MX6.5[自制手持6位半多用表]测试

lymex

外观
    裸而无壳，主体双电路板，电池盒（3节5号），4根测试引线。带有SD卡读写卡器（照片上为插入一个SD-TF适配器）。 体积适中。


感觉多行的点阵显示很漂亮，带有提示和在线帮助。

   


功能
    DCV 0.1V、1V、10V、100V
    OHM 100、1k、10k、100k、1M
    AMP 1m、10m、100m
    TMP Pt100
    具有自动量程、手动换档、Null、数字滤波、自动零、电阻2W/4W等功能，作为一款手持高精度6位半，可以说是比较完整而全面了。尤其是带有读卡器，可以直接把测量的数据连续写卡，这样就使得数据采集非常方便，因为手持表体积小不受电源限制因此可以进行户外或者在电源不方便的地点进行数据采集。另外由于电池供电。尤其是0.1V档分辨是0.1uV，即满度120.0000mV，可以以背靠背的方式高精度的对比两个基准， 采集的时候可以做到高绝缘、低干扰、高共模抑制比。


电源
    采用3节5号电池，供电范围是2.9V到6V，因此可以使用普通充电电池或者干电池，甚至可以用1节锂电（再加上2节假电池）。耗电测试是用DCV 0.1V档短路，电源电压与电流的关系如下：                     
    V    2.9    3    4    5    6
    mA    64    62    50    42    38
    显然，内部采用了开关电源，使得电压越低则电流越大。当电压下降达到2.8V时，给出警告并自动关机，这样可以保护电池不被过放电。功耗大约200mW，还算比较省电，2000mAh的电池充满后可以大约连续使用35小时。



测试速度
    4    分钟采样    1651    个，每秒    6.88个，速度很快，不知是否同步了交流电周期？
    当自动零打开后，725    秒钟采样了    1911    个，每秒    2.64个，速度降低了一倍。


以下测试，10V用的是4910，1V也用的是4910，10k电阻用的SR104，100k和1M电阻是用752A DIY的。

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短路测试

短路测试主要考验放大器、DAC的零点附近的稳定性，对于测试微小信号有用，也是零点噪音。
短路测试主要测试了电压档和电阻档，每次至少测试3000个读数，然后做出曲线，求出标准差如下，单位：末位字。
…档…     0.1V       1V       10V      100V     100R      1k
标准差     1.45      0.55      1.24      0.51      1.37      0.51

可以看到，1V、100V、1k（还有10k、1M）的短路噪音很小，也就是半个字。而0.1V、10V、100R、100k的短路噪音偏大，接近1.5个字，这主要是里面用了×10放大器的原因。

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1V档测试

以4910的1V输出为基准，测试了近2000多个数据。与1V档短路比，测试1V的时候短稳增大不多，但有一定的波动。
由于1V是基本档，波动主要由基准和DAC引起，原因应该是温度系数和超低频噪音。

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10V档测试

测试了短路、1V输入和10V输入，每项测试了2500多个点，然后纵坐标按照末位字（也是ppm）作图。
可以看到，无论是短路还是1V输入，10V档表现都正常，标准差在1.5个字左右。
但是，10V输入下有一定波动，标准差也加大到1.8。
由于10V是通过了100:1分压和×10放大，因此也会相应因素不稳定因素（除了上述基准和ADC以外）。

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电阻档测试

电阻档的测试，用了10k、100k和1M标准电阻，10k档和100k档分别用2线和4线测试，1M档还测试了100k。
相对于电压档，电阻档的表现非常优秀，前几个档位的标准差一律都在0.9个字之内，只有1M档测试1M电阻表现稍差为1.8个字。另外可以看到，在近2000个数据的测试过程中，曲线几乎是水平的，没有发飘的区属。这说明电阻的测试独立于内部电压，也说明了电压测试的漂移很可能与采用的电压基准有关。

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线性测试
分别测试了10V档和1V档的线性。
用720A对732B分压，取得稳定（但不必准确）的分段电压，用3458A与MX6.5同时多次测试这些分数电压，得到两大组数据，每个测试电压点都测试了几百个数据，经过作图直观确认后，每个测试点取平均值，然后与3458的数据对比，得到各点与3458A的差异。由于3458A的线性指标超群，因此这个差异也就被认为是MX6.5的非线性。


  

温度系数测试
这一项测试并没有用恒温法，因为考虑时间太长恐怕测试的过程中电压读书变化反而影响结果。
采用的是吹风加温、自然冷却的方法，用温度探头手工读取温度值，然后一起做成曲线。
横轴是测试次数，纵轴是电压（每格10ppm）和温度（每格10度）。
可以看到，温度系数为正，但并不大，平均不到1ppm/C。



其它测试

在另一组电压测试的过程中，测试了自动零打开的功能，结果，不仅速度慢了，而且稳定性不如不开。
另外，用100V档测试了10V，表现良好。



至于各档的偏差，比较大，也许是没有校准的原因。
1V：-62ppm
10V：-520ppm
10k：-740ppm
100k：-770ppm

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标准差的意义
上面多次提到标准差，那么标准差是如何计算出来的？又有什么用呢？
标准差就是假设测试数据为正态分布（绝大多数测试数据是的），利用贝塞尔公式计算出一组数据的波动大小。具体算法是：一组数的每一个与平均值偏差的平方和，取平均，再开方。在Excel里可以简单的用stdev()函数来求得。
以上均采用100个数来计算。
得到标准差σ后，其意义在于，测试得到一个数据，引重复性而引起的误差有68%的可能是小于σ的，有95%的可能是小于2σ的，有99.7%的可能是小于3σ的。
如果连续测试N个数据求平均值作为新的测试值，那么这个测试值的误差就要小根号N倍。我们常用N=100，这样就可以把引重复性不好、短稳不好而引起的偏差减少到1/10。

回过头来再看这款手持表，例如测试1V电压时的σ=1.8末位字，也就是1.8ppm，如果连续测试100个数据取平均值，那么不确定性就是0.18ppm了，就有99.7%的把握测试的重复性不大于0.18*3=0.54ppm，也就是说6位的最后一位也是可靠的。


建议的改进

1、×10放大器改用更低噪音方式
2、10V档可以考虑采用直接10:1分压，而不是100:1分压后再放大，这样可以降低噪音，减少测试的不确定度
3、改进自动零
4、增加一个慢速档，每秒大约1.5次，这样可以稳定2倍左右

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6.5高精度手持表的使用

用做检零计
作为交互使用，例如电桥平衡指示，电位差计平衡指示，具有共模抑制比高的特点，而且可以记录。由于测试速度比较快，可以直接通过读数的变动并进行相应调整。分辨0.1uV，高于很多灵敏检流计。

用做插值检测器
也更可以作为插值测试的手段，记录到存储卡中，后续分析比较。具有共模抑制比超高、抗干扰能力强的特点。

用做高精度（户外）数据采集器
例如温度采集，利用其自带的Pt100的传感器支持功能。

作为购买高精密元件挑选只用
对于某些外出采购，元件判别，便携高精度是必须的。


最后，补一个改进版的照片，其中一个带有蓝牙接口、VMC接口，方便使用。



【全文完】

38hot

坐个沙发！

zoo

坐个沙发！

youngliu

电阻测试功能估计是比例法，因此与电压基准漂移无关，只与基准电阻及ADC有关

redtony

强！

3609

期待早日试产。

youngliu

期待早日量产

yjm2000

手持表如果用液晶显示屏还会更省电。

自定义

功能上不加评述，老大贴的PCB与MX上图的有点不一样，指底板，如量产，外观如不改还是显得呆板，比例失调，比如屏与按键、SD卡槽、电池仓、接线柱，只能当工程样机，自家用用，建议做成类似现成某款直板手机，用其现成模板开孔位置，直接用TF卡槽，数据接口开孔位，或通用锂电板，充电器。顺手也是挺重要的。这方面MX6要加油了。以上个人观点，仅供参考。

zjinkui

确实很期待

suny-hyb

确实很期待

bgqjm

[s:31]期待成品出来

轩尼诗

老大的测评要学习。

yjm2000

线性测试曲线看着有点怪怪的，希望老大讲解一下！

laborer

有配套的外殼的話, 就更完美了...

apollo13th

哇 我能进来了！！！！！！！！！

nyxfk

这表如果出套件，性价比无敌了

相当期待啊

王珏

进来就看见这个。厉害！

lysoft

符合2440的手册所描述的5~15PPM的INL
要改善INL可以选2410,只有2PPM的INL,但采集速度就固定为6SPS了

mengxin

2410 以前用过，噪声大很多，只能出5位。

yuansy00983

何时出套件？