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电压基准的测试

时间:2012-10-09  来源:38hot  作者:lymex
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手里有几种商品电压基准,例如731B、732A、732B、4910、4400。
(其实,还缺7000,这个比较遗憾)
这些基准都是多年固态基准发展技术的结晶。
那么,这些基准到底表现如何?各有什么特点?能符合指标吗?哪些基准值的拥有?
我们自己DIY的基准与商品基准比较,有什么优劣?

是的,基准都有自己的指标,也很详尽,一般参考也够用了。
但是,使用测试过程中发现,有些基准的指标达不到,有些超过。还有一些想要的指标没有。
所以,测试是必要的。

测试的内容及测试方法
1、老化,或时间变化
由于基准老化小,因此要能看出变化,尤其是定性分析、找出规律,需要长期测试。
测试7V可以采用转移对比测试,用2×2开关,交替测试4910AV主基准和被测基准,采样几小时,为一组。
每间隔一段时间,比如几天、几周,甚至几个月,重复上述测试。把所有这些测试进行对比计算,就可以看出电压的变化趋势,得到电压-时间曲线。

2、温度系数
由于基准体积大,业余条件下不适合恒温测试,因此参照采用变温法。
基准带电池放入冰箱冷藏12小时,取出后适当保温,接线测试电压值,同时温度自然逐渐升高。大约12小时后接近室温,再加温处理,继续测试12小时。这样测试得到24小时的电压采样,就可以求得温度特性。

3、噪音
---可以直接用高速、低噪的8位半例如3458A测试,然后计算方差。此法简单,由于基准的噪音一般比3458A来得更低,因此此法可以判断基准噪音是否正常,是否存在干扰
可以用噪音非常小,或者噪音很小并已知的基准做背靠背的基础,用3458A的0.1V档(噪音非常小),进行插值测试。
噪音非常小的基准,可以采用10个标准电池串联,或者用干电池,或者用4910AV,或者用多个10V基准并联。
作为插值基准,只要短稳好就行,慢速变化的信号,计算噪音可以采用阿伦方差方式。

4、掉电恢复特性
掉电恢复特性分短期、中期和长期三类,采用插值持续监测,配以内部温度测试。
测试内容,就是电压,看变化。
测试接法可以有三种:
---直接高位表测试,适合短期恢复
---与另外一个基准用2×2开关交替测试对比
---与另外一个基准背靠背测试

测试前先接好线,基准充分预热后,进行掉电前的测试。采集要自动进行。
然后掉电,等一定时间后再加电,看过程。
因此,掉电恢复过程,比开机过程多了一个环节而已。


5、负载特性
微小负载,1uA(10M电阻)
中级负载,0.1mA(100k电阻,常见于KVD)
重负载,1mA(10k电阻)和10mA(1k电阻)
电容负载,0.1uF和10uF综合结果

 

731B的测试

  

Fluke在1974年就已经开始生产731B, 这可以认为是Fluke第一款固态基准了。
尽管之前731A,但产量少,似乎存在有问题,名称只叫做Transfer Standard,Fluke自己也没有留下任何文档。
在此之前还有730,类似。

731B的体积不大,非恒温设计,采用12节镍镉电池串联成14.4V做后备,电流只有8.5mA,这样,电池是300mAh的场合下至少可用30小时。实际上,可以很方便的改成锂电,用4节18650串联,电压相似,容量可以提高到2000mAh以上,工作时间就可以延长到200多个小时。交流侧的耗电很小,实际测试交流变压器励磁电流只有大约2.2mA,三重屏蔽,发热极微。变压器次级绕组电压余量比较大,整流滤波后17.5V(电源电压225V下)。


731B的指标很一般,年老化30ppm,月老化15ppm,尽管有一说后来改为一半,但没见到文件。
温度系数<1ppm/C,低频噪音<1ppmVpp,相当于0.16ppm rms,输出阻抗<5mOhm。
掉电恢复特性,没有指标。非恒温的一般很小。

电源的充电部分是很简单的二极管+电阻,防反+限流,没有恒压。看来是镍镉电池比较耐浮充。
电路看来是设计成带电池运行的,我的3个731B电池都没有了,造成输出电压纹波太大,因此把充电二极管开路。
另外,电池+运行表头也需要电池,并了一个电阻才指示正确。

731B-3的测试:
这个测试,用了3458A通过2×2开关,交替测试4910AV和被测的731B。
深色曲线4910AV,系直接用加电不久的3458A测试,所以能看出逐渐的变化,属于3458A的变动。
粉色的731B曲线,已经用4910AV进行了改正,为真值,公式是:显示值=测量值+改正值。改正值为对应的10V-4910测试值。
最开始的时候,731B刚加电,第一个读数就在最终值的0.2ppm之内,因此可以看到,非恒温的731B几乎是不需要预热的。
仔细看,731B加电后,在几分钟之内电压下降了0.15ppm左右,以后虽然逐渐慢慢下降,但幅度很小了。
中间一段,故意加入了干扰,系笔记本电脑的充电电路所导致。干扰对731B影响很大,一个是读数下降了好几个ppm还是变化的,另一个也使得短期不稳定起来。

总之,这个图测试了731B的:
开机特性,非常好;
噪音/短稳特性,很不错,方差0.028ppm(4910的方差更好一些,为0.017ppm);
受干扰特性,不好,与4910比相差甚远;
电压值,9.999975V,即负偏2.5ppm。考虑到此基准多年没检定,没调节,这个偏差相当不错。

测试环境温度24.5度,测试过程中几乎没变。

732A的测试




732A是Fluke从1983年就开始生产的一款非常成功的基准
当时竞争者少,LTZ1000还没有出现,10V固态基准也很少被用做基准。Fluke在732A成功后,也为了表明态度,把自己的基准从饱和电池替换成了732A,当然这样也便于推销。
国外用量比较大,我国也进了不少732A,现在很多开始退役,二手市场能够见到。
内部采用经典的SZA263参考放大器作为核心,恒温、电阻+运放升压到10V。恒温槽比较大,因此后备电源用了4组6V铅酸电池,只能提供12小时的后备时间。
指标上看,年老化3ppm,90天1.0ppm,30天0.5ppm。
温度系数<0.05ppm/C,低频噪音<0.1ppm rms,输出阻抗<5mOhm。
掉电恢复特性,没有指标。据说0.3ppm。

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