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.