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DIY 100k哈蒙

时间:2012-10-09  来源:38hot  作者:lymex

这种接成10k的哈蒙,也作为标定的起点,与10k标准电阻进行对比。由于10k的电阻基准有SR104这样的高稳定、高性能的标准电阻做保证,同时具备10k Warshawsky电桥这样的手段,因此对比偏差会很小,对比后则哈蒙就被标定。

高位表对比:用2×4开关分别接上SR104和10k哈蒙,公共端接3458A进行多次采样平均测试。假设SR104读数的平均值为10,000.058(+5.8ppm),而10k哈蒙的平均值为10,000.013(+1.3ppm),SR104的修正值为-2.5ppm,那么10k哈蒙的真值偏差就是5.8-2.5-1.3 = 2.0ppm,即10k哈蒙为10,000,020。 SR104的修正值包括老化修正、初始制作偏差修正和温度修正。

Warshawsky电桥对比:用2×4开关分别接上SR104和10k哈蒙,公共端接Warshawsky电桥,亚电阻用另外一个10k(无关紧要)。测试值是以uV的形式用3458A读出,每1uV相当于0.333ppm,这样两个对比10k的差异就可以更精确的得到。

有人会问:这样接线,盖子不就盖不上了吗?不要紧,10k电阻比较小,不完全屏蔽没问题。只有在1M的场合下才需要完全屏蔽,而1M时是可以盖上盖子的。


2、作为1M标准电阻
哈蒙本身是自然串联的,A和D之间就是1M,压上2根引线即成为1M,E是外壳屏蔽同时接引线屏蔽。
假设在上面第一步的10k接法中,与标准电阻进行了阻值对比,为+2.0ppm(即10,000.020欧),那么在此处改成1M后,根据哈蒙原理,阻值也为1M+2.0ppm,即1,000,002.0欧,这样就把10k的标准精确的传递到1M的阻值上了。换句话说,我们可以通过对10k状态下的标定,直接得到1M状态下的标定。当然,10k与1M的两次测试之间间隔要尽量短,以免其间阻值因温度变化而发生变化。




3、作为两个100k电阻
A和B之间是单个的一个100k,前面说过,应尽量选择温度系数小的。
B和C之间是9只电阻进行了混连,即3个一串联,然后再并联,形成统计的100k。



类似1M,根据哈蒙原理,这两个100k的加权平局值的偏差,与上述10k的偏差是一样的。例如10k接法时被标定为+2.0ppm,而此处两个100k用万用表测试值分别为+9.0ppm和+12.0ppm,加权平均就是11.7ppm,那就说明该表在100k档偏大了11.7 - 2.0 = 9.7ppm,修正后这两个100k的实际值为-0.7ppm和+2.3ppm,而这两个值的加权平均也是+2.0ppm,与测试10k的修正值一样。 这样,我们一方面通过测试10k而标定了两个100k,同时也知道了测试万用表在100k档的偏差。


4、作为10:1分压器
精密分压是哈蒙的另一主要用途。图片见1M的接法,A、D之间是1M,接入待分压电压(例如100V),则A、B之间就得到分压后的电压(10V)。这个分压比值可以很精确的标定,只要在上一步对两个100k进行了良好的对比,而两个100k的对比可以用替代法进行,不需要精确知道绝对值,只需要知道相对偏差。例如上述例子中的结果,两个100k的测试值分别是+9ppm和+12ppm,加权平均+11.7ppm(此为输入电压相关),因此分压比的偏差为+9 - 11.7 = -2.7ppm,也就是说,输入100V,输出为9.999973V。


5、作为10:1电阻半桥
图片见1M的接法,F、B之间为1M、A、B之间为100k,就成为10:1电阻半桥。为了能够精确确定这1M和100k之间的比例,需要在100k的水平上测试三次,即AB之间的100k、BD之间接成混连的100k、DF之间的100k。同样,这三个100k之间的互相对比只需要了解相对插值,不需要精确了解绝对值,最后的电阻比就可以精确求出。
10:1半桥有啥用?一般作为非整幂次的电阻的传递,例如50k和500k之间的比较传递,就可以用这4个电阻组成一个全桥,实现50k和500k之间的精确对比。
七、测试和调整
测试的内容可以包括:
-----10k的温度系数,变温法,与SR104对比

-----各100k的温度系数和偏差,变温法,与DIY  752A-100k对比,把这11个100k接到16×4开关上进行扫描测试。

如果温度系数和偏差过大,需要调整过来。
八、验证
验证最主要的内容,就是看10k接法和1M接法的偏差的一致性。
由于哈蒙本身的思路成熟,阻值适中,因此不一致性应该很小,这就给验证带来很大的困难。10k时还好办,可以用3458A直接对比测试,甚至可以动用Warshawsky电桥。但1M的电阻如何测试到0.3ppm?用8.5位万用表是不可能了,最好的表指标也不超过5ppm。

能够想到的方法,就是是与另外一个100k哈蒙做对比,如果结果一致,说明有极大可能两个哈蒙都具有良好的特性。如果存在偏差,那么至少一个哈蒙有偏差。

至于从哪里再弄一个100k哈蒙来?可以采用两个办法:
1、商品的SR1010-100k,指标尽管不算高(1ppm),但对比一下也足够了,况且在100k的阻值下指标应该有富余。




2、再DIY一个100k哈蒙,用老化更小的电阻、进行更好的温度系数的补偿、采用优质接线柱(Pomona 3770)


这些是202Z金封金属箔电阻,长期稳定性很好,温度系数也不大(一般在<+-0.6ppm),通过适当的补偿,就可以取得良好的结果,更适合做可校准的1M电阻。


1M的对比,简单一点可以用1281切换测试(或手动切换测试,以便排除因开关漏阻引入的不确定性)。1281的电阻档指标比较高,测试电流10uA(1M下为10V也比较高)达到大约1ppm的对比精度。但若想要更好的结果,则必须采用专用的高阻对比桥了。

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