Danas je nabavljen ampermetar za mjerenje foto-struje (Iph metar) oznake Iph-Meter I 510, proizvod njemačke tvrtke LMT iz 1980-tih godina.
Tvrtka LMT (Lichtmesstechnik GmbH Berlin) osnovana je 1974. godine te se bavi isključivo proizvodnjom i prodajom specijalnih profesionalnih mjernih i kalibracijskih instrumenta te računalnih softvera za fotometriju kao što su fotometri (svjetlomjeri), kolorimetri, spektroradiometri, goniofotometri, integrirajuće sfere i slično.
Mjerači foto-struje su električki gledano izuzetno točni i osjetljivi ampermetri kojima se mogu mjeriti struje reda pA sa najvećom pogreškom reda ±0,2 %. Koriste se za mjerenja fotoelektričnog efekta na metalima, odnosno za laboratorijska mjerenja jačine foto-struje koju generiraju razni foto-senzori, foto-diode, foto-ćelije, foto-multiplikatori i slični foto elementi.
Kontrole na prednjoj ploči su slijedeće: potenciometar Photonull za poništavanje struje koju proizvode neki foto elementi bez prisutnosti svjetlosti, trimer potenciometar Null za namještanje nule pokazivača (prividni kratki spoj ulaznih priključnica), sklopa za automatski ili ručni odabir mjernog opsega, potenciometar za oslabljivanje ulaznog signala (atenuator) sa indikacijskom LED, te mrežna sklopka. Potenciometar Dim služi za namještanje sjajnosti LED displeja. Na desnoj strani su paralelno spojene tri različite ulazne priključnice za spajanje raznih tipova foto elemenata (Input). Na višepolne priključnice moguće je spajanje termostatski stabiliziranih fotometrijskih glava te je na njih doveden i potreban napon za napajanje istih. Funkcija Test (provjera stanja baterije) i indikacija Charge (indikacija punjenja baterija) koriste se samo kod inačica sa ugrađenim dodatnim baterijskim napajanjem.
Sa zadnje strane nalaze se priključnice za analogni i digitalni izlazni signal izmjerene vrijednosti na koje se mogu spajati drugi kompatibilni instrumenti i uređaji za prikaz, pohranu ili obradu izmjerenih veličina. Analogni signal sa mjernog pojačala je u rangu 0-800 mV, a digitalni signal je u BCD formi kodiranja. Priključnica za digitalni izlaz je višefunkcionalna tako da se preko nje može i daljinski upravljati mjernim instrumentom što uključuje i promjenu mjernih opsega.
Iph-Meter I 510 po svojim funkcijama i karakteristikama vrlo je sličan Ampermetru za mjerenje foto-struje LMT I 1000 koji smo opisali u prethodnoj objavi, ima tek nešto uži mjerni opseg te nešto sporiji ADC. Može mjeriti jačine struje u rasponu 10 pA do 8 mA (0,01 nA do 7999 µA). Brzina ADC-a je 2,5 mjerenja u sekundi. Kad se koristi automatski odabir mjernog područja vrijeme prebacivanja na odgovarajući mjerni opseg je 400 ms. Najveća pogreška mjerenja je ±0,3 %. Vrijednosti se prikazuju na LCD displeju sa 4 ½ znamenke. Dimenzije kućišta su cca 390x100x150 mm, a težina je oko 2,8 kg. Ovo su podaci za osnovni model, no jednako kao i Iph-Meter I 1000 tako i Iph-Meter I 510 može biti sastavljen u inačici sa širim mjernim opsegom i bržim frekvencijama rada ADC-a i automatskog odabira mjernog opsega.
Unatoč sličnostima u vanjskom dizajnu, upotrijebljenim elementima i električnim karakteristikama, unutarnja građa modela I 510 značajno se razlikuje od modela I 1000. Dok je I 1000 napravljen potpuno modularno, na I 510 na zajedničkoj pločici nalaze se elementi:
- mjernog pojačala sa relejima za preklapanje i potenciometrima za kalibraciju mjernih opsega
- sklopa za ručni ili automatski odabir mjernog opsega, te za uključenje atenuatora
- mrežnog ispravljača, filtra i stabilizatora napona.
Na zasebne tri pločice povezane u “sendvič” konstrukciju nalaze se elementi:
- ADC (analogno-digitalni pretvarač) sa driverima za LCD displej
- sučelja za digitalni BCD izlaz na priključnicu na zadnjoj ploči instrumenta koja je višefunkcionalna tako da se preko nje može i daljinski upravljati mjernim instrumentom što uključuje i promjenu mjernih opsega
- LCD displeja (4 ½ znamenki za prikaz vrijednosti, te dvije indikacije mjerne jedinice – µA ili nA)
U ovakvoj konstrukciji u nedostatku električne sheme teško je identificirati pojedine funkcijske sklopove. Potrebno je potpuno rastaviti prilično složenu i natrpanu unutarnju montažu sklopova, a zatim praćenjem veza i identifikacijom ključnih integriranih krugova pokušati razlučiti određene cjeline elektroničkog sklopa. Tada je potrebno sve ponovno sastaviti kako bi sklop bio funkcionalan i izvršiti mjerenja signala na prethodno identificiranim ključnim točkama (pinovima elemenata) kako bi se rekonstruirala osnovna blok shema. Čitav ovaj postupak, osim što traži puno vremena i strpljivosti, svakako narušava i tvorničku originalnost konstrukcije jer je neophodno uništiti zaštitne pečate na pojedinim vijčanim spojevima i odlemiti određeni broj žičnih veza između sklopovlja i šasije kako bi rastavljanje uopće bilo moguće. Mi smo se na sreću prethodno upoznali sa daleko pristupačnijom modularnom izvedbom modela I 1000 te vidimo da se i kod modela I 510 koriste potpuno jednaki ključni elementi sklopovlja:
- operacijska pojačala OP41FJ i OP77EJ, te Günther reed-releji i kalibracijski potenciometri za svaki mjerni opseg u sklopovlju mjernog pojačala
- mikrokontroler prekriven naljepnicom inačice softvera S 1020 V2 (isti kao i kod I 1000) za upravljanje mjernim opsezima i atenuatorom
- integrirani krug SI7135CJ koji predstavlja cjelovito rješenje ADC-a (analogno-digitalnog pretvornika)
Najveća razlika je zapravo u elementima mrežnog napajanja. Kod modela I 1000 koriste se samo integrirani regulatori napajanja za fiksne napone, dok se kod modela I 510 osim integriranog regulatora za 24 V, koristi i linija napajanja sa LM723 i tranzistorom 2N3055, dakle snažniji regulator napona sa mogućnosti podešavanja vrijednosti izlaznog napona. Značajna razlika u regulacijskim sklopovima napajanja između modela I 1000 i I 510 vjeroratno je zbog toga jer model I 510 ima opciju ugradnje punjive baterije tako da se mjerni instrument može koristiti bez mrežnog napajanja, a prekapčanje mreža/baterija kao i punjenje baterije kod mrežnog rada riješeno je automatski.
Elementi napajanja na pločici ampermetra I 510.
Druga veća razlika odnosi se na izvedbu atenuatora. Kod modela I 1000 imali smo četverostruke sklopke za namještanje digitalnog koda vrijednosti slabljenja signala, dok je kod modela I 510 ugrađen precizni 10-okretni potenciometar, dakle ovdje se atenuacija ulaznog signala vrši u analognom dijelu.
Mjerno pojačalo ima na prednjoj ploči izvedena dva potenciometra za kalibraciju nule operacijskog pojačala. Naponska kalibracija Null (kod modela I 1000 U-Zero) koristi se izjednačavanje napona na neinvertirajućem ulazu pojačala sa nulom, kako bi bio na istom potencijalu nule kao i uzemljeni invertirajući ulaz (vidi opis u objavi Ampermetar za mjerenje foto-struje LMT I 1000). Strujna kalibracija označena sa Photonull (kod modela I 1000 I-Zero) pak se koristi samo kod foto-multiplikatora i sličnih foto elemenata kod kojih je moguća pojava neke struje i kad uopće nisu osvjetljeni, odnosno kad se nalaze u potpunom mraku (eng. dark-current). Te struje mogu nastati zbog toplinske emisije elektrona iz fotokatode, struje curenja između dinoda, kao i zalutalog visokoenergetskog zračenja, elektronskog šuma i slično. Stoga se ove struje mogu kalibracijom poništiti tako da se mjeri samo struja koju proizvodi sam fotoelektrični efekt.
Elementi mjernog pojačala na pločici ampermetra I 510.
Iph-Meter I 510 ima još dodan potenciometar za namještanje sjajnosti LED displeja Dim, a opcionalno je moguće u kućište ugraditi i baterijsko napajanje (vjerojatno zbog ove opcije postoje najveće razlike u izvedbi napajanja između modela I 1000 i I 510). U inačicama u koje je ugrađeno baterijsko napajanje koriste se i funkcija Test (provjera stanja baterije) i indikacija Charge (indikacija punjenja baterija) na prednjoj ploči uređaja.
Tri vrste priključnica za spajanje foto-elemenata.
Iph-Meter I 510 na prednjoj ploči ima paralelno spojene tri različite ulazne priključnice za spajanje raznih tipova foto elemenata (priključnice uz desni rub). Na višepolne priključnice moguće je spajanje termostatski stabiliziranih fotometrijskih glava te je na njih doveden i potreban napon za napajanje istih. Sa zadnje strane nalaze se priključnice za analogni i digitalni izlazni signal izmjerene vrijednosti. Analogni signal sa mjernog pojačala je u rangu 0-800 mV, a digitalni signal je u BCD formi kodiranja. Priključnica za digitalni izlaz je višefunkcionalna tako da se preko nje može i daljinski upravljati mjernim instrumentom što uključuje i promjenu mjernih opsega.
Elementi mikrokontrolerskog sklopa za automatski odabir mjernog područja na pločici ampermetra I 510.
Sendvič konstrukcija pločica ADC-a, BCD sučelja i LCD displeja.
Sve što smo zaključili za Iph-Meter I 1000 vrijedi i za Iph-Meter I 510. Električki gledano to je vrlo precizan i osjetljiv ampermetar kod kojeg izravno možemo koristiti BNC priključnicu za razna eksperimentalna ili kalibracijska mjerenja struje u našoj elektroničkoj radionici, odnosno možemo samostalno vršiti precizna laboratorijska mjerenja koja su donedavno bila praktično posve nedostupna većini elektroničara koji nisu imali sreće naći zaposlenje u nekom dobro opremljenom znanstvenom ili tvorničkom laboratoriju 🙂
