Wayne Kerr 4210 Frontansicht

Wayne Kerr 4210 RLC-Brücke
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Wayne Kerr ist ein traditionsreicher englischer Hersteller von Meßgeräten, der seit den 1950er Jahren besonders in der RLC-Meßtechnik zuhause ist.

Das Modell 4210 stammt aus dem Sortiment der 1980er Jahre. Es mißt bei 100 Hz, 1 kHz oder 10 kHz jeweils Widerstand, Kapazität, Induktivität und Güte bzw. Verlustfaktor, oder Serienwiderstand (ESR) / Parallelwiderstand. Von 10 Ω–1 MΩ bzw. 100 pF–100 μF erreicht das 4210 dabei eine Genauigkeit von 0,1%. → zum Handbuch

Das Gerät, das standardmäßig einen IEC-Bus-Anschluß hat, ist in "bodenständiger" Mitte-1980er Mikroprozessortechnik aufgebaut. Im Digitalteil werkt ein 8085er-Prozessor in einer Standardbeschaltung mit einem 27128 EPROM, einem 8155 (256 Byte RAM + I/O), 8279 Display/Keyboard-Controller, 2816 EEPROM (für Kalibrierkonstanten), und einem IEC-Bus-Controller auf einer separaten, aber nicht optionalen Leiterplatte (notabene ein "familienfremder" MC68488 - der Intel 8292 hatte nicht viele Freunde).

Der sowohl auf der Platine als auch im Gehäuse sauber getrennte Analogteil verwendet außer fünf Präzisionswiderständen (0.01%) nur gewöhnliche Opamps wie NE5534 oder TL071, und CMOS-Schalter. Es gibt nur zwei Abgleichpunkte — Ausgangsspannung des Sinusgenerators und Frequenzgangkorrektur eines Abschwächers bei 10 kHz (Trimmkondensator). Alles andere wird in Software korrigiert.

Die Intelligenz liegt im Meßverfahren und dessen Umsetzung in Software.

Das 4210 mißt grundsätzlich im Vierleiter- (Kelvin-) Verfahren. Am Prüfling wird eine Wechselspannung von 250 mV (mit wählbaren 100 Hz, 1 kHz oder 10 kHz) angelegt. Das andere Ende des Prüflings liegt am Eingang eines Transimpedanzverstärkers, der den durch den Prüfling fließenden Strom in eine Spannung umwandelt. Die Spannungen an beiden Enden des Prüflings werden mit separaten Eingängen gemessen.

Dabei hängt die Meßgenauigkeit praktisch nur mehr von der Toleranz des Rückopplungswiderstandes (1 kΩ) im Transimpedanzverstärker ab, weshalb dort ein Präzisionsbauteil mit 0,01% Toleranz und kleinem Temperaturkoeffizienten (10 ppm) eingesetzt wird. Ansonsten finden sich nur noch vier weitere solcher Widerstände in einem einstellbaren Abschwächer des Meßverstärkers. Neben ein paar 0,1%-igen Widerständen enthät der 4210 sonst nur mehr "Normalkost", insbesonders sind keine Präzisionskondensatoren notwendig!

Transimpedanzverstärker

Transimpedanzverstärker

Das wird erreicht, indem die Ausgangsspannung des Meßverstärkers mit einem integrierenden, phasenempfindlichen Analog/Digitalwandler gemessen wird. Dieser wird mit Analogschaltern, Komparatoren und Software realisiert.

Aufbau

Innenleben

 

Mainboard

Analog-Frontend
Nur 5 Präzisionswiderstände (orange Kreise)

 

4-Leiter-Bauteilaufnahme