8位半万用表大比拼

8位半万用表大比拼2008-06-1417:34要认识8位半这种目前精度最高的数字万用表，就不能够不认识8位半万用表的历史，但限于个人认知，很多历史背景其实不认识，因此错误在所难免，若是您知道事实，敬请指正。诚然我可能不是最适合写这篇文章的人，但我依旧愿意抛砖引玉，吸引更多大牛参加进来，互相学习。1.历史第一台8位半万用表相信是英国Solarton生产的7081，采用多斜积分变换技术。Solartron的万用表部门后被Schlumberger收买。以下图即为Solartron/Schlumberger推出的7081。但现在schlumberger的网页上已查不到7081，市道上只有二手流通。要认识Schlumberger,就不得不提及Willtek，且看下面的介绍。威尔泰克通讯技术有限公司的发展轨迹能够追想到1957年，当时由一群工程师在慕尼黑南部创办了最初的公司。几年后该公司被Schlumberger收买，并管理公司达36年之久。1994年Schlumberger把公司卖给了Wavetek公司，同时将美国印第安那州的团队并入。1998年，Wavetek公司与德国的Wandel&Goltermann公司合并成立WWG公司。两年后美国Dynatech公司买下了WWG公司，并将它与其子公司TTC合并。Acterna公司由此出生，该公司在世界各地拥有员工4800名。其无线网络部的一个分部——无线电仪器部2001年接收了英国的Chase通讯公司以及它的无线空中接口业务。在2002年，Acterna公司管理层经过MBO，剥离了它的无线仪器部门。2003年3月，Investcorp公司购得其多数股权，为Willtek公司融资，用于开拓公司的新产品和新市场。Willtek于2005年7月成为WirelessTelecomGroup,Inc.的全资子公司。图1，Solartron/Schlumberger7081英国的Datron是第二个推出8位半万用表的厂商，最早型号是1271,同样采用了多斜积分技术。Datron在92年被wavetek收买，推出了共有品牌的1281。2000年Fluke又收买了wavetek，在1281的基础上，进行了改进，于2002年推出了自有品牌的8位半万用表8508A，号称要与Agilent的3458A火拼。这款仪表的命名也是以考级数字多用表命名，瞄准的目标用户是校准实验室。图2Datron1271图3Datron1281图4Wavetek1281图5Fluke8508A德国Prema也推出过8位半万用表6048。关于prema我知之甚少，只认识到它是一家老牌的精美数字仪表生产厂家，代表产品为万用表。天水长城电工仪器厂曾组装生产过其5000，6000系列5位半，6位半，以及50177位半万用表。由于引进的早现国内仍有使用。网上关于Prema6048的介绍很少，以下链接有比较详细的介绍。但是痛惜的是，prema目前已退出测试测量市场，关注于模拟IC

和混杂信号

ASIC和

ASSP市场，网站。也就是说目前市场上流通的prema万用表均为二手。图

6Prema6408Agilent在很早从前就推出了8位半万用表3458A，一推出就以其无与伦比的牢固性和高速测量成为实验室的传达标准，这个情况素来连续到2002年Fluke推出8508A。但其的积分线性、的微分线性（近似Nomissingcode）指标，目前还是无人能比。图7Agilent3458AKeithely此后也推出了8位半万用表2002，这款仪表的突出优势在于直流电压档跟它的很多纳伏表同样拥有1nV的矫捷度，电阻档拥有100nOhm的矫捷度，以及-200℃--1820℃温度测量范围，并在整个范围内都保持了最小0.001℃分辨率，保持了8位半模式下最快的测量速度。图8Keithley2002日本的Advantest也推出了自己的8位半万用表R6581，大体参数和Agilent的3458A差不多，最有特色的是其电流档，直流电流有最高矫捷度100fA,但交流电流档的频响却只有5kHz,比其余表差了很多。目前的最新式号R6581D，去掉了R6581的所有交流测量能力，只支持直流和电阻档位。图9AdvantestR6581因此现在市道上能见到的在产的8位半万用表就只有4种：R6581,2002,3458A,8508A比较老例参数这里只比较共同特色，对某一型号特有的功能不做比较。AdvantestR6581最大显示1,199,999,999,可测试DC/ACV，DC/ACI，R，F，T。性能参数大体和Agilent3458A相当。Keithley2002最大显示210,000,000，可测试DC/ACV,DC/ACI，R，F，T。温度测试支持RTD，热电偶两种传感器，而且在-200℃~1820℃测量范围内都保持了最小0.001℃分辨率。但听闻其电流档不怎么样。Fluke8508A最大显示199,999,999,可测试DC/ACV,DC/ACI，R,T,不支持频率周期测量。定位为实验室参考级其余8508A的确有最宽的测量范围和最高正确度，特别是电阻和电流档。电阻最高支持到20GΩ，电流档不需要分流器就能支持到20A。但其的缺点是测量速度慢，在8位半模式下需要6秒才能获取一个读数。Agilent3458A最大显示120,000,000，DC/ACV，DC/ACI，R，F，能够经过数学运算测量温度，支持热敏电阻和RTD。。3458A可谓是长远不衰，在所有8位半万用表里有最快的反应速度。在长远牢固性上比8508A稍差，但在短期牢固性，线性度，噪音以及转移特色方面都有最好表现，并供应了极其丰富的数学功能。表1，基本规格比较表2，特色比较表3，测量速度比较附：八位半万用表不平时特色极其应用

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lymex7870-1-1一、八位半万用表不平时特色八位半万用表是业界最高分辨的常用电磁计量仪器，基本档最高年牢固度在3ppm左右（Fluke8508,10V/20V档），差一些的有10ppm的（Keithley2002,10V/20V档），而且必定每年检定。这样的指标在很多场合下是不够的，不但由于心理上的1ppm的不确定度上限，更主若是近似的仪器都具备近似的牢固度，互相不能够测量。因此看来直接用八位半万用表来进行计量工作是力所不及了，也就是说，自己不能够校准自己。但是，八位半万用表具备一些不平时的指标超高的特色，而且不需要校准，能够在整个生命周期内由设计或由生产厂家保证，这些特色包括：1、分辨力很高，与正确度比余量很大。以最末位字数为单位，3位半到4位半万用表牢固度一般为几个字到十几个字，比方某万用表测量时，正确读为%为，为10个字。关于6位半的，一般为几十个字，比方34401A，10V档年牢固度35ppm，分辨为1ppm，因此为35个字。而8位半的就特别高，比方3458A，10V档年牢固度8ppm，但分辨，因此为800个字。2、线性度特别好线性度是高位万用表追求的指标之一，一般其指标远远高于其年牢固度，比方3458A达到，是年牢固度的80倍。线性度好，近似一把尺子，不但平直，而且刻度均匀（尽管每一个刻度绝对正确度不很高）。3、噪音小比方3458A，10V量程，当NPLC=100时（常用），RMS噪音达到了惊人的。4、转移特色特别好，短期牢固性比较高。转移特色即短期测量比较特色，能够在多大不确定程度上比较测量两个相似的量。要求噪音小、短期牢固性高，另一方面，也要求有足够高的线性度。比方3458A的特色为。

这一方面10V转移几种典型万用表不平时特色比较表二、八位半万用表不平时特色的考据1、零点的牢固性零点用短路环测量，实测变动特色不大于μV，关于10V就是。零点测量时经常有一个固定误差，一般在μV到μV之间，能够自用校准除掉，采用低热电动势测试线也能够减少测量的不确定度。这个零点即便不进行除掉，也能够在随后的计算中减去，不影响线性度。2、线性度采用高牢固度固态电压基准Fluke732B

和线性度指标达到的

KVD分压器

Fluke720A

，做了多点比较，结果在范围内切合。比较时注意，720A的输出电阻最大为66k，同时与其最大负载误差上限，要求负载不小于1E12Ω，万用表的输入电阻达不到这个要求，因此需要增加一级高输入阻抗、低失调的缓冲随从器。3、牢固性（可重复性）我们知道，万用表读数的不牢固性不但取决于信号源的不牢固性（A），而且取决于万用表自己的不牢固性（B），合成不牢固性的计算方法，是A和B取平方和，再开方，与合成不确定度的计算方法同样。因此，只要读数牢固，就证明信号源和万用表自己都牢固性。更具体的说，万用表自己的不牢固性不大于其（对任何信号源测量时）读数的不牢固性。不牢固性一般用阿伦方差来表示，以必然间隔测量出一组数据，就可以计算出阿伦方差。使用经过完整预热的3458A，对高牢固度10V基准源（Fluke732B）和高牢固度标准电阻（IETSRX-10k）进行采样测量，闸门周期2秒，采样周期4秒，结果是均为之内（有录像数据）。牢固性（可重复性）的一个直观理解：比方阿伦方差为1ppm，就是正态分布σ=1ppm，意味着读数有68%的概率落在中心±1ppm的范围内，也许有95%的概率落在中心±2ppm的范围内，也许有%的概率落在中心±3ppm的范围内。三、八位半万用表不平时特色的应用1、转移和传达转移和传达就是比较传达两个很周边的量。计量中常用到10V电压基准和10kΩ电阻基准的比较，就可以利用八位半万用表不平时特色来解决。电压的比较。若被比较的电压是独立的，那么就可以采用直接比对的方法，即负极接到一起，正极用小范围量程的万用表来测量，这样分辨很高，比较正确度也高。但是，有的时候被对比的电压是不共地的，比方一个多段分压器，就需要在线分段测量。电阻的比较。可采用四线法直接测量。与DCC和电桥比较法对照，此方法拥有速度快和使用方便的特色。2、同量程量的精确比较比方一个10V和一个7V，需要正确知道其比率，就不能够或不方便用其余方法来比较，而利用万用表10V档的超级线性度，就可以很方便的完成，比较的不确定度能够达到（两次转移不确定度）。这样比较的一个实质应用，就是能够大大提高Fluke732A/732B的牢固性。实质上Fluke732A/B内部是采用7V基准，尔后采用两只电阻分压/升压成10V，因此其牢固性取决于两个部分分别牢固性。事实上7V内部基准是特别牢固的，但分压电阻就很难牢固，比方标价3万多的Fluke标准电阻742A-10k，其年牢固性才4ppm，那么732A/B内部采用的电阻不太可能高出独立的电阻基准，也许说电阻器件牢固到4ppm已经凑近极限。因此能够确定，732A/B不牢固指标中，大多数是分压/升压电阻的问题。只要我们精确的测定7V/10V比率，就知道了这两个电阻的分压值的变化，就可以进行自修正，从而大大提高

732A/B

的牢固性指标。3、温度系数的测量高牢固、低温飘的基准和仪器，其温度系数特别小，甚至有的远小于行测量，需要很高的分辨，这样八位半万用表就有了用武之地。

1ppm/℃。因此若是进4、老化的测量老化就是电压、电阻等参数随时间长远的变化，一般常用90天、半年、1年作为时间测量单位。高牢固度的基准和仪器，其牢固度一般很高，有的每年变化不了几个ppm，要在短时间内进行测量，则变化更小，更需要高分辨的测量。别的，要想进行老化测量，必需具备比被测物更牢固的基准做比较。由于八位半万用表自己的牢固性其实不好，不能够以其直接测量的结果为依照，而是利用其线性度好、转移特色高的特色来测量。若是不具备这样的基准，那么就很难测量，也许需要特别长的时间累计才能获取结果。举个例子，一个10kΩ标准电阻，第一次测量值是10,Ω，第2次间隔90天后再次测量为10,Ω，即增大了，这就是90天的牢固性。假设用直线外延，那么1年的牢固性就是*4=年。由此能够看到，进行老化测量时其测量值变化特别小，因此对读数的不确定度要求就更高。再举个详细的例子，我的一个国产标准电阻BZ3C/8-10k，牢固度指标为20ppm/年，出厂检验日期为2001年3月。但是，依照生产技术人员介绍，他们不对牢固度进行测量，原因是没有相应的测量手段。因此，这20ppm是指标值。实质上，电阻出厂时有在20℃的正确测量值Ω，现在再次测量，阻值（折算成20度）为Ω。因此，只变化了2ppm，老化仅为年。由此看来