Начнем мы необычно, а именно с расчета:
1 Кл = 1 А·с
1 A = 1 Кл/c
Элементарный электрический заряд = 1,602 176 634E−19 Кл
1 A = 1 / 1,602 176 634E−19 / c = 6,24150907446076E+18 электронов в секунду. Запоминаем эту циферку, и открываем материал под катком.
И так, знакомимся:
В7-45 Вольтметр универсальный электрометрический
Краткая историческая справка:
- Разработка: Минский научно-исследовательский приборостроительный институт. http://mnipi.by
- Производство: Белвар г.Минск.
- Дата запуска в серию: 1986 год.
- Дата прекращения производства: 90-е.
- Страна производитель: СССР.
Интересные факты:
- Единственный на планете серийно-выпускаемый цифровой, микропроцессорный, настольный электрометр с чувствительностью до единиц атто-ампер (1E-18).
- Не многочисленные уцелевшие образцы активно используются в физике частиц, а так-же метрологии для передачи единицы сверх-малых токов, и негласно классифицируются как прибор-мечта. (пример)
- Работает без применения азотно-гелиевого охлаждения, не термостатирован, не содержит вакуумно-герметичных узлов.
- Дизайн входных цепей – применены техники уменьшения паразитных емкостей, сапфировая изоляция для уменьшения утечек и трибо-пьезо-электрических эффектов, электрометрический блок выполнен в минималистичном дизайне для нивелирования влияния ионизирующих излучений на объем камеры БЭМ.
Городские легенды:
- На международной выставке в конце 80-х представитель Keithley Instruments, ведущего производителя оборудования для электрометрии, настолько был поражен превосходством прибора, что публично признал это и пожал представителю МНИПИ руку, несмотря на времена все еще теплящейся холодной войны.
Ключевые характеристики по даташиту которые мне показались максимально интересными:
- Измерение напряжений от 20 мкВ до 100В.
- Измерение тока от 100нА до 10аА.
- Измерение зарядов от 1E-6C до 5E-16C.
- Предельная погрешность измерения сверх-малых токов <25% при токе >40аА.
- Погрешность измерения тока на диапазоне 1фА 10+0.6%.
- Погрешность измерения тока на диапазоне 10фА 4+0.5%.
- Погрешность измерения тока на диапазоне 100фА 2.5+0.1%.
- Среднее квадратическое значение шума 2аА.
- Нестабильность нуля за 24ч не привышает 10аА.
Но давайте-ка перейдем от сухих фактов к рассуждениям:
Сегодня вся электрометрия на планете базируется на трансимпедансных усилителях и гигаомах в их обратной связи. Из за этого у всех современных приборов есть полка, ниже которой не позволяет опустится тепловой шум Джонсона-Найквиста.
Но сегодняшний наш обзорный прибор нарушает главный закон физики электрометрии “4kBTR∆f” 
Я обычно шучу, что в нем живут маленькие нерасторопные гномики, специально обученные штучно считать электрончики. 
Но на самом деле все просто:
(Фото конденсатора предоставлено Владимиром – strannik2039)
Если рассмотреть методику измерения очень поверхностно, то при работе его обкладки резонируют с определенной фиксированной частотой, модулируя входной ток и преобразовывая заряд в переменное напряжение, после дальнейшего усиления, это напряжение демодулируется и измеряется.
В итоге, поскольку сопротивление у нас стремится к нулю, то формула “4kBTR∆f” перестает работать и тепловой шум хоть и имеет место, но тоже стремится к нулю. Это позволяет сказать, что инженеры СССР жестко хакнули главную электрометрическую проблему человечества и она перестала существовать. 
Что нам это дает на практике? А то, что у обычных электрометров самый нижний диапазон измерения тока обычно 1пА, и более-менее они на нем могут с натугами измерять 1фА. В это время у В7-45 нижний диапазон 1фА, и он способен различать токи до единиц аА. То есть по сути чувствительность этого электрометра в тысячи раз превосходит большинство других.
А теперь вспомним расчет в начале материала, и проникнемся токами с которыми работает данный прибор, ибо атто-ампер это “минус 18-я” степень ампера, исходя из этого, получаем, что 1аА это ток электронов в проводнике всего 6,2415 электронов в секунду 
Их по сути можно попальцам сосчитать!
Вдумайтесь – в данном приборе основное это ДРК-6, остальное там вполне повторимо и во всем этом вполне можно разобаться и повторить. Но ДРК-6 сегодня перешел в разряд Унобтаний подобного компонента, поскольку его производственная линия распилена на металл и более он не производится. 
Сможет ли человечество повторить и улучшить результат, думаю в ближайшие 50 лет узнаем, разработки электрометрических динамических резонансных конденсаторов но уже на базе MEMS-технологии идут полным ходом. 
Но теперь перейдем от теории к практике. Прибор мне достался за 45 тыс. руб., причем в очень плохом состоянии: сапфировые изоляторы сильно засраны, корпус и лицевая панель грязные, внутри слои вековой пыли, состояние блока БВИ говорит о том, что им забивали гвозди и пинали ногами, измерительный кабель был упакован с грубыми ошибками, из за чего пришел в полную негодность.
Я смело и без тени сомнения делаю вывод, что спас этот прибор. Сначала может показаться, что он мне обошелся очень дорого, НО найти этот прибор в любом состоянии очень большая удача. Т.к. выпускались они примерно с 86 года, мелкими тиражами по ~50-100 приборов в год, а после развала СССР выпуск был прекращен и многие из них были утилизированы, ради извлечения из них весьма скудного драгмета.
Блок БВИ был отреставрирован и настроен.
Состояние до реставрации:
После:
Кстати сказать, прибор очень легко настраивается, и не требует для этого чего-то очень раритетного. Нужно только две вещи – более-менее стабильный программируемый источник напряжения 5.5 разряда и 5.5 разрядный мультиметр с высокоимпедансным входом. Мне вполне хватило Keithley SMU 2450 и моего старичка Agilent 34410A. Особо отмечу, мультик с классическим 10M входом не способен его корректно настроить, т.к. сместит резистивные делители блока БВИ. Доступа к эталонам для его настройки не требуется, что само по себе огромный плюс.
При работе, прибор самокалибрует по встроенному “эталонному” микропроволчному резистору свои интегрирующие емкости, и получается что он почти полностью самонастраиваемый. В моем экземпляре, подстроечники блока масштабирования, деференцирования, АЦП и ЦАП были фиксированы заводской краской, т.е. никогда не подстраивались, и при этом сколь-либо значительной ошибки в измерениях у прибора не было, я лишь чуть их подстроил, по причине неутолимого перфекционизма.
Намного сложнее обстоит вопрос с очисткой:
- Передняя панель и сам корпус легко отмылись кухонной губкой с ферри.
- Блок БВИ потребовал удаления старой краски и следов побоев ногами, тут мне помог местный шиномонтаж, они отпескоструили его и покрасили порошковой краской. Да вышло не дешево, но довольно неплохо.
- Входной изолятор блока БВИ преподнес целую упаковку сюрпризов. Я не смог очистить его без снятия, по этому разъем в той части пришлось аккуратно разобрать и отмыть изолятор в Cramolin Flux Off а так-же обильно отмочить его в метаноле. Но когда я поставил его назад, я обнаружил что блок БВИ сломался, выдавал ошибки 06 и 07. Как выяснилось, центральный штырь разъема служит держателем двух контактных групп электрометрических реле и двух защитных резисторов. Основательно помучавшись, его удалось восстановить, но я НИКОМУ НЕ РЕКОМЕНДУЮ это повторять, т.к. это очень сложная и тонкая работа по выравниванию тончайших и очень коротких волосков из сплава золото-никель, которые практически не доступны для какой-либо манипуляции и обзора. Одна ошибка, и блок БЭМ придет в негодность. Мне конечно сильно помог мой длиннофокусный микроскоп Tagarno FHD, но даже с ним и с набором прицизионных пинцетов, это было очень сложно.
Прибор мне достался некомплектным, у него не было ни документации, ни рем. плат, ни измерительной камеры, не говоря уже о мелких аксессуарах.
Фото блока управления:
Материнка
A9 – Аналоговое питание – 5.123.146
A11 – АЦП – 5.103.377
A10 – Дифференциатор – 5.106.051
A8 – Аналоговый выход и опторазвязки – 5.284.075
A3 – GPIB – 5.132.036
A7 – Синхроблок – 5.075.006
A5 – УФРПЗУ – 5.106.032
A2 – Главный вычислительный блок – 5.105.165
A1 – Цифровое питание – 5.123.145
A6 – Передняя панелька – 6.692.671
Основная магия находится здесь: Блок Выносной Измерительный(БВИ)
Под экранирующим колпаком находится электрометрический блок с реле, усилителем первой стадией и резонансным конденсатором.
Так-же БВИ содержит:
- Демодулятор.
- Усилитель второй стадии.
- Масштабирующий резистивный делитель, задающий коэффициенты усиления.
- Реле коммутации.
- Систему поддержания резонанса обкладок конденсатора ДРК-6.
- Цепь высоковольтного смещения для обеспечения диапазона измеряемых напряжений до +-100В.
Ну и немножко амп-порно…
Отмачивание входного сапфирового изолятора в метаноле: НЕ ПЕЙ, КОЗЛЕНОЧКОМ СТАНЕШЬ!!!
Сапфировый изолятор из разъема кабеля:
Входной триаксиал:
Документацию удалось найти в интернете на сайте Offtop.ru. К сожалению ни схем, ни формуляра, ни САД найти не удалось. С некоторыми схемами мне помогли, но я их получил под честное слово, что не буду их расшаривать, да к тому-же они не полностью совпадают с тем прибором который пошел в серию. Но я обязательно продолжу искать документацию от этого прибора, и если найду, обязательно отсканирую в хорошем качестве и расшарю.(давать честное слово бесчестным людям нельзя)
Измерительную камеру я изготовил из алюминиевой коробки Gainta BS33BK, листика китайского тефлона и куска разъема сломанного триаксиального кабеля.
Надо отметить, что в приборе есть большая механическая недороботка – мало того что малейшее смещение центрального штыря входного разъема приводит к смещению контактных групп реле, так еще и он сам по себе очень тонкий, а ответная часть разъема на него не всегда точно попадает, из за чего его очень легко согнуть. По этому по сути, разъем должен быть один раз соединен, и его нельзя больше трогать.
Но все-бы ничего, если-бы не тот факт, что продуцировать сверх-малые токи на резисторах – нельзя.(привет тепловой шум) Однако это не снимает необходимости проверить прибор и камеру, а значит мы сейчас с Вами окунемся в опыты дядюшки Резерфорда, который доказал, что заряд альфа-частицы равен двум элементарным зарядам. Из этого следует, что если входной электрод электрометра будет бомбордироваться альфа-частицами, то он будет заряжаться и соответственно появится ток. Для простоты понимания, высчитаем ток при бомбардировке электрода одной альфа-частицей в секунду, этот ток составит примерно 0,32аА, то есть чтобы получить ток 100аА, на электрод должно попасть ~3120 альфа-частиц в секунду.
Камера была протестирована бомбардировкой альфа-частицами от образцового источника на базе изотопа Плутоний-238:
Варируя расстоянием можно получать разный ток:
Чует!!! И не удивительно, поскольку электрометрия МНИПИ собственно и выросла из задач исследования ионизирующих излучений
Полный комплект документации: ссылка.
Прошивки моего экземпляра прибора: ссылка.
Резюме
Я со всей ответственностью заявляю, что плюну в лицо тому, кто скажет, что в СССР выпускали посредственную измерительную технику.