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高精度万用表的测试 How to Test a High Precision Multimeter

时间:2012-10-07  来源:38hot  作者:lymex


7、基本电压档的线性/非线性
理想的ADC,其输入和输出是成正比的,画成图来看,就是一根理想的直线。而非线性,就是与理想直线的偏离程度,一般是以全局的ppm位单位。
这个测试比较难,测试的方法有:
---绝对测试法,用JVS(!),分别输出1V到10V的10个精准的电压,用被测表来读,这个适合测试8位半表
---KVD法,即采用Fluke 720A KVD,对10V基准进行分压,得到1V到10V,然后用被测表来读。由于720A本身有0.1ppm的线性,因此这个适合测试6位半,最多7位半
---相对比较法,即采用线性好的3458A(0.1ppm),与被测表同时测试一组电压,就可以计算出被测表的线性,适合测试7位半及以下表

图片:INL.jpg

8、测试基本电压档的温度系数
在一段时间内,持续测试一个假设不变的基准,让温度变化,看读数变化。
比如我的1281,连续测试几天,利用温度的自然波动,可以明显看出表的读数也随之变动:

图片:tempr.gif


采集后做图,一定要做成每纵格为1ppm电压、同时也是每格一度。图中由于电压波动明显没有温度波动大,但也不小于一半,因此可以判断温度系数在0.5到1ppm之间。
更近一步的数据分析表明(分析方法见 “利用二元相关分析,同时得到温度系数和老化” http://www.bbcnn.net/bbs/read.php?tid=135
) ,温度系数是0.63ppm/C。

图片:tempr2.gif



另外,现在被广泛使用的lly的GPIB卡,对于自动采集非常方便,而且有温度数据,作为测试高位表的温度系数非常合适。数据采集后,利用双轴折线图(方法见Redtony的“如何用EXCEL绘制基准走势图”:http://www.bbcnn.net/bbs/read.php?tid=757
当然,画出图后要调整到每格1ppm、每格1度,而且标尺范围相同,这样才能共用一套网格线,像lxjjm用34401测试的这样:

图片:lxjjm2.gif

9、速度
速度指标一般厂家在说明书里回给出,但也会有偏离或没有交代的条件,因此验证一下还是有必要的。
例如3458A,指标是8.5位每秒可以出5个读数,但实际测试下来每秒可以至少出20个读数,超过指标很多。
再如K2002,指标也是8.5位每秒可以出5个读数,实际上在AZ关掉下也是如此,但AZ打开后就慢了3倍还多,这个情况在说明书里没有找到任何解释。

10、测试中稳
即介于短稳和长稳之间的稳定性,一般有两个含义,一个是开机日稳,即预热好后,每24小时的变化。测试时需要基准
另一个含义是1天之内或几天之内,重复开机的稳定性。用途主要是同城甚至异地的对比。
当然,校准后的重新你开机,是否能复现原来的测量值,也是中稳决定的。
中文的测试也可以自动进行,需要较长时间的持续开机采集,利用统计方法可以计算出来。比如我上面的对1281的测试数据,可以看到能够得到每天-0.1ppm的中稳。


11、测试长稳
长稳一般指90天时间或者1年的时间段下,不校准,测试值的变化。这个可以通过测试一个稳定的基准来得到。
一般不需要持续开机,但开机测试前要预热好,并且可以选择做Auto Cal或Self Cal(如果选择了就要一直选择)。最好是每天或每几天测试一次,画出曲线,并做统计分析,就可以得到结果。这是一个需要耐心、时间和毅力的体力活。四、测试结果的整理、分析、统计、做图、评价
1、整理
如果是手动测试,要录入机器,最好是用Excel表格。如果是自动测试的,也最好转成Exel表。这样便于阅读,尤其是给后面直观的处理带来方便

图片:Excel.gif


2、分析统计
用Excel自带的各种对数据的处理方法,求出综合处理值。例如平均值、离散/偏差、相关性等。如果发现问题需要改正(例如录入错误、粗大误差)



3、做图
做图的结果是非常直观的,往往一眼就能看出趋势、好坏,便于交流和发表。上面已经给出了一些Excel做图的例子。
常见的做图包括折线图、散点图等。

图片:excel2.gif

五、结论和总结

先列出一些二手市场上常见的高位表
1、HP/Agilent:3455/3456/34401/3457/34420/3458
其中3455尤其是3456比较经典,适合收藏,使用也很好。34401/34420/3458比较现代,性能优异。

2、Fluke:8505/8506/8508
8505/8506比较经典,用料足,适合收藏,使用也很好,体积比较大。8508性能/功能很好,价格也很高

3、Advantest:6871/6581
6871是很典型的7位半,性能不错,二手常见。6581是8位半,性价比不错,使用方便,但性能与其它8位半比稍有差距。

4、Keithley:2000/2001/2002
体积小巧,只有半宽(包括8位半的2002)

5、Datron:1081/1271/1281
经典表,用料足,性能稳定

6、Solartron:7081
是世界第一款8位半,用料很足,但测试速度慢



8位半几个指标的比较、排名
1、短稳/重复性/噪音:3458-0.03ppm,1271/1281/8508-0.05ppm,6581-0.08ppm,7081-0.09ppm
这个指标类似微分线性,表明多次读数的一致性。如果一致性好,读一次就能出结果。否则,要读多次,采取后续处理的办法。

2、线性/转移特性(10V):3458A-0.1ppm,6581-0.2ppm,1281/8508-0.22ppm,7081-0.3ppm(约)
例如要用10V基准标定7V,这个指标就非常有用。同样,也可同时测试7V和10V,看7转10的变化。

3、基本档年稳定:8508-2.7ppm,1281-3ppm,3458A-4ppm(002),6581-5ppm,1271-7ppm,3458A-8ppm,7081-11ppm
这个指标在没有基准的情况下很有用。

最后,我这里有一个自己用的对比表,先放上

图片:owntab.gif

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