DIY高准确度电压基准 [复制链接]

agilent/hp 3458a是经典的8位半万用表，很多指标超高，比如无与伦比的转移特性和线性度（0.1ppm）。但也有不满意的地方，比如中长期的稳定性不太好，90天10v电压稳定性指标为4ppm，其典型的漂移曲线见图（出自agilent 3458a校准手册）。
通过自己半年多的测试，也发现3458a的基准大概变化了5ppm。尽管1年的指标为8ppm，但其它一些8位半的万用表做的更好，比如fluke 8508a和wavetek 1281，为4ppm/年。
按照3458a内部采用的ltz1000a基准的老化情况看，典型指标为1ppm/年，怎么就出现这么大的差距呢？

经过剖析基准电路和所采用的元件参数，发现了原因所在。原来是3458a在设计时为了能工作与恶劣环境，把内部基准的恒温温度设置的非常高，达到了90℃!
从3458a的使用手册可以看到，3458a可以工作在55℃的环境温度下。再加上机器内部的温升（13℃）、ltz1000a的温升（10℃）和一定的余量，选择90℃就不足为奇了。
然而，从pj spreadbury的文章和后来wavetek等公司对ltz1000a的测试表明，温度每增高10℃，长期漂移变大一倍！
因此，若能把温度降低30℃，那么稳定性就可以提高到8倍了（即长期漂移为原来的1/8）。
这样也很方便的解释了，为什么特性非常好的ltz1000（年漂移<3ppm, 3σ），到了agilent的手上，为什么变成了8ppm的年漂移了。
因此，只要把恒温温度降低到60℃，理论上就能够达到年漂移1ppm之内。另外，从ltz1000a的手册上也可以看出，1ppm/a的指标漂移，是在65℃的温度之下得到的，也证实了这一论断。

那么如何把温度从90℃降低到60℃以下呢？就是要调整上温度分压电阻。通过计算得知，当把原来的15k改变到12.5k，就可以把温度降低到57℃，可以允许万用表适应于最高33℃的环境温度。
33℃够了吗？对于我来说是的。今年最热的天气已经过去，室内最高温度（不开空调）还没有超过30℃的时候。
那么如何让分压电阻从15k变到12.5k呢，并联一个75k的电阻就正好。我选择了德国品牌的vitrohm 75k 0.1%电阻进行了并联（图），该电阻指标温度系数25ppm/℃，实际测试<10ppm/℃。
并联后，由于这个电阻的稳定性和温度系数所引起的基准的变化有多大？经过评估（过程略），温度正负10℃的变化以及200ppm/年的老化，对基准的影响均小于0.5ppm。

对基准更改后，其电压也自然要发生改变，实测从原来的7066.10mv变为7056.75mv，变动了-0.132%。测量#105号732b基准的，读数从原来的10.000093v变成了10.013278v。因此，必须进行校准。

首先校准0点，接上4线短路环，执行cal 0，校准进行了8分钟。
其次校准电压，接上#105号732b，按照其具体偏离执行cal 10，校准了大约4分钟。
最后，打算也校准电阻，但发现改动前后对相同的标准电阻的测量值变化很小，不到2ppm，而且是向好的方向变化，因此电阻档没有校准。

那么，改动后效果到底如何？由于改动后测试的时间比较短，因此还不能下最后的结论，但可以分项看一下：
1、长期老化无从测试。必须要等几个月至少半年最好一年才能比较理想的得到数据。改动后偏低的漂移给老化测量带来更大的困难。
2、中短期漂移有较大的提高。以前每天开机5个小时预热后，对电压基准的读数差别比较大，最大达到2ppm以上。但改动后已经10天，这个变动不到0.5ppm，因此有很大的改善。
3、预热时间缩短。由于最终温度的降低，基准达到额定误差之内输出时间也自然缩短
4、低频噪音有所降低。通过连续测量一个稳定的基准，得到一个系列，简单的计算就可以得到标准方差。改动后这个方差有大约25%的下降，表现在两次相邻的读数变动变小。

花了一个小时看了楼主的帖子后，偶觉得自已实在是太菜了．．．．
楼主确实是高手．．．以后多向你学习了．．．

另外我看了一下...ad584的各项指标也不错...电压误差也不大..可以出2.5v 5v 10v 三组电压，为什么不用这个片子做下测试？

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贴一张datron 1071 七位半万用表内部的电阻照片，这种金属外壳的东西看起来就舒服。
我专门写了一篇文章（很长）介绍这样的密封电阻，含有各种高准确度校准仪器（比如335d、752a、720a、5450a、5440b、iet srx）内部的照片，图+文一共2.1m，有需要的留下邮件地址。

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radiotube@163.com   我要一份.....

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radiotube@163.com   我要一份.....

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你好，谢谢关注与表扬，文章已发。

ad584关键是稳定性不好，1000小时（42天）为25ppm，这比ltz1000大了近百倍！
若是稳定性不好，今天校准了明天就变了，就不能做为好基准。

恐怖啊!!!

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花了一个小时看了楼主的帖子后，偶觉得自已实在是太菜了．．．． [表情]
楼主确实是高手．．．以后多向你学习了．．． [表情]
另外我看了一下...ad584的各项指标也不错...电压误差也不大..可以出2.5v 5v 10v 三组电压，为什么不用这个片子做下测试？

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584作为ad的基准电压不错，使用方便。2vo要的是计量用的标准电压，恐怕584在温度系数上还差得太远。

请教bg2vo：
  1，有一个6位半的表已经服役近20年，显示值已经漂移很多(只能保证4位半精度），但整体示值偏大。如果费周折后调整过来。是不是在未来的几年内他的漂移就基本上可忽略，平安无事了？(我个人理解：该漂的，老化的，早在若干年前就漂完了）。
  2，说明书上说调整这种老表时需要打开机箱并根据调整项目和输入量的不同调整相应的电位器，也太费尽了吧。这种表有自动不开盖校准功能么？施伦伯杰 7065型。

问个题外话,2vo老师您的孩子是男是女? 要是个喜欢动手的男孩就有的玩了 哈哈!

[quote=bg4-2-12747]请教bg2vo：
  1，有一个6位半的表已经服役近20年，显示值已经漂移很多(只能保证4位半精度），但整体示值偏大。如果费周折后调整过来。是不是在未来的几年内他的漂移就基本上可忽略，平安无事了？(我个人理解：该漂的，老化的，早在若干年前就漂完了）。
  2，说明书上说调整这种老表时需要打开机箱并根据调整项目和输入量的不同调整相应的电位器，也太费尽了吧。这种表有自动不开盖校准功能么？施伦伯杰 7065型。[/quote]
1,，的确如此，时间4倍，则老化减半。
2，施伦伯杰 7065型我不清楚，但老表都是这样的，要开盖调电位器，甚至每一个量程一个电位器。如果能找到校准手册就方便多了。但如果是整体偏移，只调整一个基准值就可以大体校准过来。



[quote=世纪]问个题外话,2vo老师您的孩子是男是女? 要是个喜欢动手的男孩就有的玩了 哈哈![/quote]
看来我的事业是没人继承了。 :mad:

[quote=bg2vo]1,，的确如此，时间4倍，则老化减半。
2，施伦伯杰 7065型我不清楚，但老表都是这样的，要开盖调电位器，甚至每一个量程一个电位器。如果能找到校准手册就方便多了。但如果是整体偏移，只调整一个基准值就可以大体校准过来。



呵呵 多谢您专业热心的恢复。
手册正在寻找，估计完整的手册应该不是太好找。等找到了送您共享一下
您说的“只调一个基准值”是指内部基准电压吧？

[quote=bg4-2-12747]'

1,，的确如此，时间4倍，则老化减半。
2，施伦伯杰 7065型我不清楚，但老表都是这样的，要开盖调电位器，甚至每一个量程一个电位器。如果能找到校准手册就方便多了。但如果是整体偏移，只调整一个基准值就可以大体校准过来。
呵呵 多谢您专业热心的恢复。
手册正在寻找，估计完整的手册应该不是太好找。等找到了送您共享一下
您说的“只调一个基准值”是指内部基准电压吧？

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是的，就是内部基准电压。
对应模拟万用表，就是调节与表头串联的可调电阻。这个一动，整个档都一起动。

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你好，谢谢关注与表扬，文章已发。
ad584关键是稳定性不好，1000小时（42天）为25ppm，这比ltz1000大了近百倍！
若是稳定性不好，今天校准了明天就变了，就不能做为好基准。

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[quote=刺猬]584作为ad的基准电压不错，使用方便。2vo要的是计量用的标准电压，恐怕584在温度系数上还差得太远。[/quote]


谢谢两位朋友....明白了..稳定性好的基准才是好基准.......不过ad584作为一般爱好者来调调数字表也该够用了吧....应用也简单..又可以出多组电压....... :d

是的，一般基准的级别/等级就是按照年稳定性来划分的。由于ad584的年稳定性差不多是100ppm，因此这个基准按照国内的说法就可以认为是0.01级的（=0.01%=100ppm），调一般的数表够用了。

太强了。！！！！

楼主:
  你板子上那几个蓝色的电容是什么电容?

请教bg2vo：
我把用mc1403做的稳压电源用精密电阻分压（三只0.1% 1k的）后得到了0.9983的标准电压（可能不是太准，但稳定就行。
将此电压输入7065型表的dc1v档 6位半精度。显示结果是0.9983 00；而交换两电极后应该显示- 0.9983 00.结果确显示的是 -0.9982 70.整整少了30个字。
该表基准电压是正负9v电压。正电压由恒温稳压管获得。负电压由运放将正电压倒相后得到。难道跟基准电压有关？您手中的电压表正负显示差别也这么大吗？我晕。

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楼主:
  你板子上那几个蓝色的电容是什么电容?

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是进口的cbb，0.1uf的。