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計量論壇

標題: Agilent 3458A 八位半萬用表基準的改動與校準 [打印本頁]

作者: lymex 時間: 2007-8-16 22:46
標題: Agilent 3458A 八位半萬用表基準的改動與校準
Agilent/HP 3458A是經典的8位半萬用表，很多指標超高，比如無與倫比的轉移特性和線性度（0.1ppm），前所未有的噪音特性（0.01ppm）。但也有不滿意的地方，比如中長期的穩定性不太好，90天10V電壓穩定性指標達到了4ppm，其典型的漂移曲線見圖（出自Agilent 3458A校準手冊）。從這個曲線也可以看出，基準LTZ1000A具有隨時間下降的趨勢。這個趨勢無論在這里，還是在使用該基準的Wavetek 7000基準的說明中都有體現。反映在萬用表中，這個趨勢所引起的后果就是讀數逐漸偏高。基準偏低1ppm，萬用表的讀數就偏高1ppm。

通過半年多的測試，也發現自己新出廠的3458A的基準大概變化了5ppm（讀數偏大5ppm）。盡管1年的指標為8ppm，但其它一些8位半的萬用表做的更好，比如Fluke 8508A和Wavetek 1281，為4ppm/年。
按照3458A內部采用的LTZ1000A基準的老化情況看，典型指標為1ppm/年，怎么就出現這么大的差距呢？

[ 本帖最后由 lymex 于 2008-6-8 09:33 編輯 ]

3458A.gif (10.8 KB, 下載次數: 990)

7001.gif (22.2 KB, 下載次數: 935)

Wavetek對7000系列的指標，預測漂移也是負的。這里，0.8+0.7=1.5ppm就是穩定度，

作者: lymex 時間: 2007-8-16 22:48
經過剖析基準電路和所采用的元件參數，發現了原因所在。原來是3458A在設計時為了能工作與惡劣環境，把內部基準的恒溫溫度設置的非常高，達到了90℃!
從3458A的使用手冊可以看到，3458A可以工作在55℃的環境溫度下。再加上機器內部的溫升（13℃）、LTZ1000A的溫升（10℃）和一定的余量，選擇90℃就不足為奇了。
然而，從P.J. Spreadbury的文章和后來Wavetek等公司對LTZ1000A的測試表明，溫度每增高10℃，長期漂移變大一倍！
因此，若能把溫度降低30℃，那么穩定性就可以提高到8倍了（即長期漂移為原來的1/8）。
這樣也很方便的解釋了，為什么特性非常好的LTZ1000（年漂移<3ppm, 3σ），到了Agilent的手上，為什么變成了8ppm的年漂移了。
因此，只要把恒溫溫度降低到60℃，理論上就能夠達到年漂移1ppm之內。另外，從LTZ1000A的手冊上也可以看出，1ppm/a的指標漂移，是在65℃的溫度之下得到的，也證實了這一論斷。

另外，Fluke 8508A的長期漂移指標做的比較好，是因為用了Datron的原封不動的基準，不僅因為最高工作溫度低（40℃，比3458A降低15℃），而且還因為基準是用的LTZ1000CH而不是LTZ1000ACH。這兩個基準的差別是ACH的內部有絕熱，因此溫升有額外的10℃。這樣算下來，8508A的內部基準就至少比3458A的降低25℃，因此老化指標能夠降低過半也是可以理解的了。盡管3458A也有4ppm/年的高穩定基準選件，但那是經過長期的預先老化和篩選作為代價的。

[ 本帖最后由 lymex 于 2008-6-10 09:16 編輯 ]

Rtempr.gif (3.8 KB, 下載次數: 940)

上電阻與溫度的關系

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P.J. Spreadbury的測試分析

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Wavetek的分析

作者: lymex 時間: 2007-8-16 22:56
那么如何把溫度從90℃降低到60℃以下呢？就是要調整基準電路的上溫度分壓電阻。通過計算得知，當把原來的15k改變到12.5k，就可以把溫度降低到57℃，可以允許萬用表適應于最高33℃的環境溫度。
33℃夠了嗎？對于我來說是的。今年最熱的天氣已經過去，室內最高溫度（不開空調）還沒有超過30℃的時候。
那么如何讓分壓電阻從15k變到12.5k呢，并聯一個75k的電阻就正好。我選擇了德國品牌的Vitrohm 75k 0.1%電阻進行了并聯（圖），該電阻指標溫度系數25ppm/℃，實際測試<10ppm/℃。
并聯的過程很簡單。原基準板有預留孔看來就是給并聯用的，電阻名字是R412。用吸錫器抽干孔內的焊錫把電阻焊上即可。
有人會問，并聯后，由于這個電阻的穩定性和溫度系數會不會對基準的輸出產生影響？當然會的，但經過評估（過程略，但可以補充），這個電阻在溫度正負10℃的變化以及200ppm/年的老化的情況下，對基準的影響均小于0.5ppm。

75k.jpg (75.63 KB, 下載次數: 939)

并聯電阻參數

01.jpg (109.13 KB, 下載次數: 914)

并聯前基準照片

02.jpg (94.94 KB, 下載次數: 933)

并聯后基準照片

作者: szcatciliu 時間: 2007-8-16 23:10
只有一個字,那就是"牛"!

作者: lymex 時間: 2007-8-16 23:14
對基準更改后，其電壓也自然要發生改變，實測從原來的7066.10mV變為7056.75mV，變動了-0.132%。測量#105號732B基準，讀數從改動前的10.000093V變成了10.013278V。因此，必須在充分預熱的基礎上進行校準。

好在3458A的校準過程非常簡單，只需要一個4線短路環（自制）、10V電壓基準（已有）和10kΩ電阻基準（已有）。校準于8月5日星期天進行。
首先校準0點，接上4線短路環，執行CAL 0，校準進行了8分鐘。
其次校準電壓，接上#105號732B，按照其具體偏離執行CAL 10，校準了大約4分鐘。
最后，打算也校準電阻，但發現改動前后對相同的標準電阻的測量值變化很小，不到2ppm，而且是向誤差小的方向變化，因此電阻檔沒有進行校準。

那么，基準改動后效果到底如何？由于改動后測試的時間比較短，因此還不能下最后的結論，但可以分項看一下：
1、長期老化無從測試。必須要等幾個月至少半年最好一年才能得到比較理想的得到數據。改動后很可能老化大大的降低，給老化測量帶來更大的困難。
2、中短期漂移有較大的提高。以前每天開機5個小時預熱后，對電壓基準的讀數差別比較大，最大達到2ppm以上。但改動后已經10天，這個變動不到0.5ppm，因此有很大的改善。
3、預熱時間縮短。由于最終溫度的降低，基準達到額定誤差之內輸出時間也自然縮短
4、低頻噪音有所降低。通過連續測量一個穩定的基準，得到一個系列，簡單的計算就可以得到標準方差。改動后這個方差有大約25%的下降，表現在兩次相鄰的讀數變動變小。

總之，改動后效果明顯，達到了預期目標。盡管這樣的改動是以犧牲最高允許工作溫度為代價的，但一般實驗室條件下使用沒有任何問題。

drift.gif (11.03 KB, 下載次數: 931)

改動前后每天一次對電壓基準的測量

start.gif (18.06 KB, 下載次數: 898)

開機預熱特性

作者: lymex 時間: 2007-8-16 23:32
補充資料1，Linear給出的LTZ1000A的典型電路。其中R4=13k就是上溫度設置電阻。這個電阻若變化100ppm，對輸出的影響是1ppm。因此若在原來15k上并聯75k，那么75k變化100ppm，對這個并聯電阻的變化就是20ppm，因此對整體變化的影響就是0.2ppm。

[ 本帖最后由 lymex 于 2007-8-16 23:53 編輯 ]

more1.gif (14.76 KB, 下載次數: 953)

LTZ1000.pdf

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作者: lymex 時間: 2007-8-16 23:38
補充資料2，劍橋大學P.J. Spreadbury對LTZ1000A的測試文章及某測試曲線。通過這個曲線得到了溫度每上升10℃老化加倍的結論。

more2.gif (5.91 KB, 下載次數: 921)

mtv1i8p687.pdf

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作者: lymex 時間: 2007-8-16 23:52
補充資料3，Wavetek公司J.R. Pickering和P. Roberts的文章：Setting new standards for DC Voltage Maintenance Systems。
該文章描述了其創新的7000系列電壓基準的所采用的技術，這個基準的核心正是LTZ1000A。
由于Wavetek被Fluke收購，因此這套系統就搖身一變成為Fluke 7000系列。盡管價格比732B便宜且指標更高，但好象不是Fluke的主推產品。
該文章目前也在官方網站上找不到了，是以前在Wavetek的網站上下載的。

文章中提到了其首創的“消磁”重入技術、“統計電阻法”升壓電路，同時也給出一個溫度如何影響年穩的測試實例。從這個實例可以看出，一個組的年平均漂移，在80℃的工作溫度時為-1.2ppm，但在45℃下為-0.06ppm，低溫對降低漂移作用明顯。當然，這兩個絕對值都非常小，應該是Wavetek把這組基準做了預先老化并剔除了老化過大的單元。

[ 本帖最后由 lymex 于 2008-6-8 08:27 編輯 ]

more3.gif (1.99 KB, 下載次數: 925)

DCRefStandards.pdf

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作者: lymex 時間: 2007-8-17 00:41
補充材料4，自己的有關電壓基準的測試曲線。
除了注明以外，粗實線為10V基準與平均值差值對比的結果，相同顏色的細實線為10V基準直接測量結果，點線為對應內部7V直接測量結果。
其中紅色的就是3458A的變化（樓上#5已有），可以看到3458A在改動之前變動相對還是很大的。
橙色粗線為溫度（被減去29.5），與下面的一組自制的10V基準（藍綠色）有著某種互補的相似性，說明這個DIY-10V大約有-0.7ppm/C的溫度系數，大概歸結為其中的7V-10V升壓電阻的問題。
最下面的黃色點線是自己DIY的7V組，可以看出相對很穩定。
天藍色的這組732B-10V穩定性不太好，22天就下降了近1ppm。最上邊的深紅色10V也上升了大約0.5ppm。但由于對應的7V基本沒有變化，說明732B的不穩定的瓶頸在于7V-10V升壓環節，即分壓電阻存在問題。這應驗了我的猜測，因為Fluke最好的賣到3W多的標準電阻指標才4ppm/年，因此我才把所有的基準的內部7V引出進行測量。換句話說，如果你只有一個10V基準，把7V引出后，若此7V和10V的比例發生了變化，那么應該相信7V，畢竟7V是基礎，10V是派生的。
最后，8月3日的測試看來存在尖峰問題。

more4.gif (20.87 KB, 下載次數: 938)

作者: lymex 時間: 2007-8-17 09:29
補充材料5，“HP3458A數字萬用表電子校準技術”，七二二所劉勇編著，原載于1993年第3期《電子測量技術》。

HP3458A數字萬用表電子校準技術.pdf

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作者: bgqjm 時間: 2007-8-17 22:03
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作者: lymex 時間: 2007-8-17 22:22

原帖由 bgqjm 于 2007-8-17 22:03 發表
老大：你不搞基標準可惜了，應該把你做的一些高精度的對外銷售，我一定第一個買。

謝謝了。現在我做的基礎7V穩定度很好，但就是7V轉10V做不太好。采用電阻升壓的Fluke 732B本身漂移的離散性也不好，即便Fluke已經用了其最好的密封電阻；而若采用類似Datron 4910的PWM方式又非常復雜；若采用Wavetek 7000的統計電阻方法則電阻搞不到。這個問題解決不了做基準只能免談了。我已經定了一些Vishay的VH系列電阻，年穩定性是5ppm級別的，等到手了再試。即便能夠解決問題成本也不低，一對電阻進價就要800。

作者: umec 時間: 2007-8-24 17:31
看不懂,太深奧了.....弱弱地問一下3458A比較好呢?還是8508A好

作者: lymex 時間: 2007-8-24 18:38
標題: 回復 #13 umec 的帖子
各有好處。
特性，3458A，8508A
電壓年穩定性，8ppm，3.5ppm。當然，3458A也有4ppm的選項。我的3458A如上改動后應<2ppm。
電阻年穩定性，10.5ppm，8.25ppm
最大測量電流，1A，20A
10V積分線性，0.1ppm，0.32ppm
微分線性，0.02ppm，不詳
噪音，0.01ppm，不詳
8位半測量速度，6次/秒，0.17次/秒
功能，強，超強
大略人民幣價格，70k，100k

作者: umec 時間: 2007-8-24 18:52
標題: 回復 #14 lymex 的帖子
如果不考慮價格的話總體來說還是FLUKE8508A強些....
樓主建議你向AGILENT反應你的問題,說不定AGILENT會聘用你哦....:lol

[ 本帖最后由 umec 于 2007-8-24 18:54 編輯 ]

作者: lymex 時間: 2007-8-24 20:37
標題: 回復 #15 umec 的帖子
其實我真不看好8508A，10V指標好主要是最高工作溫度為40C，若3458A溫度降下來就比它好了。
20A的其實只有0.04%，要論計量還遠不夠，若要搞大電流計量還需要專業的shunt。
其它計量最常用的指標比如轉移特性、線性、噪音、速度，都是3458A比8508A強很多。
8508A并非Fluke自己的技術，而是沿襲英國Datron的。
至于3458A，多少年前就定型了，沒有變，也不會變了。

作者: chuxp 時間: 2007-8-25 14:07
Vishay的VH系列電阻好象現在不做了,還能買到么?

作者: lymex 時間: 2007-8-25 14:47
標題: 回復 #17 chuxp 的帖子
當然做，VH是一個大系列，V是Vishay，H是Hermetic即環境密封的意思，都是用金屬/陶瓷/玻璃/Kovar密封的結構，具體分好多小系列。其特點是完全密封，年穩定度<5ppm。那種塑料/環氧密封的，只能做到25ppm/年，差了5倍。

作者: chuanwen 時間: 2007-8-26 20:41
標題: 問侯樓主
樓主：
你好！我是新到這里的老計量員，請問樓主“DIY高準確度電壓基準“是不是你的大作？
該篇文章我已早拜讀了,我原是搞交流阻抗計量的，干了幾年后搞產品設計去了，現在在搞自動化儀表和系統，但忘不了對高精度測量的追求，若有機會多多請教。

作者: lymex 時間: 2007-8-27 11:07
標題: 回復 #19 chuanwen 的帖子
你好，“DIY高準確度電壓基準”是我一邊做一邊寫的，由于涉及長期老化（穩定性）的考核問題，同時10V輸出一直沒有解決好，因此現在還沒有一個成熟的版本，所以也沒在這里貼出。對于計量，我是業余的，因此以后多多指教了。

作者: chuxp 時間: 2007-8-29 13:12
標題: 也問侯樓主
太厲害了!:lol
你的那個752A改裝的精密電阻做的怎么樣了?

作者: lymex 時間: 2007-8-29 14:08

原帖由 chuxp 于 2007-8-29 13:12 發表
太厲害了!:lol
你的那個752A改裝的精密電阻做的怎么樣了?

謝謝！
這個改裝一度停止了，過幾天再接著來。752A已經拆解，但由于在測試我自己另外4個自制電阻的時候發現漂移比預期的大，現正找原因。
下圖為自己做的另一個，用了4只Vishay VHP101，而這個VHP101在3458A里用做內部基準。

其中的接線柱也許是問題的原因，這次采用的是從Data Proof開關上面拆下來的，材料是Gold plated Tellurium Copper（鍍金銅碲合金），被公認為低熱電動勢測量所必需，但從成品開關上拆太可惜了，因此我找到了原始廠家Pomona，在網上買了一些，單價$5.99：
http://www.tequipment.net/Pomona3770.asp

[ 本帖最后由 lymex 于 2007-8-29 14:21 編輯 ]

Rindex.jpg (120.73 KB, 下載次數: 928)

Pomona3770.jpg (74.94 KB, 下載次數: 904)

Pomona低熱電勢插座，鍍金銅碲合金材料

作者: zwham 時間: 2007-10-16 07:34
標題: 關注樓主的DIY高準確度電壓基準很長時間了
看來計量我是白干了。我是沈陽724站的，請問樓主在大連什么單位
有機會多請教

作者: 風吹石 時間: 2007-10-16 08:16
太有才了.PF啊!
我有一臺美國迪非公司出的DP730多通道信號分析儀,做振動測試用的,現在輸出衰減的特別厲害,找不到修理啊(這家公司被美國封查了)郁悶.

作者: lymex 時間: 2007-10-16 09:23

原帖由 zwham 于 2007-10-16 07:34 發表
看來計量我是白干了。我是沈陽724站的，請問樓主在大連什么單位
有機會多請教

我工作是計算機軟件，直流計量屬于業余愛好。多多交流。

原帖由 風吹石 于 2007-10-16 08:16 發表
太有才了.PF啊!
我有一臺美國迪非公司出的DP730多通道信號分析儀,做振動測試用的,現在輸出衰減的特別厲害,找不到修理啊(這家公司被美國封查了)郁悶.

謝謝！真的找不到修理的地方，可以找國內有經驗的師傅看看，至少先檢查一下壞在哪里。

作者: 風吹石 時間: 2007-10-16 17:41
標題: 回復 25# 的帖子
是啊,考慮再三,也只能這樣了.這里電子研究所比較多,準備找他們了.
謝謝回復.

作者: zmwangping 時間: 2007-10-21 07:48
這是篇理論與實踐結合的好文章，不知為何只給那么一點的獎勵！

作者: lymex 時間: 2007-10-21 08:47
標題: 回復 27# 的帖子
謝謝，其實各位的鼓勵與支持就是無形的獎勵。另外2個威望已經是很高了。

原帖由 chuxp 于 2007-8-29 13:12 發表
太厲害了!:lol
你的那個752A改裝的精密電阻做的怎么樣了?

這個十一期間做好了，目前看效果良好，達到預期目的：
http://www.dy313.com/thread-7590-4-2.html

作者: yeool 時間: 2007-10-21 12:19
lymex老大，我是從另外一個論壇里看到您關于10V標準源的帖子而跟到這兒來的，本來就想在哪兒跟貼，但是注冊還沒有通過。
我已經給您的lymex@sina.com 發了郵件，向您索要電阻的文章和HP34401A的電路圖，現在是您的關如電阻的文章已經在這兒下載到了，不知道您手頭上有沒有HP34401A的電路圖，如果有的話，能不能發給我啊？謝謝了！！我的郵箱是yeool@yeah.net

作者: lymex 時間: 2007-10-21 17:04
標題: 回復 29# 的帖子
郵件收到，HP34401A的電路圖在其Service Guide 里有，而Service Guide應該在Agilent的網站上有，但我剛才去看沒有了。我的這個Service Guide不知道是從哪里下載的，是11,452kB，已經發過去。

作者: yeool 時間: 2007-10-21 22:15
謝謝lymex，您發的資料我現在正在看，對我很有價值。

作者: weblyang 時間: 2007-11-8 10:36
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作者: lymex 時間: 2007-11-8 12:04
標題: 回復 32# 的帖子
我找過沒發現有7伏轉10伏的部分，7V直接進A/D了。
反正后期都是數字處理，測量10V的結果到底如何表示都不重要了，乘上一個系數就可以了。而這個系數在校準的時候可以改。

作者: weblyang 時間: 2007-11-8 13:32
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作者: lymex 時間: 2007-11-8 15:52

原帖由 weblyang 于 2007-11-8 13:32 發表

這是老大發在無忌上的一個帖子，被我引用過來。
為什么拆了一個3456A以后，老大就覺得用σ-△來做很困難呢？3456（8）A里的前置放大器，選擇開關，濾波器（如果有的話）都是怎么樣呢？銅和芯片引腳之間的熱電勢動輒幾uV，這些又是怎么處 ...

拆了個3456A以后感覺用σ-△來做萬用表很困難，主要是外圍做不好，比如保護、切換、前置放大、分壓、濾波等，3456A用一個大板來做這些工作，里面用了不少定做的專用器件。后面有一張圖，如果感興趣我再貼。另外，我手里有3456A的維修服務手冊，包含電路圖和調試說明，15M，好像是在Agilent網站上下的。

銅和芯片引腳之間的熱電勢動輒幾uV，這個好象沒那么大，選擇合適的金屬組合可以降低到每度微伏左右，然后再加上平衡和均溫措施，就可以把熱電動勢減低到0.1uV級別，這對于8位半都不成問題，因為3458A分辨就是0.1uV的。對熱電動勢非常看中的，是納伏表，因為分辨1nV、噪音nV級別則要求熱電動勢非常低。可惜我的34420A還在保修期內，我還不想馬上拆開看內部。好象從輸入到前置放大之間是最重要的，用了兩層屏蔽/均溫措施。

HP3458A 8 1/2位數字式萬用表的A/D轉換器，文章見附件。

0hp5.jpg (210.73 KB, 下載次數: 653)

3456A的模擬板

HP3458A8（1／2）位數字多用表的模擬—數字轉換器（ADC）.pdf

207.27 KB, 下載次數: 231, 下載積分: 金幣 -1

作者: weblyang 時間: 2007-11-8 20:30
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作者: lymex 時間: 2007-11-9 00:11

原帖由 weblyang 于 2007-11-8 20:30 發表
看了這篇文章，感覺HP真是好啊，連這樣的東西都會寫出來，接近核心技術了吧？
不知道其他公司有沒有類似的文章，比如FLUKE的余數再循環，(曾經的)Wavetek的多斜多周期。好像還有個叫Schlumberger(斯倫貝謝?)的脈寬調制，Solartron ...

要寫“高精度萬用表的模擬數字轉換器”？太好了，我對這方面知道甚少。
我貼過一個萬用表轉換速度的圖，在這里再貼一次見后。
其中，Keithley 2002在8位半下速度最快，3458A緊隨其后，再就是日本愛萬得（Advantest）的R6581也很快。相比之下，8508A就慢多了。Fluke 8508A基本上是沿襲了英國Wavetek 1281的技術，其中的基準、A/D好象一點也沒動。而Wavetek是收購英國Datron的，看樣子就翻了牌子而已。

Solartron（輸力強）是老牌英國公司，也產過8位半的7081，但后來與德國的Schlumberger（施倫伯杰）合并。因此Schlumberger的應該就是Solartron的技術。Solartron估計是世界上首個8位半的萬用表。7081我以前差點花9.8k買個壞的。最近eBay有賣我沒參加結果被人以$1725買走（圖見后）。

Prema是德國公司，其8位半的6048的資料很少，只發現有以下網頁有點介紹：
http://www.ohh.de/6048.htm
http://www.ohh.de/5610.htm#multramp

speed.gif (8.84 KB, 下載次數: 657)

7d77_3.jpg (85.85 KB, 下載次數: 658)

Solartron/Schlumberger的7081

作者: thy888 時間: 2007-11-9 09:59
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作者: zmwangping 時間: 2007-11-12 10:57
標題: 對電路的理解
三極管Q2的BE極是測溫的（即連在8腳的三極管）！這個電路的Q2的VBE在0攝氏度時約為650mV,溫度系數約為-2.3mV/攝氏度。最終的溫度平衡在這個溫度點上：這時Q2的BE極電壓等于R4/R5分壓后的電壓！
我就不知道，是不是每個LTZ1000有Q2都是這個特性？
Q1（另一個三極管）的VBE是用來補償齊納管的正溫度系數的吧。

作者: lymex 時間: 2007-11-12 11:36
標題: 回復 39# 的帖子
分析正確。Q2就是測溫的，溫度是可以通過R4/R5的分壓與Vbe相等來調節的。
每個LTZ1000特性都是如此，但Vbe2稍有差別，設置成相同的R4/R5分壓比則溫度有幾度的差別。
另一個三極管正是做串聯溫補的，輸出等于償齊納管壓+Vbe，在兩個箭頭處引出。

作者: zmwangping 時間: 2007-11-12 15:58
標題: 對2樓數據的看法
我想請問2樓，表中的數據是實測還是計算的？如果是實測的，那與理論數據太吻合了！

[ 本帖最后由 zmwangping 于 2007-11-12 15:59 編輯 ]

作者: lymex 時間: 2007-11-12 16:00

原帖由 zmwangping 于 2007-11-12 15:37 發表
2樓基準電阻與溫度的數據是計算的吧。
因為沒有考慮到Q2有基極電流Ib的影響。按照典型的圖，Ic約為100微安，Q2的直流放大倍數最小為80，最大為450，典型的為200（按照LTZ1000的典型數據），按200計算，則Ib為0.5 微安。在R4上會有約7 ...

2樓基準電阻與溫度的數據的確是計算的，但其中的參數2.3mV/C是根據幾個要素調整的，因此實際上考慮了放大倍數以及Ib的綜合變化。這幾個要素其中之一，是那個經典文章（7樓，有圖），另外，也包含了實測數據，測量過幾次，以下為某次結果，與計算值還是有少許誤差。

tempr.gif (16.39 KB, 下載次數: 687)

作者: zmwangping 時間: 2007-11-12 16:34
標題: 對實測數據的看法
好象沒有考慮齊納管的工作電流變化對Vz的影響。
按照廠家數據，工作電流1毫安變化到5毫安時，Vz可以有80-240毫伏的變化呢。其中80是典型的數據。
建議測一下在同一溫度下齊納管的電壓與工作電流的關系，排除后計算齊納管的溫度系數！
如有資料，請上傳！

作者: zmwangping 時間: 2007-11-12 18:21
標題: 請問42樓
在數據表中的“內部改溫”代表什么？

作者: lymex 時間: 2007-11-12 21:01

原帖由 zmwangping 于 2007-11-12 18:21 發表
在數據表中的“內部改溫”代表什么？

內部改溫就是內部改正溫度，綠色的部分都是手工輸入的，其它部分是用公式計算的。
上表計算中的確沒有考慮齊納管的工作電流變化對Vz的影響，但這個表僅僅是計算上電阻（R4）與內部工作溫度用的。
2樓的表也是同樣作用，但綜合考慮個各種影響，因此把本來比較大的溫度系數改到了-2.3mV/C。
事實上，盡管改動R4后齊納管的工作電流會變，但變化不大。實際工作中，只要各電阻阻值選定，那么齊納管的工作電流也就固定了，齊納管的斜率電阻對輸出沒有影響。

另外一個相關的稍微擴展的話題，就是這個基準電路如何去做才能做好？外圍元件如何選擇？做好其實主要有三點：
1、輸出電壓不隨外界溫度而變
2、輸出電壓不隨供電電壓而變
3、輸出電壓不隨時間而變
以上1我測試統計過，幾乎看不出來。以上2我測試過，電源電壓變動3V（從12V變到15V），輸出變化<0.1ppm可以忽略（而且與元件選擇無關）。以上3是我測試的重點，大部分器件滿足1ppm/年的指標。

也許，我們最關心的是，各外圍電阻要是（由于老化或者溫度）變化了，對輸出到底有多大影響？
盡管Linear已經給出標稱值，但仍然是我測試的重點，某次測試結果見后表，結果描述如下：
電流采樣電阻，變化100ppm對輸出有-0.14ppm的影響，比Linear給出的1ppm要小得多
分壓電阻變化100ppm對輸出有近1ppm的影響，與Linear給出的1ppm很吻合
R2（溫補三極管用）變化100ppm對輸出有0.4ppm的影響，比Linear估計的0.3ppm要大。
R3（測溫三極管用）變化100ppm對輸出有0.04ppm的影響，比Linear估計的0.2ppm要小很多。

以上測試實際上對不同電路在不同時間進行過多次，結果類似，改數據是我選擇各電阻依據。

RVar.gif (13.24 KB, 下載次數: 658)

各外圍電阻變化對輸出的影響

A55.jpg (109.43 KB, 下載次數: 680)

我自己用LTZ1000做的基準

作者: zmwangping 時間: 2007-11-13 07:03
從數據看，采樣電阻對輸出的影響小，實際上也說明了齊納管因工作電流的變化所引起的變化小。
你測試用的板子上的其它元件的參數是否與Linear一樣？

作者: lymex 時間: 2007-11-13 08:43
標題: 回復 46# 的帖子
我的關鍵元件（主要是幾個電阻）都是定做的，并在安裝前經過測試。
其它元件Linear也沒有要求，當然也采用能買到的好器件，裝前也測試。
與3458A內部的電路板比，Q1我采用小功率的因為加熱電流最多幾十mA。

作者: zmwangping 時間: 2007-11-13 09:54
我大致同意你的研究方法，即我們要保證基準的輸出電壓不變，首先要研究是什么使它變化！
你從這三個方面研究：1、輸出電壓隨外界溫度的變化情況；2、輸出電壓隨供電電壓的變化情況；3、輸出電壓隨時間的變化情況。
除了第2點（即輸出電壓隨供電電壓的變化情況）外，其他兩個可以歸結為輸出電壓隨幾個電阻的變化（即R1-R5）的變化。
用實驗的方法來研究，也是一種好的方法。
我想，如果我們能從理論上來說明幾個電阻的變化是怎樣使輸出電壓變化的，最起碼要說明主要是通過什么渠道使輸出電壓變化的，則會使研究更深入一步。到現在為止，我們可以這么認為：
一、R1的變化，主要使齊納管工作電流變化，從而引起輸出電壓的變化。
按照linear的數據，在工作電流為2.5mA-5mA內，齊納管與Q1的Vbe聯合作用，其動態電阻約4個歐姆（從圖中測算）。按照這個數據，當R1從140歐變化到138.067歐時，輸出電壓應變化0.19mV（升高）(按Vbe1=474mV計算)，你實測的為.135mV。這可以這么解釋：當輸出電壓升高后，LTZ1000的溫度下降，使輸出電壓下降。但從總的輸出電壓上升了0.135mV來看，“R1的變化，使齊納管工作電流變化，從而引起輸出電壓的變化”是主要因素！
二、R4/R5的變化，主要使LTZ1000的溫度變化，從而使輸出電壓變化。這點不用多說明。
剩下的問題，是R2和R3的變化，是怎樣使輸出電壓變化的呢？這點我正在研究。
我是紙上談兵，因為我手中沒有實驗的條件。
有什么不對的，請指教。

作者: lymex 時間: 2007-11-13 10:40
標題: 回復 48# 的帖子
有關最終的輸出到底隨什么變化的問題，與電阻的確相關，但與LTZ1000更有關系。看我45樓的表的“抑制倍”一列，表明電阻的不重要性到底是多少，是越大越好。當抑制倍為100的時候，電阻變化了100ppm才對輸出有1ppm的貢獻，但LTZ1000本身變化1ppm則輸出變化就是1ppm。事實上，我們要是不犧成本選擇好的電阻做到10ppm/年沒有任何問題，此時對輸出的貢獻就可以小到0.1ppm/年。但根據LTZ1000的手冊推算，其年不穩定度是0.83ppm，因此，還是LTZ1000本身對不確定度的貢獻最大。
這個器件和電路之所以成功，就是因為對外界元件要求的比較松，松了100倍以上。

是的，電阻的變化對輸出的變化，分析的沒問題。至于R2和R3，是決定了Q1和Q2工作電流的，兩個電阻的壓降大約都是6.3V很穩定的，因此變化的R2、R3將引起工作電流變化，這就直接影響兩個管子的Vbe，因此導致輸出變化。R2直接影響補償管因此影響大些。

作者: zmwangping 時間: 2007-11-13 11:02
對，當T=65攝氏度時，長期穩定性指標為2微伏/SQRT（kh）！據此可以推算年穩定性。不知降溫之后這個指標改變多少？比如T=55攝氏度時。

作者: lymex 時間: 2007-11-13 11:39
標題: 回復 50# 的帖子
降溫之后這個指標改變見2樓的分析，結論是每降低10度穩定性提高1倍，或者漂移減半。
圖在7樓。

但我現在感覺，這個關系在溫度高的情況下比較準確，在常溫或者低溫下可能就不太準了，畢竟P.J. Spreadbury也沒有測量過35度以下的情況。

作者: zmwangping 時間: 2007-11-13 14:26
7樓圖中的數據怎么和0.8ppm/a的數據差這么大，在T=65攝氏度時？

作者: lymex 時間: 2007-11-13 14:46
標題: 回復 52# 的帖子
可能的解釋是：
1、他測試的時間短而且是按照線性外推的方法，不是Linear的開平方方法。
2、LTZ1000在開始的時候穩定性比指標還要差，見數據表第一頁下面的圖，10天就變化了1ppm多，是沒有預處理的。
3、Linear給出的指標應該是有預處理的，否則1000小時（42天）2uV（0.3ppm），與第一頁的圖矛盾。
4、Linear現在的器件比典型值略好，但當時器件比典型值略差。

作者: zmwangping 時間: 2007-11-13 16:24
按照42樓的實測數據來推算，確定與實際相差較遠。不知對LTZ1000的溫度測量有沒有問題？怎么測的呢？

作者: lymex 時間: 2007-11-13 20:13
LTZ1000的內部溫度，最好還是從加熱電流和加熱功率來推算，因為熱阻400度/W是固定的。
先測量一下加熱電阻的阻值（每個器件不同），然后測量穩定后的總電流，再減去運放的電流、穩壓管的電流、Q1Q2的電流等，這樣，加熱電阻的加熱功率可知。另外，還有穩壓管的加熱功率、兩個三極管的加熱功率。

作者: zmwangping 時間: 2007-11-14 06:36
我看一些資料介紹，加熱的電流波形是矩形波。不知測定下來是不是這樣？如果這樣，測電流應該是個不穩定的數值！

作者: lymex 時間: 2007-11-14 10:00
標題: 回復 56# 的帖子
LTZ1000典型電路中加熱電流是穩定的，不可能是矩形波。你說的矩形波很可能是Wavetek的WU7000系統，也就是Fluke的7000系統（我前面有文章連接），在掉電后重新加電的“退磁”過程。即便這個過程也是臨時的，穩定后都是恒定電流。我測量的結果電流也自然是恒定的。

作者: zmwangping 時間: 2007-11-14 15:19
是不是根據"Die Temperature Rise vs Heater Power"線來推算LTZ1000內部的溫度？即由穩定狀態加熱器上消耗的功率來推算溫度？

作者: lymex 時間: 2007-11-14 21:00
標題: 回復 58# 的帖子
是的。其實這個曲線到最后的結果是與熱阻吻合的，因此直接用熱阻也可以算出來。

作者: zmwangping 時間: 2007-11-15 10:14
標題: 對55#的疑問
加熱電阻不是用的7V電源，怎么能用總電流來算加熱功率？
你能舉個具體的例子說明一下怎么推算的呢？
就用42#的數據，我不理解你的加熱電流與加熱功率是怎么得出的。
先謝謝指教！

作者: lymex 時間: 2007-11-15 13:37
標題: 回復 60# 的帖子
1、首先，總電流可以測量出來吧？
2、其次，非電阻加熱電流可以求出來吧（見我55貼，一共三個）？
3、加熱電阻可以測量出來吧？
4、因此，總加熱功率=電阻加熱功率+其它加熱功率
其中，電阻加熱功率=加熱電阻 * (總電流-非電阻加熱電流)^2
其它加熱功率=穩壓管電流*穩壓管電壓 + Q1Q2的電流之和*0.7V

作者: zmwangping 時間: 2007-11-15 16:01
按照6#的圖，加熱電阻與運放是一個電源，可是與穩壓管、Q1Q2不是一個電源（一個是15V，一個是7V）。不能簡單地相減吧？
這怎么來理解呢？

作者: lymex 時間: 2007-11-15 22:00
我用的就是一個電源。
LTZ1000數據手冊里面的是一個示意圖，或者說是為了說明問題的一個電路，但實際上都是用一個電源的。
Linear自己在AN86里（43頁）的實際電路中也用了一個電源。因此，可以相減。
當然，這個電路有個嚴重的問題：有短路環，因此不要真的按照這個電路去實際制作。

補充：6#也是用的單電源，盡管有兩個地，但加熱地最后要接另外的地（Tied to Ground）。
7V是輸出，不是電源。

[ 本帖最后由 lymex 于 2007-11-15 22:07 編輯 ]

AN86.gif (18.78 KB, 下載次數: 796)

作者: zmwangping 時間: 2007-11-16 09:12
對于42#的表中的電流數據，總電流應該大致等于加熱器的電流加齊納管的電流加運放的電流（三極管的電流及R4支路的電流不計），但在表中總電流與齊納管及加熱器的電流之和的差值不是恒定的值（其差值應該大致為運放的電流）。是不是運放的電流變化大了？

作者: mianyang-li 時間: 2007-11-29 13:53
提示: 作者被禁止或刪除內容自動屏蔽

作者: zhengzheng 時間: 2007-12-21 13:58
標題: 回復 10# 的帖子
打不開附件。
怎么才能看附件!

作者: zhengzheng 時間: 2007-12-21 14:06
標題: 回復 63# 的帖子
以后多多聯絡!
我所在的公司是電學廠但我電學類一般般。
Mail:zz1-1@163.com

[ 本帖最后由 zhengzheng 于 2008-1-23 19:55 編輯 ]

作者: mianyang-li 時間: 2007-12-23 08:59
提示: 作者被禁止或刪除內容自動屏蔽

作者: lymex 時間: 2007-12-23 21:28

原帖由 mianyang-li 于 2007-12-23 08:59 發表
樓主的理論和實際操作水平真是太牛了，感覺研究經費也比較牛！

謝謝，我可是完全自費的呦不能算多，好處是沒有任何人告訴我必須買什么，或者什么不能買。

原帖由 zhengzheng 于 2007-12-21 13:58 發表
打不開附件。
怎么才能看附件!

先保存起來。pdf文件需要閱讀器Adobe reader

原帖由 zmwangping 于 2007-11-16 09:12 發表
對于42#的表中的電流數據，總電流應該大致等于加熱器的電流加齊納管的電流加運放的電流（三極管的電流及R4支路的電流不計），但在表中總電流與齊納管及加熱器的電流之和的差值不是恒定的值（其差值應該大致為運放的電流）。是不 ...

運放的電流是基本不變的。我測量時持續了較長時間，因此估計與室內溫度變化（因此加熱電流也相應變化）有關

作者: autopccopy 時間: 2008-1-10 01:37
提示: 作者被禁止或刪除內容自動屏蔽

作者: markli226 時間: 2008-1-10 22:54
又學了不少，樓主看來真是高手！對于我來說，別說改，拆開都需要勇氣。

作者: autopccopy 時間: 2008-1-11 21:24
提示: 作者被禁止或刪除內容自動屏蔽

作者: hedgehog 時間: 2008-1-19 11:37
2VO，不知你測過LTZ1000A新件的老化情況么？要在多少hrs后才能達到比較穩定的狀態？

作者: lymex 時間: 2008-2-21 10:25
標題: 回復 74# 的帖子
這個還真沒特意測試過。我要過兩個新樣品，05年生產的，其中一個由于電壓與老器件偏離稍大不好做平均轉給別人了。另外一個做好了就一直加電測試，剛才看了一下數據圖表，現在一年多了，變化沒超過1ppm。從一開始漂移就很難看出來。

作者: yaojinbei 時間: 2008-3-4 21:10
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作者: music_586 時間: 2008-3-7 20:31
標題: 回復 3# 的帖子
終于長見識了music_586@126.com

作者: cp0322 時間: 2008-3-21 14:18
樓主是2VO吧! 這里也能看到大佬的精彩文集!

作者: lymex 時間: 2008-3-23 08:17
標題: 回復 78# 的帖子
是我呀，感謝各位鼓勵！
改動后已經快8個月了，效果良好。

作者: wildmaql 時間: 2008-4-23 18:54
提示: 作者被禁止或刪除內容自動屏蔽

作者: haishangfeiyan 時間: 2008-4-23 19:28
分析的好專業喔!真羨慕

作者: lzdldxsj 時間: 2008-4-26 12:41
標題: 回復 79# 的帖子
大佬啊
我走了那么多的地方就是為了找到你
向你學習
多多指教啊！

作者: elchb 時間: 2008-4-26 13:22
lymax就是BG2VO?

作者: lymex 時間: 2008-4-26 13:35
標題: 回復 83# 的帖子
是的，bg2vo是我的呼號。

作者: nywhw 時間: 2008-5-7 18:11
我也是火腿，bg4Ikq ，八重洲80c 空中見，73

[ 本帖最后由 nywhw 于 2008-5-7 18:22 編輯 ]

作者: cycchenchao 時間: 2008-5-29 09:23
呵呵..這次我還真的長見識了,

作者: lzxya 時間: 2008-6-10 09:26
標題: 我有臺7081，也想做個電壓基準
我有臺7081，也想做個電壓基準，看了論壇的貼后，覺得電阻很難找。

作者: lymex 時間: 2008-6-11 12:09
標題: 回復 87# 的帖子
7081很不錯的，就是可能年頭久了不確定性增大。可以用0.01%的電阻和AD587KR-10V進行非正式的電阻和10 V測試傳遞，短期內分別可以達到5ppm和10ppm之內。

作者: botang007 時間: 2008-11-10 21:00
厲害！搞電學檢定5、6年了，是lymex的“發燒”讓我對自己的工作有了新的理解！
希望有機會去大連拜訪一下lymex, 以及他的專業級別的新實驗室。

作者: sunmoon 時間: 2009-1-7 21:33
牛!
能轉讓個電阻嗎？我想試試
Email:pengming@263.net

作者: lymex 時間: 2009-1-10 00:52

原帖由 botang007 于 2008-11-10 21:00 發表
厲害！搞電學檢定5、6年了，是lymex的“發燒”讓我對自己的工作有了新的理解！
希望有機會去大連拜訪一下lymex, 以及他的專業級別的新實驗室。

歡迎參觀指導！

原帖由 sunmoon 于 2009-1-7 21:33 發表
牛!
能轉讓個電阻嗎？我想試試
Email:pengming@263.net

是要并聯的那個75k嗎？沒問題，告訴我地址，我用平信郵寄過去。

作者: sunmoon 時間: 2009-1-11 12:10
是啊，詳細地址Email給你，請查收

作者: 家有開心果 時間: 2009-2-1 00:01
3457可以用LT1000做基準嗎？

作者: jinma 時間: 2009-4-3 02:49

原帖由 lymex 于 2007-8-29 14:08 發表

謝謝！
這個改裝一度停止了，過幾天再接著來。752A已經拆解，但由于在測試我自己另外4個自制電阻的時候發現漂移比預期的大，現正找原因。
下圖為自己做的另一個，用了4只Vishay VHP101，而這個VHP101在3458A里用做內部基準。

...

4個電阻在淘寶也看過

作者: powerlrq 時間: 2009-8-25 09:27
受益非淺啊！要是有電路分析就更好了:lol

作者: ESWOOD 時間: 2009-10-31 20:32
確實了不起！搞此類研究國內有兩高手，一個在大連，一個在北京，巧了都姓張。值得我們學習！

作者: agrimony 時間: 2009-12-23 09:50
好文章，拜讀了

作者: ESWOOD 時間: 2009-12-23 11:05
北京的張先生有新的成果，電壓的基準技術以通過相關部門驗收，目前領先。

作者: joe.jiang 時間: 2009-12-26 08:21
高手就是高手，佩服佩服，我們的一臺3458A在睡覺，決定研究研究

作者: redtony 時間: 2009-12-26 11:07
高手就是高手，佩服佩服

作者: GRN 時間: 2009-12-28 02:00
http://bbs.38hot.net/ lymex----在這上面又有很多大作，有感興趣的朋友可以過去看看。

歡迎光臨計量論壇 (http://www.dy313.com/)

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