Dieses Video analysiert die Architektur- und Funktionsunterschiede zwischen zwei 7,5-stelligen Precision-Nanovoltmessgeräten: dem Agilent 34420A und dem Keithley 2182A. Während der Agilent über eine integrierte Stromquelle für direkte Mikroom-Messungen sowie über zwei vollständig galvanisch getrennte Kanäle verfügt, nutzt der Keithley eine Multiplex-Architektur mit einem einzelnen A/D-Wandler.
Der Keithley erfordert für Messungen an Kanal 2 zwingend eine gemeinsame Masse-/Low-Verbindung mit Kanal 1, da Kanal 2 keine unabhängige Masse-Referenz besitzt. Die Hardwarerevision des Keithley umfasst die Überholung des linearen Netzteils durch den Austausch von Elektrolytkondensatoren gegen Hochtemperatur-Varianten. Die messtechnische Überprüfung erfolgt über eine präzise 5,000000-V-DC-Referenz eines Fluke-Kalibrators unter Verwendung Thermokraft-armer (Low-EMF) Kupferverbindungen.
Wichtigste Punkte & Zeitstempel
0:08 Funktionsvergleich der Nanovoltmeter: Der Agilent 34420A besitzt eine integrierte Stromquelle zur direkten Mikroom-Messung, während der Keithley 2182A zur Widerstandsmessung mit einer externen Stromquelle synchronisiert werden muss.
1:16 Hardware-Analyse des Keithley 2182A: Das Ein-Platinen-Design nutzt abgeschirmte, rausch- und temperaturstabilisierte Analog-Frontends, ein rein lineares LDO-Netzteil (neu bestückt mit Hochtemperatur-Kondensatoren) sowie ein proprietäres Keithley-A/D-Wandler-Modul.
3:03 Präzisionsmessung mit Fluke-Kalibrator: Einspeisung einer präzisen 5,000000-V-DC-Referenzspannung mittels EMF-armer Kupferkabel von Harwell Precision zur Eliminierung thermoelektrischer Störspannungen.
4:48 Messabweichung bei Kanal 2: Bei getrennter Signalführung zeigt Kanal 2 des Keithley 2182A fehlerhafte, instabile Werte (~4,83 V) an, da fälschlicherweise eine vollständige galvanische Kanaltrennung wie beim Agilent angenommen wurde.
5:52 Architekturursache im Blockschaltbild: Der Keithley leitet alle Signale über einen Multiplexer an einen einzelnen A/D-Wandler. Kanal 2 besitzt keine eigene Erd-Referenz (Ground) und benötigt zwingend das Low-Potenzial von Kanal 1.
7:56 Erfolgreiche Validierung nach Potenzialausgleich: Nach dem Brücken der negativen Referenzleiter (Low) von Kanal 1 und Kanal 2 misst der Keithley 2182A die 5-V-Referenzspannung auch auf Kanal 2 korrekt.
Analysten-Hinweise
Typenbezeichnung: Das im Transkript als „Azure 34428“ bzw. „Agelant“ bezeichnete Messgerät entspricht dem Agilent / Keysight 34420A 7½-Digital-Nanovolt-/Mikroom-Meter. Die Namensabweichungen basieren auf automatischer Spracherkennung.
Glossar
Nanovoltmeter: Ein hochpräzises Spannungsmessgerät, das speziell für das Erfassen extrem kleiner Gleichspannungen im Nanovoltbereich ($10^{-9}\text{ V}$) ausgelegt ist.
Low-EMF (Elektromotorische Kraft) / Thermokraft: Parasitäre Gleichspannungen, die durch temperaturbedingte Differenzen an Kontakten unterschiedlicher Metalle entstehen. Spezialkabel aus hochreinem Kupfer minimieren diesen Effekt.
A/D-Wandler (Analog-Digital-Umsetzer / ADC): Eine elektronische Schaltung, die analoge Eingangssignale (Spannungen) in digitale Zahlenwerte zur Weiterverarbeitung umwandelt.
Multiplexer (MUX): Ein elektronischer Schalter, der mehrere analoge Eingangskanäle nacheinander auf einen einzelnen Ausgang (z. B. einen A/D-Wandler) durchschaltet.
LDO (Low-Dropout-Regler): Ein linearer Halbleiter-Spannungsregler, der sehr rausch- und welligkeitsarme Ausgangsspannungen für empfindliche Analogschaltungen bereitstellt.
GPIB (General Purpose Interface Bus / IEEE-488): Eine standardisierte digitale Parallelschnittstelle zur Fernsteuerung und Datenerfassung von Labor-Messgeräten.
Metrologie: Die Wissenschaft vom Messen und ihre Anwendung; umfasst die Definition von Einheiten, Messunsicherheiten und Eichstandards.