8位半萬用表大比拼

8位半萬用表大比拼2008-06-1417:34要認識8位半這種目前精度最高的數(shù)字萬用表，就不能夠不認識8位半萬用表的歷史，但限于個人認知，很多歷史背景其實不認識，因此錯誤在所難免，若是您知道事實，敬請指正。誠然我可能不是最適合寫這篇文章的人，但我依舊愿意拋磚引玉，吸引更多大牛參加進來，互相學(xué)習(xí)。1.歷史第一臺8位半萬用表相信是英國Solarton生產(chǎn)的7081，采用多斜積分變換技術(shù)。Solartron的萬用表部門后被Schlumberger收買。以下圖即為Solartron/Schlumberger推出的7081。但現(xiàn)在schlumberger的網(wǎng)頁上已查不到7081，市道上只有二手流通。要認識Schlumberger,就不得不提及Willtek，且看下面的介紹。威爾泰克通訊技術(shù)有限公司的發(fā)展軌跡能夠追想到1957年，當(dāng)時由一群工程師在慕尼黑南部創(chuàng)辦了最初的公司。幾年后該公司被Schlumberger收買，并管理公司達36年之久。1994年Schlumberger把公司賣給了Wavetek公司，同時將美國印第安那州的團隊并入。1998年，Wavetek公司與德國的Wandel&Goltermann公司合并成立WWG公司。兩年后美國Dynatech公司買下了WWG公司，并將它與其子公司TTC合并。Acterna公司由此出生，該公司在世界各地擁有員工4800名。其無線網(wǎng)絡(luò)部的一個分部——無線電儀器部2001年接收了英國的Chase通訊公司以及它的無線空中接口業(yè)務(wù)。在2002年，Acterna公司管理層經(jīng)過MBO，剝離了它的無線儀器部門。2003年3月，Investcorp公司購得其多數(shù)股權(quán)，為Willtek公司融資，用于開拓公司的新產(chǎn)品和新市場。Willtek于2005年7月成為WirelessTelecomGroup,Inc.的全資子公司。圖1，Solartron/Schlumberger7081英國的Datron是第二個推出8位半萬用表的廠商，最早型號是1271,同樣采用了多斜積分技術(shù)。Datron在92年被wavetek收買，推出了共有品牌的1281。2000年Fluke又收買了wavetek，在1281的基礎(chǔ)上，進行了改進，于2002年推出了自有品牌的8位半萬用表8508A，號稱要與Agilent的3458A火拼。這款儀表的命名也是以考級數(shù)字多用表命名，瞄準的目標用戶是校準實驗室。圖2Datron1271圖3Datron1281圖4Wavetek1281圖5Fluke8508A德國Prema也推出過8位半萬用表6048。關(guān)于prema我知之甚少，只認識到它是一家老牌的精美數(shù)字儀表生產(chǎn)廠家，代表產(chǎn)品為萬用表。天水長城電工儀器廠曾組裝生產(chǎn)過其5000，6000系列5位半，6位半，以及50177位半萬用表。由于引進的早現(xiàn)國內(nèi)仍有使用。網(wǎng)上關(guān)于Prema6048的介紹很少，以下鏈接有比較詳細的介紹。但是痛惜的是，prema目前已退出測試測量市場，關(guān)注于模擬IC

和混雜信號

ASIC和

ASSP市場，網(wǎng)站。也就是說目前市場上流通的prema萬用表均為二手。圖

6Prema6408Agilent在很早從前就推出了8位半萬用表3458A，一推出就以其無與倫比的牢固性和高速測量成為實驗室的傳達標準，這個情況素來連續(xù)到2002年Fluke推出8508A。但其的積分線性、的微分線性（近似Nomissingcode）指標，目前還是無人能比。圖7Agilent3458AKeithely此后也推出了8位半萬用表2002，這款儀表的突出優(yōu)勢在于直流電壓檔跟它的很多納伏表同樣擁有1nV的矯捷度，電阻檔擁有100nOhm的矯捷度，以及-200℃--1820℃溫度測量范圍，并在整個范圍內(nèi)都保持了最小0.001℃分辨率，保持了8位半模式下最快的測量速度。圖8Keithley2002日本的Advantest也推出了自己的8位半萬用表R6581，大體參數(shù)和Agilent的3458A差不多，最有特色的是其電流檔，直流電流有最高矯捷度100fA,但交流電流檔的頻響卻只有5kHz,比其余表差了很多。目前的最新式號R6581D，去掉了R6581的所有交流測量能力，只支持直流和電阻檔位。圖9AdvantestR6581因此現(xiàn)在市道上能見到的在產(chǎn)的8位半萬用表就只有4種：R6581,2002,3458A,8508A比較老例參數(shù)這里只比較共同特色，對某一型號特有的功能不做比較。AdvantestR6581最大顯示1,199,999,999,可測試DC/ACV，DC/ACI，R，F(xiàn)，T。性能參數(shù)大體和Agilent3458A相當(dāng)。Keithley2002最大顯示210,000,000，可測試DC/ACV,DC/ACI，R，F(xiàn)，T。溫度測試支持RTD，熱電偶兩種傳感器，而且在-200℃~1820℃測量范圍內(nèi)都保持了最小0.001℃分辨率。但聽聞其電流檔不怎么樣。Fluke8508A最大顯示199,999,999,可測試DC/ACV,DC/ACI，R,T,不支持頻率周期測量。定位為實驗室參考級其余8508A的確有最寬的測量范圍和最高正確度，特別是電阻和電流檔。電阻最高支持到20GΩ，電流檔不需要分流器就能支持到20A。但其的缺點是測量速度慢，在8位半模式下需要6秒才能獲取一個讀數(shù)。Agilent3458A最大顯示120,000,000，DC/ACV，DC/ACI，R，F(xiàn)，能夠經(jīng)過數(shù)學(xué)運算測量溫度，支持熱敏電阻和RTD。。3458A可謂是長遠不衰，在所有8位半萬用表里有最快的反應(yīng)速度。在長遠牢固性上比8508A稍差，但在短期牢固性，線性度，噪音以及轉(zhuǎn)移特色方面都有最好表現(xiàn)，并供應(yīng)了極其豐富的數(shù)學(xué)功能。表1，基本規(guī)格比較表2，特色比較表3，測量速度比較附：八位半萬用表不平時特色極其應(yīng)用

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lymex7870-1-1一、八位半萬用表不平時特色八位半萬用表是業(yè)界最高分辨的常用電磁計量儀器，基本檔最高年牢固度在3ppm左右（Fluke8508,10V/20V檔），差一些的有10ppm的（Keithley2002,10V/20V檔），而且必定每年檢定。這樣的指標在很多場合下是不夠的，不但由于心理上的1ppm的不確定度上限，更主若是近似的儀器都具備近似的牢固度，互相不能夠測量。因此看來直接用八位半萬用表來進行計量工作是力所不及了，也就是說，自己不能夠校準自己。但是，八位半萬用表具備一些不平時的指標超高的特色，而且不需要校準，能夠在整個生命周期內(nèi)由設(shè)計或由生產(chǎn)廠家保證，這些特色包括：1、分辨力很高，與正確度比余量很大。以最末位字數(shù)為單位，3位半到4位半萬用表牢固度一般為幾個字到十幾個字，比方某萬用表測量時，正確讀為%為，為10個字。關(guān)于6位半的，一般為幾十個字，比方34401A，10V檔年牢固度35ppm，分辨為1ppm，因此為35個字。而8位半的就特別高，比方3458A，10V檔年牢固度8ppm，但分辨，因此為800個字。2、線性度特別好線性度是高位萬用表追求的指標之一，一般其指標遠遠高于其年牢固度，比方3458A達到，是年牢固度的80倍。線性度好，近似一把尺子，不但平直，而且刻度均勻（盡管每一個刻度絕對正確度不很高）。3、噪音小比方3458A，10V量程，當(dāng)NPLC=100時（常用），RMS噪音達到了驚人的。4、轉(zhuǎn)移特色特別好，短期牢固性比較高。轉(zhuǎn)移特色即短期測量比較特色，能夠在多大不確定程度上比較測量兩個相似的量。要求噪音小、短期牢固性高，另一方面，也要求有足夠高的線性度。比方3458A的特色為。

這一方面10V轉(zhuǎn)移幾種典型萬用表不平時特色比較表二、八位半萬用表不平時特色的考據(jù)1、零點的牢固性零點用短路環(huán)測量，實測變動特色不大于μV，關(guān)于10V就是。零點測量時經(jīng)常有一個固定誤差，一般在μV到μV之間，能夠自用校準除掉，采用低熱電動勢測試線也能夠減少測量的不確定度。這個零點即便不進行除掉，也能夠在隨后的計算中減去，不影響線性度。2、線性度采用高牢固度固態(tài)電壓基準Fluke732B

和線性度指標達到的

KVD分壓器

Fluke720A

，做了多點比較，結(jié)果在范圍內(nèi)切合。比較時注意，720A的輸出電阻最大為66k，同時與其最大負載誤差上限，要求負載不小于1E12Ω，萬用表的輸入電阻達不到這個要求，因此需要增加一級高輸入阻抗、低失調(diào)的緩沖隨從器。3、牢固性（可重復(fù)性）我們知道，萬用表讀數(shù)的不牢固性不但取決于信號源的不牢固性（A），而且取決于萬用表自己的不牢固性（B），合成不牢固性的計算方法，是A和B取平方和，再開方，與合成不確定度的計算方法同樣。因此，只要讀數(shù)牢固，就證明信號源和萬用表自己都牢固性。更具體的說，萬用表自己的不牢固性不大于其（對任何信號源測量時）讀數(shù)的不牢固性。不牢固性一般用阿倫方差來表示，以必然間隔測量出一組數(shù)據(jù)，就可以計算出阿倫方差。使用經(jīng)過完整預(yù)熱的3458A，對高牢固度10V基準源（Fluke732B）和高牢固度標準電阻（IETSRX-10k）進行采樣測量，閘門周期2秒，采樣周期4秒，結(jié)果是均為之內(nèi)（有錄像數(shù)據(jù)）。牢固性（可重復(fù)性）的一個直觀理解：比方阿倫方差為1ppm，就是正態(tài)分布σ=1ppm，意味著讀數(shù)有68%的概率落在中心±1ppm的范圍內(nèi)，也許有95%的概率落在中心±2ppm的范圍內(nèi)，也許有%的概率落在中心±3ppm的范圍內(nèi)。三、八位半萬用表不平時特色的應(yīng)用1、轉(zhuǎn)移和傳達轉(zhuǎn)移和傳達就是比較傳達兩個很周邊的量。計量中常用到10V電壓基準和10kΩ電阻基準的比較，就可以利用八位半萬用表不平時特色來解決。電壓的比較。若被比較的電壓是獨立的，那么就可以采用直接比對的方法，即負極接到一起，正極用小范圍量程的萬用表來測量，這樣分辨很高，比較正確度也高。但是，有的時候被對比的電壓是不共地的，比方一個多段分壓器，就需要在線分段測量。電阻的比較?？刹捎盟木€法直接測量。與DCC和電橋比較法對照，此方法擁有速度快和使用方便的特色。2、同量程量的精確比較比方一個10V和一個7V，需要正確知道其比率，就不能夠或不方便用其余方法來比較，而利用萬用表10V檔的超級線性度，就可以很方便的完成，比較的不確定度能夠達到（兩次轉(zhuǎn)移不確定度）。這樣比較的一個實質(zhì)應(yīng)用，就是能夠大大提高Fluke732A/732B的牢固性。實質(zhì)上Fluke732A/B內(nèi)部是采用7V基準，爾后采用兩只電阻分壓/升壓成10V，因此其牢固性取決于兩個部分分別牢固性。事實上7V內(nèi)部基準是特別牢固的，但分壓電阻就很難牢固，比方標價3萬多的Fluke標準電阻742A-10k，其年牢固性才4ppm，那么732A/B內(nèi)部采用的電阻不太可能高出獨立的電阻基準，也許說電阻器件牢固到4ppm已經(jīng)湊近極限。因此能夠確定，732A/B不牢固指標中，大多數(shù)是分壓/升壓電阻的問題。只要我們精確的測定7V/10V比率，就知道了這兩個電阻的分壓值的變化，就可以進行自修正，從而大大提高

732A/B

的牢固性指標。3、溫度系數(shù)的測量高牢固、低溫飄的基準和儀器，其溫度系數(shù)特別小，甚至有的遠小于行測量，需要很高的分辨，這樣八位半萬用表就有了用武之地。

1ppm/℃。因此若是進4、老化的測量老化就是電壓、電阻等參數(shù)隨時間長遠的變化，一般常用90天、半年、1年作為時間測量單位。高牢固度的基準和儀器，其牢固度一般很高，有的每年變化不了幾個ppm，要在短時間內(nèi)進行測量，則變化更小，更需要高分辨的測量。別的，要想進行老化測量，必需具備比被測物更牢固的基準做比較。由于八位半萬用表自己的牢固性其實不好，不能夠以其直接測量的結(jié)果為依照，而是利用其線性度好、轉(zhuǎn)移特色高的特色來測量。若是不具備這樣的基準，那么就很難測量，也許需要特別長的時間累計才能獲取結(jié)果。舉個例子，一個10kΩ標準電阻，第一次測量值是10,Ω，第2次間隔90天后再次測量為10,Ω，即增大了，這就是90天的牢固性。假設(shè)用直線外延，那么1年的牢固性就是*4=年。由此能夠看到，進行老化測量時其測量值變化特別小，因此對讀數(shù)的不確定度要求就更高。再舉個詳細的例子，我的一個國產(chǎn)標準電阻BZ3C/8-10k，牢固度指標為20ppm/年，出廠檢驗日期為2001年3月。但是，依照生產(chǎn)技術(shù)人員介紹，他們不對牢固度進行測量，原因是沒有相應(yīng)的測量手段。因此，這20ppm是指標值。實質(zhì)上，電阻出廠時有在20℃的正確測量值Ω，現(xiàn)在再次測量，阻值（折算成20度）為Ω。因此，只變化了2ppm，老化僅為年。由此看來