de Agilent multimeter ruim 10x.
In de grafiek van de genormeerde waarden zien we dat de ESI en de Peak lijnen een zelfde vorm hebben. Vermoedelijk ontstaan de gezamelijke hobbels daarom door afwijkingen van de decade. Ook lijkt het er op dat het meten van grotere capaciteiten gemakkelijker nauwkeurig verloopt dan dat van kleine.
Tot slot is nog even gekeken of we met de kennis over de opbouw van de decade de voorspelling dat bijvoorbeeld 5 gelijk moet zijn aan 4+1 kunnen bevestigen. Hoe goed dit gaat is vooral een indicatie van de kwaliteit van de instrumenten. De waarde van de condensatoren doet er hier niet meer toe, parasitaire capaciteiten en dergelijke in de decade nog wel.
Hier zien we in de standaard deviaties eenzelfde beeld verschijnen. De ESI voorspelt het beste, gevolgd door de Peak en, op ruime afstand, de Agilent.
De specificaties van de nauwkeurigheid van de meetinstrumenten zijn kort door de bocht 0,2% voor de ESI meetbrug, 1,5% voor de Peak en 1% voor de Agilent. Dat maakt deze wat oudere multimeter niet meer waar. De decade is vermoedelijk nog binnen 1% juist.