Eppley Laboratory Standard Cell No. 100
Eppley Laboratory Standard Cell No. 100
Die
Eppley Laboratory Inc. Standard Cell No.100 ist ein Spannungsnormal,
eine ältere Weston Zelle mit einer Spannung von 1,018420 Volt.
Nachgemessen mit einem 6 1/2 stellligen 3457A
Digital Multimeter bei einer Raumtemperatur von 21°C im Jahre 2002.
Diese Standard Zelle ist klein, leicht und
transportabel, sie ist ein ungesättigter Typ. Ungesättigte
Zellen haben den Vorteil eines geringeren TK aber dafür eine
höhere Alterungsrate.
Ich kann mir vorstellen, daß sie auch
ölgefüllt sein kann (Vermutung). Das Öffnen
an den vier Schrauben an der Unterseite möchte ich vermeiden,
wegen der Sauerei und weil eine der Schrauben durch eine
Vergußmasse versiegelt ist.
Dieses
Normal ist nicht auf eine konstante Temperatur beheizt, wie z.B. die Guildline Standard Cell Enclosure
9152 . Idealerweise sollte die Zelle daher in einem
klimatisierten Raum benutzt und auch gelagert werden. Falls diese
Bedingungen nicht erfüllt werden können, ist sie
für höchstgenaue Anwendungen nicht geeignet, da die
Zelle mit der Temperatur minimal driftet.
Hobby Bastler ohne klimatisierte Räume sollten die Zelle
wenigstens in einem Raum lagern, der keinen besonders großen
Temperaturschwankungen unterliegt und nicht wärmer als 43°C
wird, da sie bei hohen Umgebungstemperaturen zerstört wird.
Vibrationen, Schläge und
ständiges Kippen sind zu vermeiden.
Das Gehäuse im Bereich
der Anschlußklemmen einmal richtig säubern, z.B. mit
Spiritus. Leckströme an der Oberfläche werden
reduziert. Die Zelle nicht lange und mit so wenig Strom als möglich belasten.
Die Zelle entleert sich nicht nur schneller, sie verändert
auch ihren Spannungswert. Insbesondere nach einer
größeren Belastung. Auch permanent daran
angeschlossene Operationsverstärker sind zu vermeiden. Falls
doch, dann einen Operationsverstärker mit FET
Eingängen und minimalen Gate Strömen. Abklemmen ist
trotzdem die beste Lösung.
Auch das Kupfer an
den Anschlußklemmen ist sauber zu halten und die Kupferoberfläche von Oxiden zu befreien. Bester
Anschlußdraht sind zwei gleichlange blanke
Kupferdrähte (massiv nicht flexibel). Verzinnte Adern oder
Kabelschuhe sind zu vermeiden. Verschiedene Kontaktmaterialien
können minimale Kontaktspannungen verursachen, insbesondere
Kupfer auf Kupferoxid ist sehr schlecht.
Vermessung der Zelle im April 2007:
Ziel war es herauszufinden, wie die Zelle auf eine minimale leichte
Erhöhung der Raumtemperatur reagiert. Der Messaufbau zeigt
insgesamt vier unabhängige Spannungsmesser zwei DMM 3457A, ein DMM
34401A und ein 343A DC-Kalibrator zusammen mit einem 419A
DC-Nullvoltmeter.
An einem gemütlichen sonnigen Sonntag morgen wurden das Equipment
eine Stunde lang warmlaufen gelassen, danach die erste Messung
durchgeführt. Im Bewusstsein der steigenden Erwärmung des
Tages wurde die Messung abgebrochen nachdem sich der Raum um knapp
1°C erwärmt hatte.
Im linken Bild wurde die Zellen mit den 3457A gemessen, im rechten mit dem Kalibrator + DC Nullvoltmeter sowie den 34401A.
3457A (20) TK: -0.44 µV/min
3457A (22) TK: -0.44 µV/min
Kalibrator TK: -0.41 µV/min
34401A TK: -0.43 µV/min
jedes dieser vier Instrumente liefert den selben TK, das zeigt schon
mal eindeutig, dass die Temperatur Drift der Zelle viel höher ist
als die der Geräte.
Größenordnung der Zelle ca. - 20 bis 25µV/°C.
Fazit die Zelle ist verbraucht, der
Temperaturkoeffizient ist zu groß geworden. Eine negative
Eigenschaft von Standard Zellen, mit zunehmendem Verbrauch steigt ihr
TK beachtlich an. Für Kalibrationszwecke ist sie unbrauchbar
geworden. In ihren jungen Jahren hatte die Zelle einen deutlich
besseren TK, in der Literatur habe ich Angaben von bis zu 0µV/°C
bei 1.018990V und 25°C gefunden. Bei höherer Spannung
war der TK auch leicht negativ, er geht dann mit zunehmdem Spannungsverlust gegen Null,
steigt dann positiv an und fällt später wieder enorm negaitv ab, wie im jetzigen Zustand. Die gemessene
Spannung von 1.0183xx ist für ungesättigte Zellen bereits
ein verbrauchter Wert.
In wie weit das oben genannte alles auf die Eppley No. 100 zutrifft
kann
ich nur spekulieren, jedenfalls ist die Angabe "Low Temperature
Coefficient" auf dem Typenschild ein deutlicher Hinweis auf eine
Zusammensetzung der Zelle, die einen sehr guten TK verspricht. Bei
verschlissenen Zellen ist der TK nunmal leider hinüber. Eine
Angabe zu einer neuen No. 100 war in dem Link weiter unten zu finden:
1.01924V bei 24°C, einiges mehr als die hier gemessene.
Interessant auch der Vergleich von 2002 zu 2007:
damals bei 21°C gemessen 1,018420V das war mit Gerät (Nr. 22),
addiert man nun den geschätzen TK von -25µ/°C hinzu
erhält man 1,018395V bei 22°C im Jahr 2002 (Zeitmaschine
rückwärts).
Der Messwert mit Gerät (22) nach ca. 15 Minuten (22°C)
1,018395V entspricht etwa genau dem von 2002, was für ein Zufall?
- oder die Zelle hat keine Spannung verloren in den letzten fünf
Jahren? Alles möglich, sie stand im Keller und wurde seitdem nicht
ein einziges mal genutzt.
Jedenfalls wenn man die Zelle weiter nutzen wollte, macht es nur noch
in einem temperaturgeregeltem Ofen einen Sinn, es sei denn man gibt
sich mit einer kleineren Genauigkeit zufrieden. Zum Entsorgen ist
dieses alte schöne Stück jedenfalls viel zu schade. Wem die
Temperaturstabilität nicht mehr ausreicht, für den ist sie
immer noch ein
Vitrinenstück oder eine schöne Bücherstütze.
Mehr
Information Standard Zelle:
http://www.humboldt.edu/~scimus/Instruments/EppCellMan/EpplyMan.html
The Eppley Laboratory Inc. standard Cell
No.100 is an voltage normal, an older Weston cell with a voltage of
1.018420 V. Checked with 6 1/2 digit 3457A
digital multi meter at an ambient temperature of
21°C. Perhaps in its recent days it was as standard for a
calibrator in use. This standard cell is small, easy and transportable.
I can imagine that she can be also filled with oil (assumption). An
opening at the four screws at the bottom surface I would like to avoid,
because it is a mess and one of the screws is sealed by sealing
compound.
This normal is not heated on a constant
temperature, as e.g. the Guildline
standard Cell Enclosure 9152.
Therefore this normal has a temperature coefficient. Ideal way should
be used the cell therefore in an air-conditioned area and also stored.
If these conditions cannot be fulfilled, the cell is not suitable for
highly exact applications, since the minimal temperature drift. In my
opinion, variations in temperature are not favorable to the life span.
Hobbyist without air-conditioned areas should store the cell at least
in an room, without particularly large variations in temperature. Avoid
vibrations, impacts and tilting. The housing close to the connecting
terminals should cleaned correctly once, e.g. with white spirits.
Leakage currents at the surface are reduced in such a way. Load the
standard cell not for a long time and with much current. The cell does
not only empty itself faster, it changed also their voltage level, in
particular after a large load. Permanently connected operational
amplifiers are to be avoided. If nevertheless, then use an operational
amplifier with FET inputs and minimum gate currents. Disconnecting is
nevertheless the best solution. The copper should be cleaned before
measuring. Remove the oxides at the copper surface. Connect with two
blank shining copper wires of equal length (massive not flexibly).
Tinned wires or cable lugs are to be avoided. Different contact
material can cause minimal thermal voltages, in particular for copper
on copper oxide, it is very bad.
