數字萬用表的參考標準
名稱：萬用表
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簡介：有些數字萬用表內有一個集成的參考標準源,有自校準能力,就是說這種數字多用表即使處在23℃土5℃環境之外使用也能保證它的測量準確度。例如National儀器公司的PXI-4070型數字萬用表,即使處在0℃-50℃環境中,經過自校準后也能保證它...
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有些數字萬用表內有一個集成的參考標準源,有自校準能力,就是說這種數字多用表即使處在23℃土5℃環境之外使用也能保證它的測量準確度。例如National儀器公司的PXI-4070型數字萬用表,即使處在0℃-50℃環境中,經過自校準后也能保證它的測量準確度。如果一臺數字萬用表在校準溫度范圍以外使用,而未經校準,其測量準確度指標必定會降低。例如若考慮到它的溫度系數：±(讀數的5ppm+量程的1ppm)/0C,它在50℃而不是在28℃(50℃是23℃±5℃的上限)進行測量要有附加的誤差:±(讀數的11Oppm+量程的22ppm)。對于某些數字萬用表來說,附加的誤差可能遠遠大于它在說明書上規定的準確度。說明中的小字體腳注就是對規定準確度限定條件的補充。但是給出6個甚至10個或12個腳注還是不足以說清問題。
測量交流電壓和電流時,其頻率也會影響測量結果。一個廠家把頻率以一種方式分段給出它的影響量,而另一個廠家又以另一種方式給頻率分段。例如一家把60Hz(或50Hz)包括在10Hz—3kHz段內,而另一家又把它包括在45Hz—50OHz頻段內,它們都用許多個腳注來說明其全部想告訴用戶的內容。
波峰系數也存在同樣的問題。波峰系數定義為峰值除以它的有效值。一般說來,波峰系數大的信號只是偶而與它的平均值偏差較大。放峰系數大對應著的測量誤差也較大。一個腳注限定一個交流信號的準確度指標,還必須限制被測信號的波峰系數在可以允許的范圍之內,才能保證測量的準確度。除信號形狀對測量結果有影響外,信號的大小和頻率也必須限制在某一定范圍之內才能保證測量結果的準確性。否則數字多用表的輸入電路會被損壞。例如Fluke的170系列中的數字多用表,限制輸入信號的電壓與它頻率的乘積V-Hz要小于1×10↑7。有許多數字多用表都有1000Vac量程,允許信號頻率是在10kHz以下。測量的讀數率與分辨率有直接的聯系。例如SignametricsSMX2044是一種61/2位的數字多用表。在如此分辨率上對應的讀數率是30個讀數/每秒。若要增加讀數率就必須降低分辨率(即減少位數)。例如任選一種數字多用表,它的讀數率是1000個讀數/每秒,它的分辨率是41/2位。類似制約關系也適用于其它廠家的高分辨率數字萬用表。在腳注里說明了讀數率和分辨率之間的制約關系。
許多數字萬用表有不同的滿度量程,難以相互比較,例如有兩個不同的數字萬用表,都有電壓量程,旁邊都有乘10因數,但是一個數字萬用表的起始量程是4V,另一個起始量程是1V。如用它們都測量1OV。一個用1V×1O=1OV來測,另一個則需用4VX1O=40V來測。前者正好是用滿量程測10V,后者則用40V量測10V,1OV只是4OV滿度值25%。由于兩個數字多用表之間存在4個因數,它們的滿度分辨率就不一樣了。但是在做10V測量時用的是它們的實際分辨率。這就是說,在4OV表的最低位上存在令人討厭的噪聲比用1OV表測1OV時的噪聲大4倍。對低價數字萬用表,總的準確度沒有限定條件。就此事詢問過有關的廠家代表,他們說,測量儀器的準確度與使用技巧有很大關系,他們建議數字萬用表應當每年校準一次。這雖是含糊其辭的回答,但用其建議的方式校準數字萬用表增強了使用者對測量準確度的信心。
測量電阻是另外一件事,它的細節說明差別很大。大多數方法是電流集中流過被測電阻,測出其兩端之間的電壓降就可算出電阻值。如果出現在被測電阻上的開路電壓太高,就有問題了。Signamertrics公司CEOTee.Sheffer先生說過：“我在展覽會上見到過某些數字萬用表,在表演時加在被測電阻上的電壓大于10V,這個電壓成為一種源,能激起振蕩,造成很大的測量誤差。”有消息稱,加在被測電阻上的電壓必須是低伏特值。例如Fluke179型數字萬用表,所有電阻量程的開路電壓小于1.5V。在測量電阻時并非所有電流都流過被測電阻,總有一小部分被旁路過去,這樣會造成測量誤差。某些型號的數字多用表能消除掉這個誤差電壓,使歐姆讀數更準確。也有許多種電阻,其本身就有與之相連的小電壓源。例如在測量電路中,不同金屬相接在不同溫度下會產生微伏級的誤差電壓。心電圖機(EKG)的電極貼在患者的皮膚上,由于皮膚自然存在著鹽份和濕氣,必然產生較大的誤差電壓。
所謂消除歐姆誤差電壓的做法是用兩次測量法,第一次用有電流源測電壓值,第二次關掉電流源后再測電阻上的誤差電壓。第一次電壓值減去第二次電壓值(誤差電壓),然后計算出被測電阻值。還有一種方法也能消除誤差電壓和由于連續測量被測電阻本身發熱造成的誤差電壓。方法是使電流源大小相等而極性相反地加到被測電阻上測兩次電阻值,不同于前述的開關電流源測量法。本方法保證兩次測量用的電流的大小是恒定的。如果兩次連續測量在幾個毫秒內測完,環境溫度和電阻值仍然是恒定的。這種測法表明在計算電阻值時比簡單的誤差電壓修正法包含的噪聲少50%。
測量電阻還有比兩線法更準的方法,即4線法和6線法。兩線法是把連續被測電阻導線也接到數字多用表上,連接線的電阻也算在被測電阻值里,無法將它們分開。4線法或稱kelvin法測電阻,用一對導線接電流源,另一對線(感知線)把被測電阻上電壓降引人數字多用表進行測量。由于流過感知線的電流很小,所以測量的電阻值更接近真實值。特別是測量低值電阻時,連接導線的電阻值可與被測電阻值屬同一量級,誤差很大。
若用4線法測低值電阻可排除引線電阻,使測量準確性更好。在測大值電阻時,無論怎樣都會有旁路電流存在,對被測電阻采用保護措施可以解決旁路電流造成的誤差。然而通常是用兩線測量大值電阻時才采用保護措施。.用數字多用表也能做6線測量電阻,4線法再加兩條保護線。6線法通常用來測量接在電阻網絡中的某一個電阻。網絡中的其它與被測電阻相接的電阻都接到保護端上。這樣便把被測電阻從中有效地隔離出來。被測電阻每端的端電壓和保護端上的電壓三者是由互相分開的電源產生的,這樣也可把感知線電阻造成的誤差排除了。就典型而論,高分辨率儀器具備6線測量功能。4線法通用于4位—5位的數字萬用表。
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