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1、8位半万用表大比拼 2008-06-14 17:34 要了解8位半这种目前精度最高的数字万用表，就不能不了解8位半万用表的历史，但限于个人认知，很多历史背景并不了解，所以错误在所难免，如果您知道事实，敬请指正。虽然我可能不是最适合写这篇文章的人，但我仍然愿意抛砖引玉，吸引更多大牛参与进来，相互学习。1. 历史第一台8位半万用表相信是英国Solarton生产的7081，采用多斜积分转换技术。Solartron的万用表部门后被Schlumberger收购。下图即为Solartron/Schlumberger推出的7081。但现在schlumberger的网页上已查不到7081，市面上只有二手流通。
2、要了解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可以追溯到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收购，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公司由此诞生，该公司在世界各地拥有员工4800名。其无线网络部的一个分
3、部无线电仪器部2001年接管了英国的Chase通讯公司以及它的无线空中接口业务。在2002年，Acterna公司管理层通过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Wireless Telecom Group, Inc. 的全资子公司。图1，Solartron/Schlumberger 7081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收购，推出了共有品牌的1281。20
4、00年Fluke又收购了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2 Datron 1271图3 Datron 1281图4 Wavetek 1281图5 Fluke 8508A德国Prema也推出过8位半万用表6048。关于prema 我知之甚少，只了解到它是一家老牌的精密数字仪表生产厂家，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5017 7位半万用表。由于引进的早现国内仍有
5、使用。网上关于Prema 6048的介绍很少，以下链接有比较详细的介绍。http:/www.ohh.de/6048.htmhttp:/www.ohh.de/5610.htm不过可惜的是，prema目前已退出测试测量市场，关注于模拟IC和混合信号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6 Prema 6408Agilent在很早之前就推出了8位半万用表3458A，一推出就以其无与伦比的稳定性和高速测量成为实验室的传递标准，这个情况一直持续到2002年Fluke推出8508A。但其0.1ppm的积分线性、0.01ppm的微分线性（类似No missing
6、code）指标，目前还是无人能比。图7 Agilent 3458AKeithely后来也推出了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一样具有1nV的灵敏度，电阻档具有100nOhm的灵敏度，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8 Keithley 2002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，直流电流有最高灵敏度100fA,但交流电流档的频响却只有5kHz,比其它表差了很多。目前的最新型号R6
7、581D，去掉了R6581的所有交流测量能力，只支持直流和电阻档位。http:/www.adc-tech.co.jp/techinfo/product/end_of_sale/R6581D/co_R6581D.html图9 Advantest R6581所以现在市面上能见到的在产的8位半万用表就只有4种：R6581,2002,3458A,8508A2. 对比常规参数这里只对比共同特性，对某一型号特有的功能不做比较。Advantest R6581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。Keithley 200
8、2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-2001820测量范围内都保持了最小0.001分辨率。但据说其电流档不怎么样。Fluke 8508A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别的8508A的确有最宽的测量范围和最高准确度，尤其是电阻和电流档。电阻最高支持到20G，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秒才能得到一个读数。Agilent 3458A最大显示120,000,000，DC/ACV，
9、DC/ACI，R，F，可以通过数学运算测量温度，支持热敏电阻和RTD。3458A可谓是经久不衰，在所有8位半万用表里有最快的反应速度。在长期稳定性上比8508A稍差，但在短期稳定性，线性度，噪音以及转移特性方面都有最好表现，并提供了极其丰富的数学功能。表1，基本规格对比表2，特性对比表3，测量速度对比附：八位半万用表不寻常特性极其应用 作者：lymexhttp:/www.gfjl.org/thread-7870-1-1.html一、八位半万用表不寻常特性八位半万用表是业界最高分辨的常用电磁计量仪器，基本档最高年稳定度在3ppm左右（Fluke 8508, 10V/20V档），差一些的有10pp
10、m的（Keithley 2002, 10V/20V档），而且必须每年检定。这样的指标在很多场合下是不够的，不仅因为心理上的1ppm的不确定度上限，更主要是类似的仪器都具备类似的稳定度，互相不能测量。因此看来直接用八位半万用表来进行计量工作是无能为力了，也就是说，自己不能校准自己。然而，八位半万用表具备一些不寻常的指标超高的特性，而且不需要校准，可以在整个生命周期内由设计或由生产厂家保证，这些特性包括：1、分辨力很高，与准确度比余量很大。以最末位字数为单位，3位半到4位半万用表稳定度一般为几个字到十几个字，例如某万用表测量19.99V时，准确读为0.5%为0.1V，为10个字。对于6位半的，一般
11、为几十个字，例如34401A，10V档年稳定度35ppm，分辨为1ppm，因此为35个字。而8位半的就非常高，比如3458A，10V档年稳定度8ppm，但分辨0.01ppm，因此为800个字。2、线性度非常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稳定度，比如3458A达到0.1ppm，是年稳定度的80倍。线性度好，类似一把尺子，不仅平直，而且刻度均匀（尽管每一个刻度绝对准确度不很高）。3、噪音小例如3458A，10V量程，当NPLC=100时（常用），RMS噪音达到了惊人的0.01ppm。4、转移特性非常好，短期稳定性比较高。转移特性即短期测量对比特性，能够在多大不确定程度上
12、对比测量两个相似的量。这一方面要求噪音小、短期稳定性高，另一方面，也要求有足够高的线性度。例如3458A的10V转移特性为0.1ppm。几种典型万用表不寻常特性对比表二、八位半万用表不寻常特性的验证1、零点的稳定性零点用短路环测量，实测变动特性不大于0.2V，对于10V就是0.02ppm。零点测量时往往有一个固定偏差，一般在0.2V到0.5V之间，可以自用校准消除，采用低热电动势测试线也可以减少测量的不确定度。这个零点即便不进行消除，也可以在随后的计算中减去，不影响线性度。2、线性度采用高稳定度固态电压基准Fluke 732B和线性度指标达到0.1ppm的KVD分压器Fluke 720A，做了
13、多点对比，结果在0.1ppm范围内相符。对比时注意，720A的输出电阻最大为66k，同时与其0.03ppm最大负载误差上限，要求负载不小于1E12，万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、低失调的缓冲跟随器。3、稳定性（可重复性）我们知道，万用表读数的不稳定性不仅取决于信号源的不稳定性（A），而且取决于万用表自身的不稳定性（B），合成不稳定性的计算方法，是A和B取平方和，再开方，与合成不确定度的计算方法一样。因此，只要读数稳定，就证明信号源和万用表自身都稳定性。更具体的说，万用表自身的不稳定性不大于其（对任何信号源测量时）读数的不稳定性。不稳定性一般用阿伦方差来表示，以一定
14、间隔测量出一组数据，就可以计算出阿伦方差。使用经过彻底预热的3458A，对高稳定度10V基准源（Fluke 732B）和高稳定度标准电阻（IET SRX-10k）进行采样测量，闸门周期2秒，采样周期4秒，结果是均为0.1ppm之内（有录像数据）。稳定性（可重复性）的一个直观理解：比如阿伦方差为1ppm，就是正态分布=1ppm，意味着读数有68%的概率落在中心1ppm的范围内，或者有95%的概率落在中心2ppm的范围内，或者有98.8%的概率落在中心3ppm的范围内。三、八位半万用表不寻常特性的应用1、转移和传递转移和传递就是对比传递两个很相近的量。计量中常用到10V电压基准和10k电阻基准的对
15、比，就可以利用八位半万用表不寻常特性来解决。电压的对比。若被对比的电压是独立的，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，对比准确度也高。但是，有的时候被对比的电压是不共地的，比如一个多段分压器，就需要在线分段测量。电阻的对比。可采用四线法直接测量。与DCC和电桥对比法相比，此方法具有速度快和使用方便的特点。2、同量程量的精确对比比如一个10V和一个7V，需要准确知道其比例，就不能或不方便用别的方法来对比，而利用万用表10V档的超级线性度，就可以很方便的完成，对比的不确定度可以达到0.2ppm（两次转移不确定度）。这样对比的一个实际应用，就是可以大大提高Fluke 732A/732B的稳定性。实际上Fluke 732A/B内部是采用7V基准，然后采用两只电阻分压/升压成10V，因此其稳定性取决于两个部分分别稳定性。事实上7V内部基准是非常稳定的，但分压电阻就很难稳定，比如标价3万多的Fluke标准电阻742A-10k，其年稳定性才4ppm，那么732A/B内部采用的电阻不太可能超过独立的电阻基准，或者说电阻器件稳定到4ppm已经接近极限。因此
