lymex 发表于 2009-10-6 13:43:40

干脆先做个机械开关

这里说的开关,一般是双刀或4刀,路数不限,是给测量电压或电阻做转换用的。

此图来自“对比测试系统”,目的在于把一个测试仪器比如万用表,有选择的接到多个基准中的一个上。


直接把标准电阻或电压基准接到万用表上(或其它测试仪器上),只能同时接一个。要是转换测试、对比测试、转移测试,必须要换线。这样带来的问题(包含,但不限于)是:
1、麻烦,不方便
2、容易接错
3、转换时间长,温度、电压、电阻等参数容易改变了
4、换了线后可能带来接触热电动势的变化,造成重复性不好
5、不能自动转换
6、不好反复转换

由于这些原因,计量中会引入这样或那样的开关:
1、机械波段开关,简单,但需要手动,不能自动转换(电动的除外)
2、磁保持继电器开关,复杂一些,但可以自动
3、PhotoMos开关,比较复杂,一般是电子控制的,性能有可能要妥协,但驱动简单

对开关的要求主要是:
--------接触热电动势要小,对于10V电压测试最好要<0.2uV,这样影响就能<0.02ppm,对于1V电压测试最好要<0.1uV,这样影响才能<0.1ppm,对于100欧或10欧电阻(测试电压也许只有0.1V),那要求就更高了。
--------接点电阻不大,比如做电压测试不要大于0.2欧,这样即便用输入电阻10M测试,影响也在0.02ppm以下。4线电阻测试也不应大于0.2欧。但由于开关加上两段引线的影响,比直接接法的电阻要大,因此不适合做2线电阻测试。
--------接点稳定可靠,没有干扰。


其中,PhtoMos开关我已经做过,磁保持继电器开关正在团购,唯独机械开关还没凑足材料。今天收拾东西,发现原来用于标准电阻恒温的铝盒可以兼做开关外壳。


哈哈,说干就干

lymex 发表于 2009-10-6 13:44:00

铝盒加工处理
这铝盒子是当时为BZ3标准电阻恒温、均温定做的,壁厚6mm,正好能放下一个BZ3,外壳总重1.6kg。
翻出以前的2刀、4刀多投大开关,体积不算小



当然,放一起比较,开关还是小很多,或者说,放里面没问题。



原来的铝盒上面有两个孔,分别是标准电阻出线和和插入温度计的。将利用中间的孔做开关的轴,测量、划线。



打定位孔



钻小孔(1.8-2mm)



用3.3的钻头,钻出3个安装孔。安装螺丝是M3的



用6mm的钻头加工一下沉头空间, 让沉头螺丝进去后将完全在平面以下



试装,很合适



里面情况



上面装上旋钮



有人会问,为什么要用铝盒子来装开关?
由于要求低热电动势,而在开关/材料已经确定下来的基础上,改善低热电的唯一办法,就是减少温差。铝具有很大的热容,用厚铝盒后,在屏蔽的同时可以更好的均温。由于里面都是不发热的元件,因此这样的厚铝盒做好后就可以把内部整体温差至少降低到0.1度,甚至0.01度。这样,假设材料是5uV/C不算很好,那不就也是只有0.05uV的热电动势了吗。

lymex 发表于 2009-10-6 13:44:13

开关的清洗
这开关是拆机的,内部比较脏。好在是完全可拆卸的。全部进入洗衣精水内浸泡、牙刷刷洗。金属部分除锈


接线的选择
输入输出部分,均采用一种6类屏蔽网线。
用绝缘表在500V下测试了一下,整卷的电阻>299.9G(超量程),说明每米的绝缘是远大于1T的,用做电压测试或1M以下电阻测试没有问题。

每根网线是4对,对于4线电阻就是可以接2只。开关是15掷的,因此,最多可以接8根网线,看来接满时引线孔还是不够。
网线是单芯的,尽管比较细,但问题不大。
网线的绝缘尽管不是F4,但测试了一下,绝缘电阻很大,超过1T,因此对于较低电阻(<1M)测试没问题,影响不到1ppm。
即便选好线,但开关的绝缘也不一定好哪里去,配套才好。


其实选线的难处是,F4的单芯的少,单芯的同时带屏蔽的更是找不到。单芯带屏蔽的只有6类线可选了。


焊接、装配
焊接没有什么特别的,注意在焊接前后要清洗好开关,焊接牢固即可。低的热电动势要靠大体积、均温来保证。


lymex 发表于 2009-10-6 13:44:25

开关的测试

这开关到底如何,必须先测试。

1、首先测试接触电阻

这个必须过关。超标的接触电阻意味找焊接不良或接触不良,一定是隐患。
接触电阻不一定非常小,但要一致。不一致的接触电阻,意味着做工不良、有异常,必须查找原因换掉。否则将来长期使用难于保证不出问题。
经过测试,正常,测得的电阻一致性很好,其实主要是引线电阻。

2、其次初步测试热电动势
开关某两刀的公共线直接压接到3458A的接线柱上,而输出线的位置1和位置2的两对引线进行绕接短路。
3458A开机预热后,打到最灵敏的100mV档,分辨0.01uV,通过转换开关、手摸短接点的办法,看测试值的变化。手握每次5秒。

可以看出, 1刀和2刀的两次转换、手握接头,都看不出什么变化(<0.05uV)。
只是最后用嘴吹3458A的接线柱5秒,有大约0.15uV的变化,而且很快复原(约10秒)
这个测试重复做了,以下是第一次的结果,类似


3、再进一步测试热电动势
由以上结果可见,3458已经不能满足分辨的要求,本身热噪音也大,必须采用纳伏表。34420A的短路噪音大约是3458A的1/10,就比较理想。
由于要求更高,测试前把所有的输入线短路,输出线接到34420A的输入线上,接点要隔热均热屏蔽好,毕竟我们要测试的是开关本身,不应让外部接点对测试结果有影响。

正常测试。用GPIB卡采集数据,均温后,转动开关,看绝对值、各路差别、恢复情况

异常测试,把盒子加温,看变动;向内吹热风,看变动

lymex 发表于 2009-10-6 13:44:37

实际使用

用法一:做电压基准转换测试
此时只用2刀,输出值把红、黑接到3458A的电压段就可以,开关的输入也只要每路2线,在网线上就是白棕对和白橙对。

结果1:单路电压

结果2:双路电压转换对比


用法二:做4线电阻测试
此时4刀全部用上

结果3:单电阻稳定性测试

结果4:多个10k轮流测试情况。


用法三:多个表测试一个基准转换

lymex 发表于 2009-10-6 13:44:50

【全文完】

liulwn 发表于 2009-10-6 16:42:02

csclz 发表于 2009-10-6 17:12:51

一贯的专业作风,严谨,学习。好东西真不少!

zjinkui 发表于 2009-10-6 17:20:28

高手啊,每次都能学习到各方面的知识

逆风草 发表于 2009-10-6 17:54:05

精品诞生了。

轩尼诗 发表于 2009-10-6 22:42:47

学习了。

yjm2000 发表于 2009-10-6 22:56:20

支持老大。期待继电器的自动转换测量开关出世!

zgq 发表于 2009-10-7 17:16:48

太厉害了,不知老大开不开培训班?

a8427116 发表于 2009-10-8 16:19:56

看中了老大拆出来的垃圾了。

ltb526 发表于 2010-2-17 01:29:17

zsxlh 发表于 2013-3-17 09:26:03

美男子老大的机加工水平也是了得!

zsxlh 发表于 2013-3-31 19:16:30

老大语录:低的热电动势要靠大体积、均温来保证。
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