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[台式] Keithley 2002 八位半

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发表于 2009-11-16 19:40:49 | 显示全部楼层 |阅读模式
一、2002简介

Keithley 2002,是世界上为数不多的八位半高精度万用表之一。
从辈份讲,2002是小字辈的,因为生产年代比较晚,大约是2000年。当然,晚出有后来居上的优势,因为可以参照别人的成熟技术,采用最新的结构设计和元件。
外观上看,与自己的2000六位半、2001七位半同样大小,半宽,这在8位半里绝无仅有。别的八位半都是标准宽度。
指标上看,基本档24小时1.2ppm,明显不如主流8位半的0.5ppm,当然1年指标10ppm也不算很差。电阻基本档1年9ppm,很不错了,甚至比电压档的指标还好,这很少见。尤其是2年指标11ppm,更是少有。
温度系数做的还不错,2V档0.2ppm/C,20V档0.3ppm/C,2k/20k档0.8ppm/C。
直流电流的指标350ppm/a很差,不比2001的400ppm好多少,34401的还是500ppm/a呢。
交流基本档200ppm/a,二流水平。

转移特性指标做的还不错,20V是0.15ppm、10V是0.2ppm。这个指标比3458A还差了一倍,但比8508A要好。但是,2002的线性指标0.2ppm不高,因此看来转移特性指标还是有水分。

从测试速度指标看,这是三款达到每秒6次的高速8位半之一。另外两款中,3458实际测试速度要比指标高很多(10倍),而R6581与指标相等。2002到底如何,待测试后就见分晓。

外观上看,尽管半宽的面板小,但安排的很紧凑,尤其是显示内容丰富,双排VFD点阵,外加一排状态行,与Advantest R6581类似。
但是,2002没有Guard输入端子,这是很大的遗憾,这也许是半宽表布局所限。其它8位半均为全宽、均有Guard。
01f.jpg

背面看,该有的基本都有,多了个数字I/O,还有触发链接I/O。带有风扇但很小。有一个选件插板槽。
02b.jpg   
 楼主| 发表于 2009-11-16 19:40:55 | 显示全部楼层
二、2002内部图片

旋下后面两颗螺丝取下后框、拆下固定外壳螺丝1个,抽出外壳,露出内部
10.jpg


拧出黑色塑料盖子上的一颗螺丝并拆除,露出电路板。黑塑料内壁喷涂导电金属,接到测量地上,起屏蔽作用。要注意的是,由于2002没有Guard,因此也没有内壳,这是一种妥协设计。
11.jpg


上图中左边有一块插接的小板,这个就是ADC板。拆下看正面,点击可见大图
12L.jpg

反面可见引脚标记
12m.jpg


其下面的,就是我们最关心的模拟部分,点击可见大图
13L.jpg


另一个角度,点击可见大图
14L.jpg


拆下那个黑色塑料盖子,看到基准IC。一点也不感觉惊奇,也是LTZ1000ACH
15m.jpg


那么LTZ的外围器件呢?都在的。
图的上部是贴片的LT1013,其左边是2只68k的ptf56电阻,这个也算凑合了。
下面R269是120欧0.1%的KRL线绕电阻K-300:http://www.krlbantry.com/products/Precision/sect-313.htm
左下的蓝色,标记为1085 9619,是一个电阻对,实测990欧/11.9k,显然就是温度分压电阻了。但这个电阻的厂家和类型暂不清楚,怀疑是Vishay的全资收购厂之一。
16.jpg
16b.jpg   

旁边有一个类似的,颜色、大小都一样,是Vishay的,应该是VFT薄膜电阻:http://www.vishay.com/docs/60041/60041.pdf
这个电阻,还有另外一个,被认为是7转15V和+15V转-15V用的。
16c.jpg

整块模拟板没见几个电容,应该是焊接到了背面。

另一面,接口及数字部分,点击可见大图
19L.jpg
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 楼主| 发表于 2009-11-16 19:41:01 | 显示全部楼层
三、2002维修

可惜这个2002,屏坏了。找到一个好屏的7001,应该是一样的屏。
DSCN9578s2.jpg


拆开看,屏没区别
DSCN9579s.jpg

  
把7001的屏的无脚侧翘起,塞进一段羊肉串的竹签,用夹子夹住,杠杆原理,撬!
DSCN9586s.jpg


热风枪伺候,吹了不到1分钟就自动脱略下来
DSCN9588s.jpg
DSCN9590s.jpg   



原2002的坏屏好板拆卸就困难得多,因为怕把板子弄坏,是一个脚一个脚用吸锡器吸下来的
   DSCN9592s.jpg
DSCN9593s.jpg


拆下的屏,有多余焊锡,用这个,蘸上松香酒精,加热一吸,非常干净
P1020288s.jpg


焊好的屏,检测测试无误
P1020278s.jpg
P1020279s.jpg   


装进去,还缺面板
P1020281s.jpg


把7001的拆下来,用双面胶粘好,上电试验,2002终于恢复了
P1020282s.jpg
   P1020287s.jpg
P1020292s.jpg
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 楼主| 发表于 2009-11-16 19:41:08 | 显示全部楼层
四、2002测试

以下测试,均把2002的滤波关掉。

速度测试
首先,必须能够自动测试、采集。但2002的命令很怪,很多命令表现异常。例如表设置好了后,发一个MAES?命令,则只返回分辨为缺省的6.5位数据。
后来,临时采用如下办法进行采集:
把表设置在8.5分辨(CONFIG、Resolution),Time exact NPLC=11,此时测试周期1.1秒;
然后卡上仅用data?命令,设置540ms周期,测试周期也为1.1秒,这样可以采集出8.5位数据来。
本来,当NPLC=50的时候,采样周期是1秒,算上自动零,为2秒。但2002实际用时5秒。多出的3秒不知道是用在哪里,看delay也正常,说明书里也没发现有任何说明。
另外,在NPLC=10下测试周期是0.8秒,但NPLC=11下测试周期突然增大到1.1秒。选NPLC=10.1时测试周期为1.01秒,很怪的非线性。当然,我们在一般情况下不会真的选择非整数的NPLC,这样会增大工频干扰。
指标上看,NPLC=10下无自动零是0.2秒,有了自动零加大到了0.625秒,3倍还多。实际为0.8秒,还是有差距。

按理说,测试速度是指能出8位半分辨的速度。但出来的8位半有好有坏,所以还要看短稳。
2002在缺省NPLC=10下(周期0.8秒)能出标准的8位半,实际在NPLC=1下(周期0.08秒、每秒12.5次)能出标准的8位半。


10V开机测试
采样用NPLC=11(1.1秒),测试4910AV-10V,开机曲线如下。
大约1.5小时后就稳定了,很不错。
温度是接在尾部的GPIB卡上的传感器采集的,温升有4.5度,但这个不能作为内部温升的依据,更不能用来计算温度系数。
稳定后噪音有一些,取100个计算方差为0.078ppm。
10V-start.gif


10k开机测试
采样用NPLC=11(1.1秒),4线法测试SR104-10k电阻,开机曲线如下。
大约3小时后基本稳定,5小时完全稳定。
温度是接在尾部的GPIB卡上的传感器采集的,温升有2.5度,但这个不能作为内部温升的依据,更不能用来计算温度系数。
噪音不算小,平稳后方差0.50ppm。
10k-start.gif



各档准确度测试
20VDC档,测试10V,偏差+5.7ppm(见下面曲线),还算不错。
2VDC档,测试4910的1V输出,偏差有10.2ppm(见下面曲线),有点超差了。

10kOhm档,偏差-3.3ppm(见上面10k开机曲线),很不错。其中,SR104标定值为10k+2.3ppm。


电压档短路噪音、零点
三个低电压档0.2V、2V、20V的短路噪音,分别是0.083uV、0.114uV和0.463uV,与3458A对比起来是3倍以上的关系。
零点分别是-0.12uV、-0.23uV、-0.23uV,还不错。
ZeroV.gif

那么Keithley自己又是怎么说的呢?看一下指标:
ZeroVspec.gif
20V档,好像末位正负1个字之内变化很不错?不过往上看,是典型值,同时要设置到7位半,这就等价于8位半的10个字了,而且要打开10点滑动平均。显然,Keithley也自己知道其零点不好。



10V短期稳定性/噪音测试
测试了4910AV,曲线如下,方差为0.078ppm,比3458A的0.02ppm相差很多
这个与10V开机曲线是不同的测试,也是取比较平稳的100个数据计算,结果一样。
另外,类似测试了NPLC=5、10、50的特性,方差分别是0.087ppm、0.080ppm、0.073ppm。奇怪的是,变化很小。
short1.gif
   short2.gif

1V短期稳定性/噪音测试
测试了4910-1V,曲线如下,方差为0.18ppm,比10V的大了一倍还多。
对比3458A的相同测试,方差0.07ppm,也比对应的10V大了2倍多。
另外,1V档偏差+10ppm多点,刚刚超过指标。
short3-1V.gif


10k短期稳定性/噪音测试
K2002测试SR104-10k,四线,测试周期1.1秒,取1000个数据画图,再取100个相对平稳的连续数据求方差,为0.70ppm,不算小。
相比之下,3458A类似10k,方差为0.12ppm
short10k.gif
short10kd.gif


24小时10V稳定性测试
测试前,2002已经连续开机48小时以上。测试时,用5秒周期,对4910AV连续采样。
24hrs.gif


20V档线性测试
限于现有测试条件,采用与3458A对比的方法。各点电压的产生借助于10V基准和720A KVD,可以方便的得到0、1、、、10V电压。
也可以用2个10V串联得到11V、12V,但更高的电压3458A就不能对比了。
2002的线性指标,是典型0.1ppm、最大0.2ppm,相对于20V档。也就是说,最大非线性误差为4uV。
相比3458A,最大为0.05ppm+0.05ppm,如果用多次采样平均排除末位影响,最大非线性误差为0.5uV。
测试采用两个电脑+两个GPIB卡同时采集,然后合成对比。
对比前,2002连续开机超过72小时,3458超过24小时。
结果,2002线性很好,在+-0.1ppm之内,而且是以10V位基础测试的。
linearm.gif
linear.gif   


其它测试
关机时,电压输入端口对外应开路,这样才能不对外界有干扰,绝大多数高位表都是这样的。
但是,2002关机后呈现11.66MOhm的阻抗。
另外一个类似的高位表,是Advantest  6871。


与其它同类对比
由于测试时间短,主要看短稳/噪音/重复特性,如下图:
stability.gif

2002是粉色线,折线的每一点代表对于速度下的方差/噪音,ppm。
可见,2002的短稳不如7位半的6871,甚至与6位半的34401差不多了。自然,8.5位分界线已经把2002排除在外。
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 楼主| 发表于 2009-11-16 19:41:18 | 显示全部楼层
测试到这里,基本明朗了。2002的ADC其实就是8位半的分辨,性能还是7位半的。
当然,内部电压基准和电阻基准都不错,就是ADC差了点。
庆幸当初没有头脑一热选了全新的2002。
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 楼主| 发表于 2009-11-16 19:41:22 | 显示全部楼层
【全文完】
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发表于 2009-11-16 19:55:29 | 显示全部楼层
坐个大沙发,广告位出租!
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发表于 2009-11-16 19:56:50 | 显示全部楼层
好贴啊。
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发表于 2009-11-16 19:58:00 | 显示全部楼层
又是一款8位半
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发表于 2009-11-16 20:30:59 | 显示全部楼层
我卡,这么快啊。沙沙沙沙沙沙发。
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