高位表的真欧姆

lymex

常见到一些高位表具有所谓真欧姆的功能，都那些表有呢？工作原理是什么？有什么作用？这些就是本文试图解答的。

一、那些表具有真欧姆功能？
1、Solartron 7081/7071
  

2、Datron/Wavetek 1281
  

3、HP/Agilent 3458A
  

4、Fluke 8508A
  

另外，6581有OHM COMP功能，与3458A类似

没有真欧姆的8位半：2002、8081。


二、真欧姆的工作原理是什么？
其实，从上面的说明书片段中已经看到了原理。
对于前面三个表，即7081、1281和3458，原理一样，就是加上测试电流和撤掉测试电流分别测试，然后把结果相减，就排除了热电动势的影响。如图，本来在这种情况下，有一个Vth代表热电动势就可以了，但为了说明问题方便，把热电动势分成两部分：外部的Vth和内部的Vt。


正常有电流测试得到：
V1=I×R+Vth+Vt

去掉电流后得到：
V2=Vth+Vt

相减，两个热电动势被抵消，就得到 I×R，无论外部的Vth还是内部的Vt，都被抵消了。



再来看看8508A的所谓电流反向真欧姆，此图来自Fluke自己的文章[1]



这个描述是否对呢？如果按照文中的假设，那是对的。但实际上，电流反向必然要带来电压反向，而此时内部的热电动势就不能忽略了，在这里也同样叫Vt，那么按照类似的公式重新计算一遍：
  

有正向电流测试得到：
V1=I×R+Vth+Vt

反向电流后得到：
V2=-(-I×R+Vth) +Vt

把V1和V2相加、除2
=0.5（2×I×R + Vth - Vth + Vt + Vt) = I×R + Vt

可以看到，这种电流反向真欧姆，只能抵消外部热电动势，不能抵消内部热电动势。

那么为什么Fluke要这样做呢？[2]
  

可以看到，就是为了对称而已，正向电流和反向电流，发热一致。但事实上，这样做是得不偿失的。100mA下的1欧电阻，只有10mW，这是最高精度测试下的标准电流，10mW很小了，对于一个大的标准电阻，其发热已经达到可以忽略的程度，再讲究对称，就与没有功率没什么区别了。相反，这样做的后果，是把实实在在的内部热电动势给突出了、不能抵消了，属于弄巧成拙。


参考资料
[1] Precision in Practice Achieving the best results with precision Digital Multimeter measurements,  http://assets.fluke.com/appnotes/Calibration/Roberts_ncsl02.pdf

[2]  How to Reduce the Operating Costs of a Calibration Laboratory http://www.caltech.se/dokument/k ... dic_8508-metcal.pdf

lymex

看来对这个话题感兴趣的不多。

lymex

【全文完】

zy_sh_npk

老大的好文，顶了。

dudong1120

6位半表呢，也可以用这种方法吧，34401用的是啥，只要是有四线电阻测量的，是不是都可以用这种方法呀

三只眼闲人

虽然离我们很遥远，但并不当误我们对它的羡慕。

shichen717

热电动势是单向的，只与温差方向有关，或者温度梯度方向有关，与电流的大小和方向无关。

这种测量方法的关键在于热电动势状态在测量过程中不变，即测量过程中温度分布不变，因此要求低占空比测量，无论如何施加电流，都与发热是否对称无关。

热电动势是一组单独的热电动势的串联，类似于一组电压源串联，包括内部或外部（实际设计时均考虑为不加区分的误差），如果一次测量过程中温度分布不变，则其串联后的方向和大小均不变。

因此上述推导中，内部和外部电动势符号在正负电流时相反的原因在于示意图中的反向开关。
但估计反向开关只是为了示意，实际上，电流反向开关使用开关并无不妥，而电压测量时是否在真实设计中使用开关很值得怀疑。
高位表的AD都是双极性的，因此无需反向开关。如果真使用反向开关，则不仅是开关的VT，AD的零点误差可能是更大的问题。

Agilent, Keithley也有些型号是正负电流测量，不过示意图都是用源和测量的波形说明问题，很少这样示意。

amrogue

学习了。

lymex

有关万用表测量负压，有的要换向有的不要。如果不换向，那么电路并不对称，比如本来取正基准的现在就要取负基准了，造成偏差。我刚才查了8508A的检定报告，+1V和-1V的输入，相差有1ppm。

这种换向方法，只适合欧姆测试，因此才有真欧姆一说。不能用于电压测试，因此没有真伏特一说。

有关那些示意图，不是我画的，是Fluke为了说明真欧姆自己的画的，看我文章后面的参考文献。

shichen717

1ppm的误差是绝对允许的，即使最好的万用表直流电压档也无法做到1ppm的准确度。

不换向的电压测量确实需要负基准，+/-1V的差异应该是正负基准的差异，不过1ppm对于测量电阻已经足够小，标准电阻精度也不过20ppm。

实际上，+/-AD的优势在于只取差值以抵消零点误差，而需要换向的单极性AD取差值实际为取和，无法抵消零点误差。
因此8508A这样的表使用单极性AD的可能性非常低，否则即使直流电压档也会在零点附近出现不连续，更提不到高线性度。

当然，+/-AD会面临正负基准相对误差的问题。
不过此问题是相对增益误差。取差值平均后相对增益误差降低50%。

thy888

34401A没有，3456A有抵消热电势的电阻测量功能，蓝色字代表的第2功能

erduo

看来3456还不错,可惜只是6位半.

老大的文章,学习![s:31]

suny-hyb

真欧姆！

yapoll

[s:31][s:31][s:31]

ascetic_wn

True ohm

一百姓

好文，学习了

azi1974

又学习了一遍

qzr1999

好像HP 3457A 有一个OCOMP，应该也是真欧姆功能的设置选项吧。平时要不要开它呢？

zsxlh

进来认真学习，正在实验 DIY 10K基准。

ctyyy

好文  顶了

dyzhenhao

好东西，学习，学习了！！！！！

轩尼诗

复习一遍。

about38du

天天来这里学习。

shmu

搞仪表的这个文章很有用，一般用途不大。想想 以后电子设备都是数字化了，精度要求约来越低。

yapoll

老大，一直对您这篇文字有思考，我认为如果reversal switching只切换激励电流方向，而不去切换measurement,则而已做到两方面都兼顾到。因为这样子，对于measurement得到的值是-IxR+Vth+Vt，这个时候不要做加法，而是把两次的结果做减法，可以完全消除掉Vth和Vt，毕竟自热也是测量中的一部分，想了好长时间，不知道这样子对不对。

xinjihua

学习了。