Referenzspannungsquelle / Grundsätzliche Frage

[Peter M. (Gast)]

Hallo zusammen,

seit einiger Zeit beschäftigte ich mich mit dem Thema 
Spannungsreferenzen zur Kalibrierung von Messinstrumenten.

Eine Frage zu diesem Thema beschäftigt mich nun seit einigen Tagen und 
ich finde keinen Lösungsansatz zu dieser Frage:

"Wie ist es möglich eine Referenzspannungsquelle zu bauen, sagen wir 1 
Volt, mit einer Genauigkeit von +- 0,05% bei 20° Celsius.
Wenn keine Messwiderstände, keine stabilisierte Spannungsquelle, kein 
Präzisionsvoltmeter und nur diskrete Bauelemente zur Verfügung stehen?
Also keine Op Amps, keine Zenerdioden, keine LTCs, nix in der Richtung"


Es ist auch kein Scope, oder dergleichen vorhanden.
Sagen wir, dass max. nur ein analoges Voltmeter der 2,5 Klasse zur 
Verfügung steht.

Wie würde man aus eurer Sicht an die Sache angehen?

Bin gespannt auf eure Ideen.

[Rufus Τ. F. (rufus)]

Das wird nicht gehen. Mit einem ausgeleierten Zollstock 
("Gliedermaßstab" für Freunde der Normsprache) kann man auch keine 
Zehntelmillimeter messen.

[pegel (Gast)]

Ich empfehle dieses Video. Darin besonders den Abgleich des Teilers.

https://www.youtube.com/watch?v=QnH5O-AhqAU

[Werner H. (werner45)]

Ohne genaue Meßinstrumente ist nur der Bau eines Weston-Normalelements 
möglich.
Wurde noch vor 20 Jahren von der PTB verwendet.

Man braucht das Gefäß vom Glasbläser, Quecksilber, Cadmium und einige 
chemische Kenntnisse. Hg und Cd sind zwar nicht im Handel zu kaufen, 
aber in etlichen alten Geräten vorhanden.
In einigen "antiken" Präzisionsinstrumenten (Komparator, Polarograph) 
war sogar ein komplettes Element eingebaut.

Gruß  -   Werner

@rufus:
Nicht mal Millimeter! Toleranz +-2 mm auf 2 m.

[Lurchi (Gast)]

Bei 0,05% Anforderungen bliebe wohl fast nur das Normalelement und 
eventuell noch ein ähnliches.

Für etwas geringere Anforderungen ginge die Schaltung für die Bandgap 
Referenz. Beim Abgleich des TC auf 0 hat man eine Spannung, die kaum von 
den verwendeten Dioden / Transistoren abhängt.

Eine Referenz aus Eis wäre auch noch eine Möglichkeit.  Bei 20 C geht 
die leider aber nicht mehr.

[Duennwandiger Troll (Gast)]

Eine Referenz basiert immer auf einer chemischen, oder physikalischen 
Eigenschaft von irgendwas. Vielleicht kann man direkt damit umgehen oder 
auch nicht.
Ich kann zB auch den Rillenabstand ener CD mit einem Haushaltmasstab 
messen.

[M. K. (sylaina)]

Duennwandiger Troll schrieb:
> Ich kann zB auch den Rillenabstand ener CD mit einem Haushaltmasstab
> messen.

Aber mit keinen "Haushaltsmasstab" von mir, bzw. das will ich sehen.

[Old P. (Gast)]

Werner H. schrieb:
> Ohne genaue Meßinstrumente ist nur der Bau eines Weston-Normalelements
> möglich.

Wirklich?
>
> Man braucht das Gefäß vom Glasbläser, Quecksilber, Cadmium und einige
> chemische Kenntnisse. Hg und Cd sind zwar nicht im Handel zu kaufen,
> aber in etlichen alten Geräten vorhanden.

Wirklich?

> In einigen "antiken" Präzisionsinstrumenten (Komparator, Polarograph)
> war sogar ein komplettes Element eingebaut.

Ich habe derer drei Stück. Gut abgelagert, in schönen Holzgehäusen und 
sicher 30-40 Jahre alt. (hier im Forum schonmal gezeigt, glaube ich).
Alle drei haben etwas unterschiedliche Spannungen, obwohl offenbar noch 
ungeöffnet. Wie soll man als Bastler nun mit Eigenbaumitteln die 
chemische Zusammensetzung so genau hinbekommen?

Old-Papa

[branadic (Gast)]

Was hältst du davon wenigstens in ein kleines Arbeitstier zu investieren 
(AD587U)?

https://www.digikey.de/products/de?keywords=AD587UQ-ND

-branadic-

[Antonio Gil Gallardo (Gast)]

Hola estoy buscando un transformador para caravana md.EBL.    MK240W/S 
Schaltnetzteil 240W     12V. 20A (240W) gracias

[Michael B. (laberkopp)]

Peter M. schrieb:
> "Wie ist es möglich eine Referenzspannungsquelle zu bauen, sagen wir 1
> Volt, mit einer Genauigkeit von +- 0,05% bei 20° Celsius.
> Wenn keine Messwiderstände, keine stabilisierte Spannungsquelle, kein
> Präzisionsvoltmeter und nur diskrete Bauelemente zur Verfügung stehen?

Schon, du musst halt die Spannung aus physikalischen Grundgegebenheiten 
ableiten, so daß du dir sicher sein kannst, wie hoch die Spannung ist 
ohne sie nachmessen zu müssen.

Die einen verwenden dazu die chemische Spannungsreihe,
https://de.wikipedia.org/wiki/Weston-Normalelement
die anderen
https://www.ptb.de/cms/ptb/fachabteilungen/abt2/abt2-josephson.html

Theoretisch denkbar wäre noch, wenn du eine (Dreh-)Bewegung mit 0.05% 
Genaugkeit des Tempos erzeugen könntest, daß du die magnetische 
Induktion nutzt. Vielleicht ein Getriebe um die Erdumdrehung 
abzugreifen...

[Anja (Gast)]

Hallo,

ein Ansatz wäre hier:
http://www.conradhoffman.com/mini_metro_lab.html
(bei einer Weston-Zelle wirst Du den KVD brauchen um exakt auf 1.000V zu 
kommen).

für 1.000V würde ich eine LTC6655B-3.0 nehmen und dann mittels LTC1043 
3:1 exakt teilen.

Gruß Anja

[Peter M. (r2d3)]

Peter M. schrieb:
> Wie würde man aus eurer Sicht an die Sache angehen?
>
> Bin gespannt auf eure Ideen.

Kennst Du schon die Lösung?
Du fragst ja ziemlich gezielt!
Ist das eine Intelligenzfrage für das Forum?

[Peter M. (r2d3)]

Rufus Τ. F. schrieb:
> Das wird nicht gehen. Mit einem ausgeleierten Zollstock
> ("Gliedermaßstab" für Freunde der Normsprache) kann man auch keine
> Zehntelmillimeter messen.

Jein, doch. :)

Ich würde mich über eine Antwort zu meiner Anfrage zum Thema 
"Bildergrößenbeschränkung bei Forenartikel?" an 
[e-mail] freuen.

[Werner H. (werner45)]

@ old-papa

Dein offenes Westonelement scheint unter Wassermangel zu leiden, 
vermutlich ist die Korken-Abdichtung nicht gut genug.
Das Verbindungsrohr muß komplett gefüllt sein.
Die Herstellung der Lösung ist nicht schwierig, da es sich um eine 
gesättigte Lösung handelt. Schwieriger ist die Reinigung der 
Ausgangssubstanzen, das erfordert Kenntnisse der chemisch/physikalishen 
Laborverfahren (Wägen, Destillation, Umkristallisation usw.).
Jedenfalls ist es möglich, durch korrekten Aufbau dieses Elements eine 
Spannungsreferenz ohne ein genaues Voltmeter herzustellen.
Deine Spannungswerte liegen doch gar nicht so weit auseinander, für ein 
normales DVM reicht das. Bei der PTB wurde immer der Mittelwert aus 
verschiedenen gleich aufgebauten Elementen verwendet.

Gruß   -    Werner

[Duennwandiger Troll (Gast)]

>>Duennwandiger Troll schrieb:
>> Ich kann zB auch den Rillenabstand ener CD mit einem Haushaltmasstab
>> messen.
>
>Aber mit keinen "Haushaltsmasstab" von mir, bzw. das will ich sehen.


Wie das geht ? Mit einer weissen Lichtquelle, die gegen punktfoermig 
geht bekomme ich mehrere Regenbogen an der Wand. Mit einem Laserpointer 
einzelne Punkte. Jetzt muss ich nur noch mit dem Massstab, zB 30cm, mit 
mm Einteilung, die Strecken messen, in Winkel umrechnen  und dann bin 
ich schon da. Der Ablenkvektor entspricht der Rillen-Periodizitaet. Nach 
etwas Rechnen..

[Werner H. (werner45)]

...Besser mit einem He-Ne-Gaslaser, da ist die Wellenlänge immer 633 nm.

Mit der Methode kann man auch gut die Dicke eines Haares (oder Drahtes) 
bestimmen. Da man die Dicke auch mit Meßschraube/Schieber messen kann, 
hat man eine Kontrolle, ob man richtig gerechnet hat.

Gruß   -   Werner

[branadic (Gast)]

> Wie würde man aus eurer Sicht an die Sache angehen?

Zunächst würde ich vorschlagen sich einmal in das Buch "Current sources 
& voltage references" von Linden T. Harrison einzulesen. Danach wirst du 
feststellen, was mit diskreten Bauelementen möglich ist und was nicht.

-branadic-

[Old P. (Gast)]

Werner H. schrieb:
> @ old-papa
>
> Dein offenes Westonelement scheint unter Wassermangel zu leiden,
> vermutlich ist die Korken-Abdichtung nicht gut genug.
> Das Verbindungsrohr muß komplett gefüllt sein.

Ja, das vermute ich auch. die Wachsschicht über den Korken sieht aber 
bei allen dreien noch sehr gut aus. Bisher habe ich mich aber noch nicht 
getraut dort Destwasser nachzufüllen. Die Lösung wäre dann auch etwas 
ungesättigter.

> Deine Spannungswerte liegen doch gar nicht so weit auseinander, für ein
> normales DVM reicht das.

Ja, untereinander nicht, aber von den eigentlichen 1,01865V sind sie 
schon deutlich weg. Gemessen mit einem DVM mit 1GOhm Eingangswiderstand 
(Fluke 8846A).

> Bei der PTB wurde immer der Mittelwert aus
> verschiedenen gleich aufgebauten Elementen verwendet.

Darum habe ich ja auch drei ;-)

Old-Papa

[Elektrofan (Gast)]

Duennwandiger Troll schrieb:
> Ich kann zB auch den Rillenabstand ener CD mit einem Haushaltmasstab
> messen.

Aber nicht auf 0,05% genau, wenn ein gewöhnlicher, 
gegliedert-ausgeleierter "Zollstock" genommen wird ...

[Harald W. (wilhelms)]

Werner H. schrieb:

> Ohne genaue Meßinstrumente ist nur der Bau eines Weston-Normalelements
> möglich.
> Wurde noch vor 20 Jahren von der PTB verwendet.

Ja, als Anschauungsobjekt für Schüler mit Physikleistungskurs,
die eine PTB-Führung machten. :-)