Warum nicht für jede Stufe in einem Kelvin-Varley-Teiler gleich große Widerstände verwenden?

Ich dachte daran, mir selbst einen Kelvin-Varley-Teiler zu bauen , wie er beispielsweise in diesem Artikel über ein Mini-Messtechniklabor in der Märzausgabe 1996 von Electronics Now von Conrad R. Hoffman beschrieben wird.

Das normale Layout ist in der folgenden Abbildung auf Wikipedia gut beschrieben. Eine Stufe für jedes Jahrzehnt, das Sie teilen möchten, mit abnehmenden Widerstandswerten für jede neue Stufe. Der Gesamtwiderstand für die neue Stufe muss dem doppelten Widerstandswert eines einzelnen Widerstands der vorherigen Stufe entsprechen.

Kelvin-Varley-Beispiel aus Wikipedia:

Kelvin-Varley-Beispiel aus Wikipedia

Da Sie jedoch beispielsweise 400-Ohm-Widerstände nicht ohne weiteres bekommen können, und aufgrund von Widerstandstoleranzen und der Wichtigkeit, den Gesamtwiderstand anzupassen, scheint es üblich zu sein, einen etwas höheren Wert zu wählen und dann einen Shunt-Widerstand und ein Trimmpoti anzuschließen parallel zur gesamten Phase, um den Widerstand auf das zu reduzieren, was für die vorherige Phase erforderlich ist.

Was wäre falsch daran, einfach für jede Stufe den gleichen Widerstandswert zu verwenden und einen Shunt mit einem Trimmpotentiometer zu verwenden, um den kombinierten Widerstand wieder auf den erforderlichen Bereich zu bringen:

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Hier gibt es mindestens drei Vorteile:

  1. Die mühsame Aufgabe, 11 genau passende Widerstände für jeden Wert von Hand auszuwählen, wird auf das Sortieren vieler gleicher Werte in Behälter reduziert.
  2. Sie müssen nicht Hunderte von Widerständen mit ungeraden Werten kaufen, wenn Sie nur jeweils 11 benötigen. Der parallele und serielle Shunt ist von E24 und muss nicht mit allem gepaart werden, da sie herausgetrimmt sind.
  3. Es ist modularer. Sie können beliebig viele davon konstruieren und verketten. (Natürlich ist die Genauigkeit immer noch durch das erste Segment begrenzt.)

Vielleicht gibt es bei diesem Schema einen versteckten Nachteil. Wird es temperaturempfindlicher? Mehr Lärm?

Ich sehe kein Problem in deiner Vorgehensweise. Wie Sie angemerkt haben, ist der entscheidende Punkt, dass "der Gesamtwiderstand für die neue Stufe dem doppelten Widerstandswert eines einzelnen Widerstands in der vorherigen Stufe entsprechen muss": Ihr Trimmen erreicht dies.
Es ist übrigens ein KeLvin-Varley-Teiler.
@Bart Ja, ich wollte den Titel seit Jahren korrigieren, wollte ihn aber nicht ändern, bis ich wieder über das Projekt nachgedacht habe. :)

Antworten (2)

Ich habe diesen Typ noch nie gesehen, aber hier ist eine 3-Minuten-Antwort.

Die Anordnung verwendet 2P10T-Schalter, um den Spannungsabfall über 2 von 10 11 Rs in einer Kette auszuwählen. Der Widerstand jeder Stufe verringert sich um den Faktor 5:1. Somit wird 20k um 10 11 x 2k = 22k und 2k geshuntet und so weiter.

Wenn Sie das R-Verhältnis von 5 auf 1 ändern, muss die Spreizung zwischen zwei Polen möglicherweise auf 10 erhöht werden. Dann benötigen Sie einen 2P20T-Drehschalter für jeden und doppelt so viele Widerstände

Bei dieser Konstruktion sind die Toleranzen nicht gleich. Die Empfindlichkeit gegenüber Mismatch-Fehlern wird um die Zahl in der Zeichenfolge = 10 reduziert. Die Anforderung, 1/5 des vorherigen Ziffernwerts zu sein, wird um 5 WENIGER kritisch, sodass Sie Teile für jede Ziffer 0,1 % 0,5 % 2,5 % auswählen können und eine Genauigkeit von 0,1 % erhalten

Kommerzielle Beispiele für Kevin-Varley-InstrumenteGeben Sie hier die Bildbeschreibung einGeben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Hier ist mein Modell, das das Design beweist. Ihre Vorschläge funktionieren nicht. tinyurl.com/ybozn2jx Es ist ein cleveres Design.

Ich weiß, das ist alt, aber da es keine akzeptierte Antwort gibt, werde ich es trotzdem versuchen.

Erstens ist die Genauigkeit, wie Sie richtig sagen, durch die erste(n) Dekade(n) begrenzt. Die Belohnung für die Auswahl von Widerständen ist also in den ersten paar Jahrzehnten am größten. Conrad wählt in den letzten Jahrzehnten auch keine Widerstände aus, sondern verwendet sofort einsatzbereite 1-%-Widerstände. Er verwendet jedoch Shunts, um jedes Jahrzehnt zu trimmen. Wenn Sie also mehr Sätze angepasster Widerstände hätten, würden Sie diese immer im ersten Jahrzehnt verwenden, wenn Sie mehrere Einheiten bauen.

Zweitens, und das ist vielleicht der wichtigere Aspekt, bedenken Sie die Fehler beim Aufbau einer Dekade aus einem Shunt R_S und einer Leiter R_L: R = R_S * R_L /(R_S + R_L). Der Fehler ist dann dR = (R_L / (R_S + R_L))^2 dR_S + (R_S / (R_S + R_L))^2 dR_L. Die Genauigkeit/Stabilität Ihrer Dekade wird also von der Genauigkeit/Stabilität des Shunts dR_S dominiert, wenn R_L >> R_S, und von der Genauigkeit/Stabilität der Leiter dR_L, wenn R_S >> R_L. Wenn Sie also einen großen Widerstand in der Leiter verwenden, z. B. 10 k, wenn wie in Ihrem Beispiel 2 k erforderlich sind, benötigen Sie einen kleinen Shunt, der die Fehler des gesamten Jahrzehnts dominiert. Das ist nicht das, was Sie wollen, da der Widerstand der Leiter, insbesondere ihr Temperaturkoeffizient, stabiler ist, da sie aus zehn oder elf Widerständen besteht und Sie den Vorteil der Mittelwertbildung erhalten. Mit dem Shunt, Sie sind auf weniger Teile angewiesen und Ihre Stabilität leidet - insbesondere das Potentiometer ist schwer zu stabilisieren. Die bessere Wahl scheint also ein großer Shunt zum Trimmen und eine Leiter zu sein, die von Anfang an nahe an den gewünschten Werten liegt.

Drittens, und hier spekuliere ich, werden KVDs aufgrund ihrer Temperaturstabilität kommerziell aus drahtgewickelten Präzisionswiderständen hergestellt - sie sind einfach billiger für niedrigere Widerstandswerte, da Sie weniger Draht benötigen.

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