¿Por qué no utilizar resistencias del mismo tamaño para cada etapa en un divisor Kelvin-Varley?

Question

Estaba pensando en construirme un Divisor Kelvin-Varley como se describe, por ejemplo, en este artículo sobre un mini laboratorio de metrología en el número de marzo de 1996 de Electrónica Ahora por Conrad R. Hoffman.

La disposición normal está bien descrita en la siguiente ilustración de Wikipedia. Una etapa por cada década que se quiera dividir, con valores de resistencia decrecientes para cada nueva etapa. La resistencia total para la nueva etapa debe ser igual al doble de la resistencia de una sola resistencia en la etapa anterior.

Ejemplo de Kelvin-Varley de Wikipedia:

Sin embargo, dado que no es fácil conseguir, por ejemplo, resistencias de 400 Ohm, y debido a las tolerancias de las resistencias y a la importancia de igualar la resistencia total, parece habitual seleccionar un valor ligeramente superior, y luego conectar una resistencia de derivación y un trim-pot en paralelo con toda la etapa, para reducir la resistencia a lo que sea necesario para la etapa anterior.

¿Qué hay de malo en utilizar simplemente el mismo valor de las resistencias para cada etapa, y utilizando un shunt con un trim-pot para bajar la resistencia combinada al rango requerido de nuevo:

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

Esto tiene al menos tres ventajas:

1. El tedioso trabajo de seleccionar a mano 11 resistencias que coincidan estrechamente para cada valor se reduce a clasificar un lote del mismo valor en bandejas.
2. No es necesario comprar cientos de resistencias de valor impar cuando sólo necesitas 11 de cada. La derivación en paralelo y en serie es de E24 y no tiene que coincidir con todo, ya que se recortan.
3. Es más modular. Puedes construir cualquier número de ellos y encadenarlos. (Por supuesto, la precisión sigue estando limitada por el primer segmento).

Quizás haya algún inconveniente oculto en este esquema. ¿Será más sensible a la temperatura? ¿Más ruido?

Answer 1

No he visto este tipo antes, pero aquí hay una respuesta de 3 minutos.

La disposición utiliza interruptores 2P10T para seleccionar la caída de tensión a través de 2 de 10 11 R's en una cadena. La resistencia de cada etapa disminuye en un factor de 5:1. Por lo tanto, 20k es derivado por 10 11 x 2k = 22k y 2k y así sucesivamente.

Si cambias la relación R de 5 a 1 entonces la separación entre polos duales puede necesitar aumentar a 10 entonces necesitas un interruptor rotativo 2P20T para cada uno y el doble de resistencias

Con este diseño las tolerancias no son iguales. La sensibilidad al error de desajuste se reduce por el número de la cadena=10. El requisito de ser 1/5 del valor del Dígito anterior se vuelve MENOS crítico por 5 por lo que puede elegir partes para cada dígito 0,1% 0,5% 2,5% y obtener una precisión del 0,1%.

Ejemplos comerciales de instrumentos Kevin-Varley

Answer 2

Sé que esto es viejo, pero como no hay una respuesta aceptada, lo intentaré de todos modos.

En primer lugar, como bien dices, la precisión está limitada por la(s) primera(s) década(s). Así que la recompensa de seleccionar resistencias es mayor en el primer par de décadas. Conrad tampoco selecciona las resistencias para las dos últimas décadas, sino que utiliza resistencias al 1% desde el principio. Sin embargo, utiliza derivaciones para recortar cada década. Así que si tuviera más conjuntos de resistencias emparejadas, siempre las utilizaría en la primera década cuando construyera varias unidades.

En segundo lugar, y tal vez sea el aspecto más importante, considere los errores al construir una década a partir de una derivación R_S y una escalera R_L: R = R_S * R_L /(R_S + R_L). El error es entonces dR = (R_L / (R_S + R_L))^2 dR_S + (R_S / (R_S + R_L))^2 dR_L. Así que la precisión/estabilidad de tu década estará dominada por la precisión/estabilidad de la derivación dR_S si R_L >> R_S y por la precisión/estabilidad de la escalera dR_L si R_S >> R_L. Por lo tanto, si utilizas una resistencia grande en la escalera, por ejemplo 10k cuando se piden 2k como en tu ejemplo, necesitas una derivación pequeña y eso dominará los errores de toda la década. Esto no es lo que quieres, porque la resistencia de la escalera, en particular su coeficiente de temperatura, son más estables ya que está hecha de diez u once resistencias y obtienes el beneficio de promediar. Con la derivación, dependes de menos piezas y tu estabilidad se resiente - en particular, el potenciómetro es difícil de estabilizar. Así que la mejor opción parece ser un shunt grande para el recorte y una escalera que se acerque a los valores deseados desde el principio.

En tercer lugar, y aquí estoy especulando, los KVD se fabrican comercialmente a partir de resistencias de precisión bobinadas con alambre debido a su estabilidad de temperatura; simplemente son más baratos para valores de resistencia más bajos, ya que se necesita menos alambre.