Categorie: Verzameling

Fluke 867B Graphical Multimeter

Voor deze jaren ’90 multimeter was weinig belangstelling omdat hij in ruwe staat was: De accu was kapot, het display had lijnen, hij was smerig en enkel het AC bereik leek nog te werken. Ik kon het niet laten hem te adopteren, ook uit nieuwsgierigheid.

Fluke 110 and Fluke 867B size comparison.

Zoals op de foto te zien is deze meter ENORM, zeker in vergelijking met mijn trouwe 110 uit dezelfde tijd, en ook groter dan dat noodzakelijk lijkt voor het scherm en de knoppen. Vermoedelijk is hij bedoeld voor service werkplaatsen, niet voor onderweg. Ook is in het royale batterijvak ruimte voor zes AA cellen naast een eveneens 6x AA NiCd accu pack, en zijn er reserve zekeringen.

Reparaties

De eerste prioriteit was de draaiknop te repareren, anders is hij onbruikbaar. In het commentaar onder een YouTube video stonden goede aanwijzingen: Het probleem zou niet het sleepcontact van de draaiknop zelf zijn, maar de verbinding tussen de koolstof vlakjes van de schakelaar en de printsporen. De schakeling is te vinden in de overigens uitstekende service manual:

Fluke 867B Service manual switch circuit.

Het is dus een eenvoudige DAC om de stand van de schakelaar in te kunnen lezen met een enkele ADC pin van de microcontroller. De met de weerstanden ingestelde verhoudingen tussen de spanning op TP22 en de VDD liggen bij na-rekenen op een rechte lijn.

Bij meten tussen de contactvlakjes en de weerstanden zijn daar echter inderdaad tot tientallen kΩ overgangsweerstand, die de werking van deze schakeling verstoren. Opvallend is dat vrijwel al deze verbindingen slecht zijn.

Ik besloot de overgangen van printspoor naar contactvlak voorzichtig te aaien met een glasvezel pen om loszittend koolstof weg te halen, maakte alles daarna goed schoon met IPA en stipte enkel de overgangen aan met geleidende verf, type “Bare Conductive, Electric Paint”. Na een dag drogen werd met een wattenstaafje nog een minimale hoeveelheid Kontakt 61 op het sleepcontact aangebracht. Deze reparatie loste het probleem op, alle standen van de schakelaar werkten weer goed. De overgangsweerstand daalde naar tientallen Ω. We zullen zien hoe lang het houdt.

Fluke 867B conductive paint switch repair.

Overigens is op dezelfde as aan de andere zijde van de print een echte wafer geplaatst om signalen om te schakelen. Hier was niets mee aan de hand dus ben ik er afgebleven.

Met het grootste probleem opgelost werd voor een paar tientjes een nieuw display in China en een nieuw (vervangend) BP7217 NiMh accu pakket in Nederland besteld. Het verbaasde dat die voor dit oude en relatief zeldzame instrument goed te krijgen zijn. Omdat de meter helemaal uit elkaar moest was dit een mooie gelegenheid voor een poets-sessie met gewoon afwasmiddel en een schuursponsje. Daar knapte hij zo van op dat de 110 ook een bad gekregen heeft.

Kalibratie en techniek

Fluke 867B, Fluke 110, HP 3468B multimeters on a 10V AD584 voltage reference.

De kalibratie van alle bereiken lijkt in orde, de multimeters zijn het behoorlijk met elkaar en de lab referenties eens. Overigens is de spanningsreferentie in de meter een “gewone” zener diode, een 1N4578 van 6,4 V. De schakeling is klassiek: Een niet-inverterende 1,27x versterker en een weerstand van 845 Ω stellen de stroom door de diode in op de voor de diode gespecificeerde 2 mA.

Fluke 867B Reference circuit.

De speciale Fluke BE 860 230 netadapter of “Battery eliminator” is een curiositeit. Omdat er in de meter geen galvanische scheiding is, is de adapter helemaal geïsoleerd tot de 1000 V die ten opzichten van aarde gemeten mag worden. Dit leidde tot een dik snoer en een extreem lange, dunne DC connector die in een klein gaatje gestoken moet worden.

Fluke 867B mains adapter 12V/0,3A BE 860 230

Vermoedelijk geeft deze oplossing met een 50 Hz transformator de hoogst bereikbare common-mode impedantie, beter dan met een geïsoleerde smps in de meter te bereiken zou zijn. Dit is belangrijk voor een multimeter. Het instrument moet goed zweven om de metingen niet te verstoren. De totale parasitaire capaciteit van de netadapter is slechts 20 pF, het lek is bij een net van 230V/50Hz dan enkele µA.

De aftermarket smps adapters voor deze meter die op internet te vinden zijn zouden wat dit betreft minder kunnen presteren.

Eerste ervaringen

Fluke 867B scope display mode

Wat is dit nu voor instrument?

  • De grote Fluke is lomp, traag in alles en werkt slechts 8 uur op een power pack.
  • Hij bevat twee instrumenten in een: een 4,5 digit multimeter en een 4,8 Megasample, 1 MHz bandbreedte scope kanaal dat de bemeten golfvorm kan tonen.
  • De continuïteit test is snel bij het detecteren van contact, maar niet bij onderbrekingen. De nederige Fluke 110 wint dit royaal.
  • Bij AC metingen heeft men de keuze uit gemiddelde- of RMS metingen, wat in de meter als twee aparte analoge kanalen is uitgevoerd.
  • Er zijn uitgebreide frequentie / PWM / periode functies voor zowel AC als DC.
  • Een interessante optie is de TrendGraph display mode, die bij bijna alle functies gekozen kan worden en de gemeten waarde tegen de tijd plot. Dit is een functie die ik soms mis op luxe moderne scopes. Helaas loopt de verticale schaal van de trend altijd van 0 tot de maximale waarde van het bereik, wat kleine variaties onzichtbaar maakt. Een gemiste kans, mogelijk was extra geheugen nog te duur.
  • De diode test werkt bipolair, wat zowel praktisch als enigszins verwarrend kan zijn.
  • De ingebouwde componenten tester of “tracker” is een fraaie extra. De frequentie is in decades te kiezen tussen de 2 Hz en 18,75 kHz en de uitgangsspanning is 3,2 Vpp bij een impedantie van 11,1 kΩ. Deze werkt uitstekend.
File 867B Component Test measuring a diode.

De grote Fluke heeft dus uitgebreide voorzieningen voor reparaties op component niveau, maar niets voor industriële toepassingen.

Vermoedelijk was dit model gericht op service werkplaatsen voor bijvoorbeeld kantoor machines zoals printers, plotters en kopieermachines, of professionele audio/visuele apparatuur zoals camera’s en videorecorders. Zoals die halverwege de jaren ’90 nog op grote schaal in gebruik waren. Hij lijkt erg geschikt voor het meten aan (PWM-) motor regelingen en dergelijke.

Laserdisc

Philips Laserdisc VLP-720.

Onlangs redde ik een half gesloopte Philips VLP-720 Laserdisc speler van de container. Over de geschiedenis van dit video systeem, dat maar een beperkt succes heeft gekend, is online veel te vinden. De grote hoeveelheid strikt analoge en op het oog eenvoudige elektronica maakte mij nieuwsgierig naar de werking. Een goede aanleiding om daar eens in te duiken.

Dit systeem is een directe voorloper van de digitale compact disc en latere systemen, die door sommigen nu weer vervangen worden door de LP die daaraan vooraf ging. Goed genoeg en (betrekkelijk) low tech techniek heeft zo zijn charmes. Maar dit terzijde.

Enige tekeningen in dit stukje zijn overgenomen uit de Duitstalige service manual.

Signaal

Laserdisc werkt geheel analoog. Het videokanaal en twee audio kanalen worden gemoduleerd met draaggolven van respectievelijk 7,33 MHz, 683 kHz en 1066 kHz.

Laserdisc signals.

De gemoduleerde signalen (a), video en (b) audio worden opgeteld tot (c) en geclipt om een analoog signaal (d) met twee niveau’s te verkrijgen.

Het zo verkregen signaal wordt als een lange spiraal van putjes (‘pits’) op de schijf geschreven. De schijf is bedekt met aluminum zodat hij het licht reflecteert. Omdat er slechts twee niveau’s zijn lijkt dit mogelijk digitaal, maar dat is slechts schijn, de tijd-as is hier geheel analoog oftewel continue.

Disc

De disc is 30 cm in doorsnede. De putjes liggen net zoals bij de latere CD 1,1 mm diep in het polycarbonaat van de schijf zodat zij goed beschermd zijn. Zij zijn 100 nm diep en 400 nm breed, bij een afstand van 1,6 tot 1,8 µm tussen de sporen. De discs zijn tweezijdig.

Laserdisc disc intersection.

De uitlezing van de putjes gebeurd door interferentie. De gefocusseerde lichtbundel is breder als het spoor. Als er geen putje “in beeld” is wordt simpelweg al het licht weerkaatst. Als er wel een putje is vind destructieve interferentie plaats tussen het licht dat door de bodem van het putje weerkaatst wordt en het licht dat door het gebied er naast weerkaatst wordt. De fotodiode die het licht omzet in een elektrisch signaal wordt dan donker. Om dit te doen moet de weglengte in totaal 1/2 λ verschillen. Daarom zou men misschien verwachten dat de putjes 633 nm / 4, dus ruw 160 nm diep zijn. Dat de diepte van de putjes maar 100 nm moet zijn, is omdat rekening gehouden moet worden met de brekingsindex van het polycarbonaat van de disc. Deze is 1,6 in plaats van de 1 voor lucht.

Op basis van de numerieke apertuur van het objectief, 0,40 en de golflengte van de HeNe laser, 633 nm, zitten deze afmetingen op de grens van wat met deze optica waarneembaar is, en daarmee van van wat haalbaar was. Er past dus echt niet meer informatie op de schijf.

Optica

Laserdisc optics diagram.

Het overzicht van het optische systeem ziet er op het eerste gezicht intimiderend complex uit. Dit is echter een combinatie van een viertal eenvoudigere systemen die elk een deelprobleem voor hun rekening nemen.

In het echt is het met de laser aan ook prachtig, maar men kan niet zien wat er gebeurd.

Working HeNe laser in Philips VLP-720.

Polarisatie

Er wordt gebruik gemaakt van polarisatie om een optisch systeem met een hoog rendement te maken, en om te voorkomen dat licht terug gekaatst wordt de laser in. Hier kunnen (HeNe-) lasers namelijk niet tegen, ze worden onstabiel en gaan “pruttelen”.

Diagram. Waveplate and beamsplitter in Laserdisc optics.

De werking is als volgt: De laser is zelf gepolariseerd in verticale richting. De straal valt op de “polarizing cube beamsplitter”, welke zo geplaatst is dat licht met deze polarisatie richting over 90º wordt afgebogen. Hierna wordt de lineaire polarisatie door een 1/4 λ waveplate omgezet in een circulaire polarisatie rechtsom. De reflectie van het licht tegen de schijf maakt dat de circulaire polarisatierichting omkeert. Het terugkerende licht is dus linksom in plaats van rechtsom gepolariseerd. De bundel gaat opnieuw door de waveplate, die de circulaire polarisatie linksom omzet in een lineaire, maar nu verticale polarisatie. Dit licht gaat in de beamsplitter rechtdoor, en valt op de fotodiode. Zo wordt bereikt dat de fotodiode enkel het gereflecteerde licht ziet en dat zo veel mogelijk licht uit de laser op de fotodiode kan vallen.

Dit systeem werkt op basis van de polarisatie gevoeligheid van de beamsplitter en de werking van de 1/4 λ waveplate. Deze zijn gemaakt van materialen die voor de verschillende polarisatierichtingen een verschillende lichtsnelheid en dus brekingsindex kennen. Een voorbeeld hiervan is het mineraal Dubbelspaat, een vorm van calciet.

Optica leverancier Edmund Optics heeft een uitgebreidere uitleg over dit soort onderdelen.

Tracking

De tracking gebeurd door de laserstraal direct als hij uit de laser komt met een diffractie tralie op te splitsen in een hoofdstraal en stralen van een hogere orde, waarvan enkel de twee direct naast de hoofdstraal gebruikt worden. Deze doorlopen dezelfde optica als de hoofdstraal.

De hulpstralen vallen in de detector ieder op een aparte fotodiode, E en F genoemd. Het tracking regelsysteem zorgt er voor dat beide diodes even sterk belicht worden, en dus half op het spoor vallen.

Laserdisc tracking diagram.

Het bij-regelen van de tracking gebeurd op twee manieren: Traag door met een motor de wagen met daarop het objectief te verplaatsen, en snel door middel van een beweegbare spiegel.

Omdat het objectief op de wagen centimeters verplaatst wordt over de schijf terwijl de rest van de optica vast gemonteerd is, is de collimator lens noodzakelijk. Deze maakt dat de lichtstralen over deze variabele afstand evenwijdig lopen en dat de afstand niet uit maakt.

Focus

Het focusmechanisme meet het uit focus zijn door middel van een cilinder lens die voor de vier in een vierkant geplaatste fotodiodes geplaatst is.

Deze lens maakt dat het objectief in plaats van een enkel focuspunt twee focus lijnen onder een hoek van 90º op enige afstand van elkaar heeft. Midden tussen deze twee lijnen is het gezochte focuspunt, hier worden de vier fotodiodes gelijk belicht. Met een verschilversterker worden de signalen uit de diodes kruiselings vergeleken en op basis van dit signaal de hoogte van het objectief bij geregeld.

Met condensatoren wordt tegelijk het HF signaal met daarin de video en audio informatie van alle vier de diodes tegelijk afgenomen. De diodes E en F in deze tekening zijn die voor de tracking.

Laserdisc focus diagram.

Het objectief wordt bewogen door een voice coil, een spoel die zoals in een luidspreker beweegt in een magneetveld.

Laserdisc focus actuator, voice coil.

Snelheid

Het is belangrijk te realiseren dat het signaal direct van de schijf naar een kleurentelevisie gaat, zonder enige vorm van buffering. Het was in de jaren ’70 ondenkbaar om in de speler ook maar een enkel video frame elektronisch op te slaan. Kleine fouten in de draaisnelheid of een iets excentrische schijf zouden daarom direct leiden tot grote beeldfouten. Om de speler probleemloos op iedere televisie te laten werken moet de tijd binnen 10 ns juist lopen.

Deze hoge nauwkeurigheid wordt in twee stappen bereikt:

  • De motor van de schijf wordt aangestuurd op basis van de beeldfrequentie, die 25 Hz moet zijn. Deze motor is voorzien van een tacho regeling.
  • Net zoals bij de tracking is er een bewegende spiegel om hoogfrequente fouten in de snelheid op te kunnen vangen. Deze wordt gericht op basis van een 3,75 MHz signaal dat mee opgenomen is op de schijf.
Laserdisc mirror and objective assembly.

De beide genoemde spiegels zijn als aparte modules onder het objectief gemonteerd. De vanaf deze zijde gezien eerste is voor de tracking, de tweede voor de snelheid.

Laserdisc mirror galvanometer intersection.

De bewegende spiegels oftewel spiegelgalvanometers zijn eenvoudig opgebouwd uit een spiegel op een levend scharnier met twee magneetjes er onder gelijmd, met daaromheen een spoel.

Tot besluit

Bovenop de beschreven basis bevat de elektronica van de speler de nodige complicaties om snel op te kunnen starten, te zoeken en om voor die tijd nieuwe functies zoals stilstaand beeld vanaf daartoe geschikte discs met een “CAV” indeling te realiseren. CAV, Constant Angular Velocity, wil zeggen dat er precies 1 beeld op 1 omwenteling van de schijf is opgenomen.

Mijn belangstelling gaat echter vooral uit naar de optica en de regeltechniek. De mechanische toleranties van disc en loopwerk zijn 0,1 mm, terwijl voor een goede werking van het aftasten een nauwkeurigheid beter dan 0,1 µm noodzakelijk is. Deze factor 1000 verbetering wordt gerealiseerd met de combinatie van de optica en typische “moderne” jaren ’70 elektronica, gebaseerd op discrete transistoren en opamps in de µA741 categorie. Beslist goed doordacht ontworpen, maar ook toen niet high end. Dat is dus niet nodig, de natuurkunde en niet de elektronica zet hier de grens aan wat mogelijk is.

Het is het vermelden waard dat Elektuur in 1990 een “laser unit” beschreef, op basis van de dump HeNe laser en spiegelgalvanometers bedoeld voor dit Laserdisc loopwerk. Overigens zonder het systeem te benoemen. De maanden er na volgt nog een fraaie Lissajous aansturing voor de galvanometers.

From: Laser Unit - Elektuur december 1990 pagina 69.

In mijn collectie heb ik een HeNe laser, afkomstig uit de personeelswinkel van Philips. Het schijnt dat deze gerelateerd is aan deze ontwikkeling. De kathode is bij deze laser naast de resonator geplaatst in plaats van eromheen. Toen ik een klein Aartje was heb ik deze zien werken, helaas is hij lek en wil inmiddels niet meer laseren.

Old Philips HeNe laser

Bleeker weerstand decade

Dit weekeinde kocht ik bij een verkoopdag van overtollige materialen van het Omroep Zender Museum voor een verwaarloosbaar bedrag een decade gemaakt door Bleeker, ofwel Nedoptifa. Ik bezit een kleine collectie apparaten van Dr. Caroline Bleeker. De eenvoud en kwaliteit vind ik erg aantrekkelijk.

Nedoptifa / C.E. Bleeker decade met HP 3468B multimeter.

De 0,1 Ω tot 100 kΩ decade bemeten met een HP 3468B 5 1/2 digit multimeter. Het serienummer van de decade is 69394 S.

De decade was erg smerig en wat gebutst, dus heb ik hem de volgende dag schoongemaakt en gekalibreerd. Het is een uitvoering met aansluitingen tussen de schakelaars, ook inzetbaar als spanning deler. Er staat zoals, gebruikelijk bij Bleeker, geen nauwkeurigheid of type op aangegeven en de originele documentatie is zoek. Een bron op internet, de Stichting Historische Microscopie, noemt voor een serie decades van Bleeker 0,005 % ofwel 50 PPM. Als deze dat haalt zijn de meeste moderne apparaten niet in staat dat te controleren. Mijn multimeter met de hoogste resolutie, de HP op de foto, haalt dit (ruw) formeel enkel de eerste 24 uur na een kalibratie.

Nedoptifa / C.E. Bleeker decade inside. Cleaning.

Het binnenwerk. Zes draaischakelaars, zestig draadweerstanden.

Bij het meten op de overigens niet gekalibreerde HP, met een vierdraad aansluiting op de terminals van de decade bleek echter dat de eerste twee decades behoorlijk afweken. Er werd steeds 1 decade tegelijk gemeten. De temperatuur was deze vroege lentedag 15 graden.

De eerste weerstand van 0,1 Ω, meet met 0,105 Ω zelfs bijna 5% te hoog. Daarna wordt het beter, als we de Y-as 50x vergroten zien we:

200 PPM afwijking is goed, hoewel groter dan de misschien gehoopte 50. Ik denk niet dat dit in de HP zit omdat deze steeds rond de “3” van bereik wisselt, en daar geen sprongen te zien zijn. De waarden in de decades van 100 Ω tot 1000 Ω en die van 10 kΩ tot 100 kΩ zitten netjes binnen 51 respectievelijk 54 PPM afwijking van elkaar. In de decade tussen 1 kΩ en 10 kΩ lijkt het effect zichtbaar van een beschadigde onderste weerstand. Zijn invloed neemt af naarmate er meer goede weerstanden mee in serie staan.

Damaged wire resistors. Nedoptifa / C.E. Bleeker decade.

Wat er aan de hand is met de laagste decades laat zich raden: De maximale belasting van de weerstanden is zoals aangegeven op de decade slechts 250 mW. Aan de gebubbelde lak is al te zien dat dit vermogen royaal overschreden zal zijn. De weerstanden zijn niet kapot gegaan, maar ook niet meer binnen specificatie.

De weerstanden zijn overigens draadgewonden en vanaf 1 Ω voorzien van een Ayrton–Perry winding voor kleine parasitaire eigenschappen, dus weinig zelfinductie en capaciteit. Een deel is gelakt, twee hogere decades zijn bedekt met een wasachtige substantie.

Nedoptifa C.E. Bleeker Thomson brug 2181. Weerstand decade. Handboek.

Voor de zekerheid -en het plezier- is de onderste decade nog eens gemeten met mijn Bleeker 2181 Thomsonbrug. Deze brug heeft drie cijfers, vier als we schatten tussen twee schaaldelen, en een kleinste bereik van 100 µΩ (!). De gebruikte voeding is een Delta E030-3 op de voor de brug gebruikelijke 2 V. De meet stroom is in dit bereik ruw 1 A. Let niet op de draadkleuren, dat deed ik kennelijk ook niet 😉 De schaal van de grafieken is in hier meer gepaste procenten.

De meting met de Bleeker brug laat een gunstiger beeld zien, hoewel ook hier alle weerstanden omhoog afwijken. De HP werkt hier in zijn laagste bereik: 300,000 Ω, dus zijn er bij deze meting slechts drie cijfers. De specificatie van de HP in dit bereik (1 jr) is 0,017 % + 5 digits. Mijn gevoel is dat de brug het beter doet.

Hierbij kwam de vraag op of het mogelijk juist is om de nulweerstand, de weerstand met de knop op “0”, af te trekken van de op de overige standen gemeten waarde. Deze is voor deze eerste decade overigens 4 mΩ volgens de HP en 2,55 mΩ op de Bleeker.

Dit geeft in dit geval, omdat de weerstanden allen omhoog afwijken, een beter resultaat, maar het lijkt bij nader inzien een vreemde manier van het specificeren van een decade. De nulweerstand is onvermijdelijk, maar alle andere weerstanden kunnen zo ingesteld worden dat de tussen de klemmen gemeten weerstand de nominale waarde heeft.

Er is een zekere verleiding de al te grote afwijkingen te corrigeren door “moderne” weerstanden parallel of in serie te schakelen. Omdat de correctie klein is, is de hoop dat de goede eigenschappen zoals de stabiliteit van de Bleeker weerstanden hierbij in stand blijven. Het soldeerwerk is echter lastig, er moeten geen nieuwe fouten geïntroduceerd worden. Ook zouden eerst de metingen gecontroleerd moeten worden, bijvoorbeeld door te vergelijken met enige lage normaal weerstanden van onbesproken gedrag. Voorlopig dient een reparatiepoging geen doel, en laat ik de decade zoals hij is.

Ondanks de beschadiging is het een mooie aanwinst. De metingen tonen maar weer aan dat er duidelijk meer gemeten moet worden.

Update: De gebruiksaanwijzing van de 2181 brug is toegevoegd aan de manuals pagina.

Fluke 845AB Null detector

Onlangs kwam ik in bezit van een Fluke 845AB high impedance voltmeter / Null detector. Dit is een DC voltmeter met een ingangsimpedantie van 10 MΩ, 100 MΩ in de hogere bereiken, een goed zwevende ingang met een lek naar de guard van > 1 TΩ, en een kleinste bereik van 1 µV DC volle schaal. Deze worden o.a. toegepast in gevoelige meetbruggen en bij het back-to-back vergelijken van standaardcellen.

Het front van het instrument.

Hoewel ik een chopper vermoedde maakten de specificaties toch wel nieuwsgierig hoe het instrument in elkaar zit. Gelukkig bleek het defect, bij inschakelen ging de meter langzaam in de hoek, en was de service manual online te vinden. Dus mocht het direct uit elkaar. Tot mijn verbazing blijk de chopper opgebouwd te zijn met LDR’s en neonlampjes. Toch niet de meest precieze of gevoelige componenten.

De neonlampjes in de metalen blokken links belichten via lange plexiglas staven de LDR’s rechts. Omdat de synchrone detector uiteraard gevoelig is voor de stuurspanning van de lampjes moeten deze componenten elektrisch goed gescheiden zijn. Vandaar de grote fysieke afstand.

In het blokschema doorloopt het te meten signaal achtereenvolgens:

  • De verzwakker aan de ingang. In de bereiken boven 1 mV wordt verzwakt naar 1 mV.
  • De chopper met de neonlampjes op LDR’s.
  • De AC voorversterker. De gain hiervan wordt verhoogd bij de bereiken < 300 µV.
  • De synchrone demodulator. Deze is eenvoudig van opzet: Het is een enkele transistor.
  • Een DC versterker, een discrete opamp, met een vast ingestelde versterking van 300x. Het uitgangsspanningsbereik is 1 VDC.

Hierna volgen de galvanometer en een eenvoudige modulator / transformator / demodulator schakeling voor de gescheiden recorder output. De belangrijkste truck om de schakeling goed lineair te maken is een overall DC terugkoppeling naar de chopper, deze terugkoppeling is 1 µV voor het gevoeligste bereik en tot 1 mV voor de grotere. Opvallend is nog dat de 1-3-10 stappen in de bereiken in zowel de AC gain als in de overall terugkoppeling terug komen.

Alles binnen het guard shield wordt via een transformator gevoed uit een 84 Hz voeding op een aparte print, wat ook de chopper frequentie is.

Het defect was snel gevonden. De ruwe voedingsspanning was te laag omdat de interne 10 V accu batterij, welke altijd onder spanning gehouden wordt, kapot was gegaan en was gaan lekken. Na alles zo goed mogelijk schoongemaakt te hebben viel de schade mee, en gelukkig betrof deze enkel de voedingsprint. Het instrument is met het schema in de manual omgebouwd naar enkel bedrijf op de netspanning, door een weerstand weg te halen en een 10 V zenerdiode te plaatsen. Tevens monteerde ik voor comfort een gewone IEC netentree in plaats van de Amerikaanse.

Met deze modificatie lijkt het weer behoorlijk te werken, en bleek de kalibratie op mijn AD584 spanningsreferentie nog spot on te zijn. Daar ben ik dus zorgvuldig afgebleven. De wijzer is in de gevoeligste bereiken wel wat onrustig, maar op het oog binnen de specificatie van 0,3 µV op het 10 µV bereik. De bereiken daaronder vereisen nader onderzoek.

De deelschakeling van de geïsoleerde recorder output. Het gemeten DC signaal moduleert via Q113, 114 een 84 Hz signaal door de primaire wikkeling van transformator T203. Aan zijn secundaire kant wordt dit door Q203, 204 weer gedemoduleerd naar DC.

Merk op dat T203 een scherm heeft dat verbonden is met de guard, de stippellijn, om de gehele primaire wikkeling heen. Er is zelfs een tweede aardscherm aan de (kast-) aarde onder de secundaire wikkeling. Ook de voedingstransformator heeft deze voorzieningen, de guard wordt nergens doorbroken. Overigens mag op de guard een spanning tot 1100 V ten opzichten van aarde zijn, én is de ingang in alle bereiken bestand tegen 1100 V overspanning (!). Dit wordt bereikt met een een eenvoudige diode clamp en een 150 kΩ / 2W serieweerstand aan de ingang, die het bij 1 kV als ik mij niet vergis behoorlijk warm zal krijgen..

De fraaie componenten, zwevend gemonteerd rond de bereiken schakelaar.

Nog wat spectaculaire getallen; Op het gevoeligste bereik, 1 µV over 10 MΩ, rollen er gemiddeld voor volle uitslag 624000 elektronen per seconde de ingang in. Door een eenvoudige modificatie, het weghalen van een 10 MΩ weerstand aan de ingang, is de ingangsimpedantie op de gevoeligste bereiken volgens de manual op te voeren naar ruw 300 MΩ en zijn dit er zelfs slechts 20800. Dat zouden er 416 per schaaldeel zijn, die kan men bijna tellen 😉 Zo gezien is het ook een gevoelige stroom meter.

Al met al een leuk en inspirerend instrument voor de verzameling. Voor wie meer wil weten is de service manual de moeite.

Burroughs BarGraph display

Burroughs Bargraph BG-12201-2

Op zoek naar iets anders in de schuur van mijn vader kwam ik deze displays tegen. Het zijn Burroughs BarGraph glow-transfer displays, type BG-12201-2. De displays zijn uit 1972 en geven twee neon bar graph uitlezingen met 201 streepjes. Een soort moderne bar-variant van een Nixie. Zij werden typisch toegepast voor L en R audio levels in allerlei professionele studio apparatuur.

Het was onbekend of ze nog werkten, dus besloot ik te proberen ze te testen.

Een eerste lastigheid was de connector, of het gebrek daar aan. Ik loste dit voor de test op door het display op een blokje hout te plakken, losse draadjes in de 0,6 mm brede contact-sleuf tussen glasplaat en keramiek te steken en het geheel met plakband te fixeren.

Burroughs Bargraph BG-12201-2

De displays bestaan uit een witte keramische plaat waarop de kathodes, hun verbindingen en een afdeklaag ge-zeefdrukt zijn, dan iets van 0,5 mm ruimte voor het neongas afgedekt met een glasplaat met daarop de anodes.

Op het internet is de nodige informatie te vinden over hoe de displays werken. Als eerste wordt een start kathode ontstoken, het eerste streepje, waarna de ontlading door middel van een drie fasen klok over de rest van de streepjes loopt. Dit spel herhaald zich tientallen malen per seconde, zodat het display niet knippert.

Burroughs noemt dit het glow-transfer principe. Omdat de anode spanning bij een actieve ontlading door de stroombegrenzingsweerstand daalt tot onder de ontsteek spanning kan enkel een naast de actieve kathode gelegen volgende kathode ontstoken worden. De driefasen klok zorgt dat dit steeds het streepje rechts naast het op dat moment brandende zal zijn. Feitelijk is de aansturing zo dus digitaal.

Op deze slimme manier is met relatief weinig aansluitingen en elektronica een lange bar met hoge resolutie te realiseren. Ook een logaritmische schaal is geen probleem, wat voor audio wenselijk is.

Als de gewenste indicatie bereikt is wordt de anodespanning van de betreffende bar voor de rest van de cyclus uitgeschakeld.

Burroughs Bargraph BG-12201-2 circuit.

Overgenomen uit Burroughs Bulletin BG101C, July 1976.

Om eenvoudig een snelle test te kunnen doen gebruikte ik een Arduino als besturing, en liet de anode sturing weg. Door de klok te stoppen en een reset te geven kan de bar ook afgebroken worden. De uitlezing is dan wel altijd voor beide kanalen gelijk, en de helderheid wordt een beetje afhankelijk van de lengte.

Ik tekende geen schema, maar de keep-alive anode weerstand is 1 MΩ, voor de twee gewone anodes is dat 22 kΩ (ze worden heet..) en de gebruikte transistoren zijn MPSA42’s van de Baco met een 10 kΩ basisweerstand. De voedingsspanning van het geheel is 250 V uit een Delta E300-0.1.

Burroughs bargrap display on breadboard with Arduino Micro.

Op Breadboard.

De gebruikte Arduino code is als volgt. Deze doet een “looplichtje”, voor de foto’s gebruikte ik een langere sluitertijd en zette ik de bar stil.

Het lijkt mogelijk te zijn door middel van het sturen van stroom en tijd enige variatie in de helderheid van de uitlezing te realiseren.

Dit was een plezierige middag uitzoeken en knutselen. Tijd om een mooie audio level meter te bouwen?

Rotring CS 50 NC-scriber

Alweer een tijd geleden nam ik een Rotring CS 50 NC-scriber over, eigenlijk zonder precies te weten wat het is of hoe het werkt. Het apparaat was duidelijk kapot, het armpje voor de pen hing er scheef uit. Ook ontbrak de voeding.

Rotring CS-50 NC-scriber.
De Rotring CS50

Het is een elektronische vervanger voor de lettersjablonen welke gebruikt werden bij het met de hand maken van technische tekeningen. Na hem deze kerstvakantie gedemonteerd te hebben werd het defect snel duidelijk:

Rotring CS-50 NC-scriber mechanical.
Het mechaniek, met links een gebroken snaartje.

Een snaartje van de Y-beweging was gebroken, mogelijk door een klap op de arm van buitenaf. Deze snaartjes zijn extreem klein, 2 mm breed met een pitch van 1,5 mm. Vervangen ligt voor de hand, maar ze waren online niet eenvoudig te vinden.

Rotring CS-50 NC-scriber broken belt.

Het uiteinde was kapot gegaan. De draden in de kern van de snaar zijn er nog, maar het rubber van de tanden is er af geschoven. Ook het messing klemringetje dat er omheen hoort werd los terug gevonden.

Rotring CS-50 NC-scriber belt repair.

Het is gerepareerd door het uiteinde door de ring te rijgen, deze plat te drukken en het geheel te vullen met secondenlijm. Niet zo mooi als een nieuwe snaar, maar de reparatie houdt vooralsnog goed.

Na het bestuderen van wat Youtube filmpjes over dit apparaat wierp ik een blik op de electronica. Het ontwerp is voor zover ik kan nagaan van Rotring zelf, uit begin de jaren 80 en erg geavanceerd voor zijn tijd. Overigens is deze CS50 gezien de datums op de chips van begin jaren 90.

  • De microprocessor is een 16 bits Texas Instruments TMS 9995 op 12 MHz, een vroege 16 bits processor. Hierbij is RAM, een TMS 62256 (32k x 8), en firmware in twee ROM’s in voetjes.
  • De bipolaire microstep drivers zijn opgebouwd met een Siemens TCA1560B spanningsgestuurde stroom PWM sturing per spoel, op hun beurt aangestuurd door twee TLC7528 8-bit dual DAC’s. De golfvorm moet dan dus uit de hoofdprocessor komen. Er is een driver extra, vermoedelijk voor de hef magneet.
  • Het (custom-) display wordt gestuurd door een HD43160 driver, een voorloper van de bekende HD44780, welke op het moederboard zit. Op het display zelf zitten enkel zes OKI M5259 segment drivers.
  • De externe voeding is 15 VDC, op de print omlaag gebracht voor de logica door een 34063 5 V step-down regelaar.
Rotring CS-50 NC-scriber electronics.
Het main board van de CS50. Boven het display.

Na hem langzaam weer op de normale spanning gebracht te hebben blijkt het apparaat te werken. Ik ben er in het algemeen niet zo voor allerlei componenten preventief te vervangen (met de mogelijke uitzondering van RIFA rookbommetjes ;), maar de gele elco’s op de 5V zijn duidelijk aan de beurt, en als er iets mis gaat met deze voedingsspanning zou dat schade kunnen doen.

Ik heb de schrijver gebruikt om mijn kerstboodschap te schijven. Hierbij waren twee lastigheden: De antieke Rotring inkt bleek niet goed zwart meer te zijn, en de bediening is ook met de manual er bij relatief moeizaam.

De functionaliteit is wel heel erg uitgebreid, ik ben onder de indruk dat dit alles zo lang geleden in een paar kB ROM gerealiseerd is!

Schrijven met de gerepareerde CS50.

Een leuke toepassing is ook al bedacht: Het schijven van nette kaartjes voor mijn honderden laadjes met componenten. Of ik daar de tijd en het geduld voor kan opbrengen is nog even de vraag.. Eerst maar goede inkt vinden.

Philips capaciteits decade

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.

Antique Philips capacitance decade. 3E93102, juni 1954, Philips E.B.M. H.I.G.A.
Philips capaciteits decade, zo uit een stoffige garage.

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.

Inside an old Philips capacitor decade.
Het inwendige van de decade. Condensatoren en draaischakelaars.

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.

40 nF / 500V mica capacitor.

Om dit te testen zocht ik (bijna) alles in huis wat redelijk capaciteit kan meten bij elkaar, en voerde drie complete sets metingen uit.

Agilent U1253B, Peak LCR45, ESI 250DE Impedance bridge used for testing.
Agilent U1253B multimeter, Peak LCR45 LCR meter en de ESI 250DE Impedance bridge

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.

Graph of deviation to capacity.
Met excuses voor de ontbrekende x-as met daarop de 30 verwachte waarden, er ging iets mis met de punt-en-komma settings in Google Drive.

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.

Gekrast, maar schoon en behoorlijk werkend.

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.

Reparatie Fluke 8502A multimeter

Enige tijd geleden kocht ik een oude Fluke 8502A 6,5 digit multimeter in onbekende staat. Dat zou ik normaal niet zo snel doen, maar voor de uiterst beschaafde prijs kon ik hem niet laten staan.

Fluke 8502A
Front van het instrument.

Het instrument bleek zoals verwacht defect te zijn, alleen het power lampje ging nog aan, verder niets. De kast was gelukkig wel behoorlijk gevuld met modules. Van de gebruikelijke functies onbreekt alleen de stroom optie.

Fluke 8502A inside.
De keurig nette binnenkant. Zelfs het plastic bleek nog in goede staat.

Een eerste vermoeden was dat er een probleem was in de voeding, dit werd inderdaad gevonden in de vorm van een kortgesloten tantaal condensator. Het display bleef echter donker.

Hierna werd met enig zoekwerk aan de hand van de uitstekende manual nog een defecte 4046 PLL op het controllerboard gevonden. Zie hier voor mijn technische aantekeningen van deze reparatie.

Deze PLL is vervangen, waarna het instrument weer opstartte! 🙂

Fluke 8502A
Test tegen een moderne multimeter.

Zoals te zien klopt de DCV meting nog behoorlijk, of in elk geval binnen de specificaties van de moderne multimeter. Alleen de weerstandmeting werkt nog niet.

Het controllerboard gebruikt overigens een 8080 processor, de tweede acht bit processor van Intel uitgebracht in 1974. Deze NMOS chip heeft niet alleen +5 V maar ook -5 V, +12 V en een tweefasen kloksignaal met specifieke timing en 12 V amplitude (!) nodig. Naar moderne maatstaven ietwat onpraktisch, maar hij doet het nog prima.

CD4046, tantalum, LM317
De vervangen componentjes, de schade bleef beperkt.

Reparatie en assemblage Original Odhner 239 rekenmachine

De afgelopen week was ik druk een Odhner 239 rekenmachine terug in elkaar te zetten. Het was een cadeau, dus plaats ik alle foto’s achteraf in één keer. Hij was ooit gedemonteerd en kwam binnen als een schoenendoos vol onduidelijke onderdelen:

Alles werd buiten in de herfstzon schoon gemaakt met ammoniak en wat terpentine. Ik heb afgezien van een complete demontage, het was niet nodig om hem werkend te maken en is met bijna 1000 onderdeeltjes al snel erg veel werk.

Deze kleine pinnetjes en veertjes van het carry-mechanisme van de accumulator zaten bij een eerste test vast en moesten er wel alsnog uit.

Opbouw; het begin, de bel. PING !

Opbouw, montage van de rotor. Hij gaat er op 0-positie in, nog zonder de lagers. Het omkeer-mechanisme links heeft drie markeringen die goed moeten staan.

Eerste tests. Voor het plaatsen van de wagen moet de markering op de aandrijving van de teller-carrymechanisme goed staan.

Compleet !

De 239 samen met mijn eigen oudere 137. Het is leuk om de machines te vergelijken, ze zijn in basis behoorlijk hetzelfde maar die van mij heeft het omkeer- en carry mechanisme voor de teller niet.

Met veel dank aan John Wolff’s web Museum, een site die ook verder de moeite van het bezoeken waard is.

ESI 250DE meetbrug

Op een beurs waar ik met mijn vader zelf stond om dingen te verkopen kocht ik een paar weken terug een impedantie-meetbrug uit de jaren ’60. Hiermee kan ik de eigenschappen van weerstanden, condensatoren en spoelen meten.

De nauwkeurigheid is conservatief gespecificeerd op 0,1%, de resolutie is nog een factor tien beter. Het gebruik is wat meer bewerkelijk als van een moderne direct afleesbare meter, maar eenvoudig en goed voor het inzicht in de meting 🙂