不用高位表,也能玩基准

hu8421

最精密的测量为比较对比测量,也就是天平原理。
万用表功能全,很难在某一方面表现突出,从测量上看,要通过接触点、引线、接线柱再进表,在表内再经换比、比例、放大,才能进入A/D转换,与机内基准进行换比，还要经过众多焊点和连线，并与材质电气指标相关联，再加之机内数字电路、变压器及发热体等许多因素,得难做到精确测量,甚至还没有待测量的基准来得纯正。
本方法测量是基于电位差计(基实电位差计就是干这个的),对其进行简化,来测量标定电压基准。
这里并没有深奥的知识和学问,只是用再简单不过的方法，但是测得的结果是可信、可靠的。
这种测量因为是对等条件,可以不用考虑如温漂、热偶，甚至噪声等极难控制的因素。
在满足测量条件的情况下，尽可能减少电流，以免电阻产生噪声。
在测量噪声及稳定度时，可采用带接口输出的专业且分辨率高的电压表来测量。
主要目的是启发大家换换思路,但这些方法仅供参考,更多的方法还需要大家共同来创新。
不多说，谈归正传。
用材：标准源(电压基准)、电阻(绕线及塑料电阻均可)、电容(要求高压漏电小50-100uF)、仪表放大运放(类似AD620等)、四位半面板表(需打摩)。
测试方法见图：以10v为例


假如：R1，R2，R3，R4都选为10K,挑选时，尽量值相近,再经修正，以R1、R2为标准,修正R3、R4，最低标准让R1=R3、R2=R4。
搭接好电路,设置相应的放大倍数,将仪表放大输出直接进面板表的A/D转换、用金属箱，电源外至即可。




用同理的方法挑选R5、R6，使R1=R5、R2=R6，(这主要是测量和标定20v基准)



以基准源为准，去测量标定待测基准。




噪声及稳定(测量方法一)。



自我噪声及稳定(测量方法二)。



利用Ra充电，Rb(阻值较大)或脱离基准测量噪声及稳度(测量方法三)。








自我测试方法四。

lymex

不错的尝试，对于要求不高的测试可以采纳，但也要注意几点：
1、“对等条件,可以不用考虑如温漂、热偶，甚至噪声”
这个很难成立，对等抵消是相对的，而且例如热偶也抵消不了，因此以上这些因素必须考虑。参考“匹配的10%法则”

2、电阻若采用塑料块或者线绕，其噪音可以忽略，但温度系数、功率系数不能忽略

3、10V电压基准如果提供电流，要考虑负载系数和线路电阻引起的压降

4、两个10V对比，可以直接背靠背，不用分压

5、20V和10V的对比，可以用一个分压就可以

6、用电容充电并保持的方法，我试验过，找不到好电容，因此电容上的电压并非理想，而是一直在变动的，其变动的幅度比基准的还要大。
电解的绝对不行，漏电很大，而薄膜的电容，也因温度等变化引起介电常数的变化、体积的变化引起电容变化，使得电压变化。详见这里：http://www.38hot.net/bbs/read.php?tid=998

另外，普通线绕电阻的特性，甚至包括塑料块电阻的特性，是赶不上电压基准的特性的。因此，一旦采用这样的电阻做分压转换，就会出现性能损失。当然，好的电阻分压除外，例如用Fluke 720A KVD，或者用752A分压器，其说明书里列举了不少类似校准的例子。

azi1974

很安静的学习中

hu8421

所谓《小信号大问题》,只有利用相互抵消，排除难以控制和回避的因素，才是精确测量真谛。
所有的电路，如运放都是采用对管(孪生管)来降低噪声和失调等。这是对等比较法的法宝，而且这种方法对器件的要求会大大降低。
正如仪表运放，由于其对称，因此用于精密测量，
电阻和电容都是无源元件,自身很稳定，除了电阻固有热电动势,其它没有什么不好，所谓噪声，都是因流通的电流过大发热，产生所谓的“热噪声”。噪声产生的主要原因是热变形的应力效应，但在发热电器元件中,它的噪声可以说是非常小的。特别是绕线结构电阻，热噪声是最小的(因为它有独特消应力结构)，再说这类测量，电流是可控的。
用这种方式测量,用件非常少,并且很多不利因素又被抵消掉，在这点上，是任何万用表都没法与之相比的。

电阻用这类绕线电阻，修正起来十分方便。


电容就用这类的。

hu8421

这几类测量方式，只是提示，还有很丰富的变种和更广泛的应用。

langyan

方法解决材料，值得学习研究。
方法中用4位半表测基准，4位半表不要求准确，要求鉴别能力（或者灵敏度）足够高，要对高于0.1uV的电压变化有反应，还要稳定。不知楼主是怎么打磨4位半表头？请不吝赐教

redtony

玩的另一种偿试，支持 。

lymex

基准及其测试电路，简单为精髓。能不用电阻的地方，尽量不用，例如背靠背方法（差值法）就不用任何附加电阻但仍然可以以小测大，其中的“表”要求就很低，4位半也可以，甚至可以用检零计来替代。


同样，能用两个电阻的地方就尽量不用4个。Fluke卖到3万元的标准电阻（742A），也仅仅有每年4ppm的指标。

电阻本身噪音很小，不是问题，但国产线绕电阻是锰铜材料，温度系数比较大，因此才会影响基准的测试。

基准中的难于处理的噪音，并非只有传统的热噪音，而是由于温度系数，配合发热、散热、对流不均不稳而产生的飘忽不定的热电动势。因此，打开国外的基准仪器，往往能见到大块的铝热沉，用来均温。

千万不要以为无源器件就是稳定的，尤其是电容。例如把一个几十微法的薄膜电容充到10V电压，然后连续测试，无论短稳和长稳，都是很差劲的。我用的电容也是EC5MC，与上面的图是一样的。

youngliu

引用第6楼langyan于2010-02-23  21:28发表的  :
方法解决材料，值得学习研究。
方法中用4位半表测基准，4位半表不要求准确，要求鉴别能力（或者灵敏度）足够高，要对高于0.1uV的电压变化有反应，还要稳定。不知楼主是怎么打磨4位半表头？请不吝赐教

分辨到0.1uV容易，但稳定到0.1uV就很不易了，用斩波稳零放大也很难做到。

hu8421

四位半打摩，最主要的是选好基准和处理好调整基准的电阻和电位器，再有几个0.1uf和1uf的电容，因为是数字电路其它无要求，它灵敏度不用考虑，因为信号是直接进入,没有比例变换。其起点为200mV,与HP34401测量10V，的灵敏度相当，严格来说就是分辨率相同，且量程范围比，比HP34401还要宽，再加之基准测量端值约为“零”，又可以通过仪表运放放大(最大可至1000倍)，这样算下来，是很难有哪种表与之相比的，但它最主要的特点是纯净。

youngliu

所有高于绝对零度的器件都会产生热噪声，再好的电阻，其噪声都不会低于sqrt（4kRTB），其中R为电阻阻值，T为绝对温度，B为以Hz为单位的频率带宽，k为普朗克常数。并不需要流过电流，因为噪声（温度）本身就是电子的无规则运动。在低噪声放大器中，电阻值是越低越好，将关键部位冷却也是降低噪声的有效手段。最常见的应用：XRF（X射线荧光光谱仪，用于元素含量分析）中的探测器（靶）就是冷却到-196度左右（用液氮制冷）才能显著提高探测能力，可以分析轻元素。最不济也是用多级半导体制冷串连降温。

hu8421

不要以为四位半表就低挡，电气指标与五位半、六位半都是一样的，只是显示位有区别而已。

hu8421

这是精密常规的测量方法，没有几个器件，而且完全对称，器件再不好能坏到哪，相比万用表，又是热,又是磁，还有复杂的电路。

lymex

引用第6楼langyan于2010-02-23  21:28发表的  :
方法解决材料，值得学习研究。
方法中用4位半表测基准，4位半表不要求准确，要求鉴别能力（或者灵敏度）足够高，要对高于0.1uV的电压变化有反应，还要稳定。不知楼主是怎么打磨4位半表头？请不吝赐教

背靠背差值测试，对于表的另外一个要求，是共模抑制比要非常高，绝缘要好，而这两个要求对于台表很难满足，而手持表就比较容易。
对于10V电压，不少4位半表直接可以分辨到1uV，这样已经就是0.1ppm了，例如UNI-T的70D、Fluke的289，输入阻抗又很高，要求不很高的场合可以直接用了。
后来我又买了个手持的30M，分辨达到0.1uV，比较适合这种目的。
几个月前Aeon就答应大家，要做一个100倍/1000倍的电池供电的高性能前置放大器，提供电路板甚至套件，也正是用于此目的的，可惜他最近比较忙。前置放大如果采用AD620，那么性能就不算好，例如Vos可能有50uV、温漂可能有0.6uV/C，Ib可能达到1000pA。而采用高位表内常用的LTC1052，就可把这几项指标提高10倍。

youngliu

我认为没有高位表玩电压基准，0.01%可能是能达到的准确度极限了。高位表指直流电压准确度优于0.01%的五位半以上的分辨率电压表或万用表。除非低位表的特定档位被校准到更高精度或者有被用高准确度的仪器标定的基准做相对测量。

老来学皮匠

方法是可行的，但误差放大器比较难做的稳定。AD620肯定不行。我试过，放弃了。

逆风草

学习。

chq1

学习中

hu8421

引用第20楼winsonma于2010-02-24  02:48发表的  :
误差放大器应采用ICL7650,ICL7653,LTC1052,LTC7652等斩波自稳零式精密运算放大器。
(1).温漂只有0.01uV/C，在-20~+65度工作温度范围内，失调电压仅1uV。
(2).长时间漂移量极小，每月仅漂移100uV。
(3).输入偏置电流极低，只有2pA。
(4).开环电压增益，共模抑制比，电源抑制比均大于120dB。
.......

斩波自稳零式运放，不是直接放大，它是借用“平板校正原理”来处理信号的，严格说，它应该叫开关运放。这类运放指示都非常高，有些指标还可到负值，但频率特性极差，很难得到信号变化的真实性。选用的电容容量不同,表现的性能也不一样，它是为测量热电偶之类信号而计设的，所以选用斩波自稳零式运放，必须要有针对性。特别是测量信号变化，一定要慎用。

hu8421

引用第17楼youngliu于2010-02-23  23:44发表的  :
我认为没有高位表玩电压基准，0.01%可能是能达到的准确度极限了。高位表指直流电压准确度优于0.01%的五位半以上的分辨率电压表或万用表。除非低位表的特定档位被校准到更高精度或者有被用高准确度的仪器标定的基准做相对测量。

高位表、低位表(指A/D)在电气性能上，没有本质的区别，往往高位表的用料，是大大的高于低位表，只是为了多出的位数更稳、更可信是不得以而做的，除了显示位不同，在“‘制造精度’”要求方面是相同的。
这种测量(如10V)是不用考虑10V的，是完全的对称的“零”值比较，这样用四位半面板表与HP34401六位半的分辨率是相同的，且量程比，比HP34401要高近一倍，更何况不用考虑其制造精度(模拟信号处理部分)，测量出来的值的可信度，要远远高于HP34401。
再说电位差测量法，是同条件的对比测量，是直接比较测量。而用万用表间接与表内基准进行‘比例’对比测量，经过的过程就不必多说了，对于微信号精密测量，还是自已去做结论吧！
此方法拟似桥式结构，用精密仪表放大，可以获得优良的性能指标，是测量结构的“天仙配”。它既可以“零”点标定(基准标定)，也可精确得出误差，就象用高倍放大镜一样，去查觉细微的变化。

lymex

引用第23楼hu8421于2010-02-24  09:29发表的  :

斩波自稳零式运放，不是直接放大，.......，但频率特性极差，.....

错！
斩波自稳零式运放，不是斩波运放。

youngliu

引用第24楼hu8421于2010-02-24  10:50发表的  :

高位表、低位表(指A/D)在电气性能上，没有本质的区别，往往高位表的用料，是大大的高于低位表，只是为了多出的位数更稳、更可信是不得以而做的，除了显示位不同，在“‘制造精度’”要求方面是相同的。
这种测量(如10V)是不用考虑10V的，是完全的对称的“零”值比较，这样用四位半面板表与HP34401六位半的分辨率是相同的，且量程比，比HP34401要高近一倍，更何况不用考虑其制造精度(模拟信号处理部分)，测量出来的值的可信度，要远远高于HP34401。
再说电位差测量法，是同条件的对比测量，是直接比较测量。而用万用表间接与表内基准进行‘比例’对比测量，经过的过程就不必多说了，对于微信号精密测量，还是自已去做结论吧！
此方法拟似桥式结构，用精密仪表放大，可以获得优良的性能指标，是测量结构的“天仙配”。它既可以“零”点标定(基准标定)，也可精确得出误差，就象用高倍放大镜一样，去查觉细微的变化。

实在不敢苟同啊！
低位表基本上都是采用双斜积分（三位半四位半都是如此），有的还采用片内不怎么稳定的基准，还采用电位器做微调。多数没有采用晶振做准确的积分控制及计数，其电源频率（50Hz/60Hz）适应能力是有差异的。双斜率积分的表其速度较慢，对积分电容的性能要求较高。
而高位表大多采用多斜率积分，采用MCU控制，可以自动适应电源频率，且都采用外部基准，多数采用软件校准，减少了不稳定的电位器调节方式导致的位置变动及温度影响。
数字面板表多数采用ICL7135（LED显示）或ICL7129（LCD显示），尽管其基准电压可以采用10mV以实现0.1uV分辨率，但其稳定度是没有保障的。因为AD内部的OP本身没有那么高的稳定度和噪声水平。做到1uV分辨5uV准确度才有些靠谱。

lymex

引用第13楼hu8421于2010-02-23  22:39发表的  :
不要以为四位半表就低挡，电气指标与五位半、六位半都是一样的，只是显示位有区别而已。

错！
五位半表，尤其是六位半表，不仅显示位数多，而且指标比四位半表也高出很多。

youngliu

引用第23楼hu8421于2010-02-24  09:29发表的  :


斩波自稳零式运放，不是直接放大，它是借用“平板校正原理”来处理信号的，严格说，它应该叫开关运放。这类运放指示都非常高，有些指标还可到负值，但频率特性极差，很难得到信号变化的真实性。选用的电容容量不同,表现的性能也不一样，它是为测量热电偶之类信号而计设的，所以选用斩波自稳零式运放，必须要有针对性。特别是测量信号变化，一定要慎用。

斩波稳零运放不是开关运放，它只是采用了一个辅助电路实现将主放大器的Vos及其漂移降低到可以忽略的很低的数值。其频率特性主要还是由主放大器的频率特性决定的，但其噪声会比较大。
以前是有一种斩波放大器，超高频毫伏表HFJ-8A就是。它先是用平衡检波器将RF检波，再将微小的直流电压斩波成交流方波，在通过AC放大器放大之后采用同步检波还原成放大了的直流电压以避免采用直流放大无法避免的零点漂移掩盖有用信号。

hs2009

引用楼主hu8421于2010-02-23 17:03发表的 不用高位表,也能玩基准 :
最精密的测量为比较对比测量,也就是天平原理。
万用表功能全,很难在某一方面表现突出,从测量上看,要通过接触点、引线、接线柱再进表,在表内再经换比、比例、放大,才能进入A/D转换,与机内基准进行换比，还要经过众多焊点和连线，并与材质电气指标相关联，再加之机内数字电路、变压器及发热体等许多因素,得难做到精确测量,甚至还没有待测量的基准来得纯正。
本方法测量是基于电位差计(基实电位差计就是干这个的),对其进行简化,来测量标定电压基准。
这里并没有深奥的知识和学问,只是用再简单不过的方法，但是测得的结果是可信、可靠的。
这种测量因为是对等条件,可以不用考虑如温漂、热偶，甚至噪声等极难控制的因素。
.......

这种方法在比对意义上是可行,它采用了一个已知的标准去比对一个末知的电压值(电位差计)这个原理. 至于测量还是要用高位表.

hu8421

引用第28楼youngliu于2010-02-24  11:25发表的  :

斩波稳零运放不是开关运放，它只是采用了一个辅助电路实现将主放大器的Vos及其漂移降低到可以忽略的很低的数值。其频率特性主要还是由主放大器的频率特性决定的，但其噪声会比较大。
以前是有一种斩波放大器，超高频毫伏表HFJ-8A就是。它先是用平衡检波器将RF检波，再将微小的直流电压斩波成交流方波，在通过AC放大器放大之后采用同步检波还原成放大了的直流电压以避免采用直流放大无法避免的零点漂移掩盖有用信号。

原理讲的不错：又是频率，又是交流方波，还有同步检波还原。
刚找的资料。


   

youngliu

这片文章用“斩波OP放大”的提法不是很完整，容易误导读者。这些所谓“斩波OP”其斩波部分只用在稳零，主放大器还是直流放大