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vo想问一个问题 作为测试的仪器的3458的不稳定性能有多大的影响
再做一个阵列 和原阵列做对比校验 性能还能提高多少
就图上的一个阵列 性能能国家技术局的标准源能差多少
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短回答:
3458a的年稳定性是8ppm,但多年以后就不知道漂移到哪里去了。趁3458a还新鲜、年轻,做个好基准把这电压给传递下来。个人条件有限不可能总去校准,当然我会在我的基准稳定后,找机会去好的计量部门标定一次。
一个阵列从准确度、稳定性上就足够了,可以是1ppm/年。再做一个阵列主要是互相做证,也给自己增进信心。否则你说你准,别人不相信。国际质量单位千克原器,就是一个主基准加上6个做证基准组成。
这个阵列与国家标准局的固态基准比,一点也不差,只不过暂时没有人会承认。我主要用于给自己校准,同时友情免费为别人进行非官方的无证书的“黑”校准。
长回答:
3458a准还是不准,要从时间上分:
1、短期稳定性,比如半分钟测量一次,这个指标上没有说明,我刚才还在测,为0.05ppm级别,主要制约是噪音。
2、短期转移特性,10分钟的稳定性/一致性,为0.1ppm
3、中长期稳定性,3458a,90天指标为4ppm,1年为8ppm。制约因素主要就是老化,而3458a由于基准采用高温,因此老化比较严重,两年就只保证14ppm,再长时间就没有指标了。
我这套东西,设计是基于3458a同样的基准器件和同样的电路(不同之处是主动的改动),而且
a、在选材上进行特别的考虑、筛选和手工测试
b、温度选得很低(40度-42度),因此老化小、开关机冲击非常小(但只能在实验室中使用,适用于18度-28度)
c、采用10只并联,因此各项性能均再提高3倍(比如稳定性好3倍、噪音降低到1/3等)。
简单说,这个东西做好后,各项指标理论上可以是3458a的3倍。但有些东西受限于外界条件,比如热电动势,人家已经是0.05ppm,非常低,基本上到极限了,你也不可能比这再低多少。但我很有信心的把年稳定性(这个指标我认为是最重要的)做到1ppm之内。从最近几天的测试看,这个阵列表现非常好,变动在0.5ppm之内(而且这个变动85%的可能性是3458a的)。再做一个阵列,主要是做验证用,两组一样就说明都准,因为错误的东西很难错到一起去。如果两组稍有差别,那就需要第三个阵列来评价了。不过,一个阵列如果不准,必定内部有个别板有问题。我这个设计要做成扫描记录的(而只测量几mv的压差,因此甚至一个4位半的记录万用表就可以胜任),个别单元出了问题可以很容易判断出来并加以剔除,这就是阵列的好处。
国家标准局主要采用三类电压基准:
1、饱和电池,现在基本被淘汰。我国最好的标准电池就是国家副基准(一组10只),文献中说漂移为0.08ppm/年,这个指标很了不起,但维护起来太难,用了很大的控温的油槽,温度要时刻保持在0.001度的精度,电压低、非标准、不能放电、不能动地方,因此维护和使用极其不便。
2、超导(jvs)标准,这个任何时候复现精度都在0.01ppm甚至更好,没有老化。这样一套设备要200多万,使用维护费用昂贵,一年开不了几次机。开机的目的就是对饱和电池和固态标准校准,做回归或寻找漂移规律。
3、固态标准。现在最常用的是fluke的734a(一组4只的732b),价格每只大约5000美元。人家是老牌子,有口碑,稳定性有保障,因此国内进了不少,单只是2ppm/年,4只可以做到1ppm/年,但也要常年加电。
另外就是fluke 7000系统,这个小巧,16年前就做出来了。10只组可以做到1ppm/年(估计数字偏保守),不必要常年加电。
我这组与7000系列采用相同的器件,相同的办法,恒温温度还要低几度(7000系列是45度),功耗在1/4以下(因此发热小、热电动势小),因此基准本身可以做到0.5ppm/c之内没有任何问题。我的弱项是10v产生。人家可以恒温(成本、体积、耗电都很大),或者可以采用统计电阻(这个找不到),而我只能用高稳定度的电阻筛选配对调节了。
由于个人使用,因此不会像人家有条件可以每隔几个月校准一次,因此希望有机会校准一次可以用10年,这样的话1ppm/年才有意义,否则3458a过了几年就不知道偏到哪里去了。
图1、3458a开机特性。可见,不同时间进行测试读数是不同的。按照说明书,预热要4小时才能达到计量水平,温度系数是0.5ppm/c。
图2、ltz1000的数据表首页。可以看到2uv/开方(kh),这个就是说1000小时变动2uv(0.28ppm),4000小时0.56ppm,一年(8766小时)0.83ppm。
图3、固态基准比较表(增加了功耗)