如何精确的测量电压和电阻(LYMEX)

Lymex/bg2vo 2008-9-23

精确的测量电压

1、有一个好表

2、表要预热，一般要1小时，要求高的要3小时。具体预热时间多少，最好能测量出开机曲线，以便测量时做到心中有数。

3、被测电压源也要好。比如短期稳定度高、噪音小、温度系数要小

4、房间环境合适。温度不能太高或太低，湿度不能太大，不能有风，不要阳光直接照射。我国机房的标准温度是20℃，国外23℃。湿度最好能在60%或以下。

5、被测电压源也要开机预热。到底预热多长时间要具体看情况，最好也能做出开机曲线。

6、电压表要选择比较长的周期，有>10G阻抗的情况下尽量采用

7、测试线要选择好。如果电压源的输出电阻很小或者干扰不大的情况下一般不需要屏蔽。但内阻稍微大一些、干扰稍微大一些，还是屏蔽线为好。漏阻要求不高，如果电压源内阻比较小的情况下。低热电动势的插头插座并不一定要，因为普通插头插座热电动势1uV左右，在高电压（10V下）也就是0.1ppm，6位半没有必要。

8、接好后的稳定。所有接线接好后，要等待几分钟，让热量均衡后再测量。

9、读数方法，要多看几个，一致后再记录。如果最末位有小的变动，可以排除极端值以后取平均。

10、如果有参考标准源，那么再测试参考标准，比对一下自己的表的误差大小，再进行修正。

比如测试被测量量读10.0005V，而测试10.0002V的基准读10.0001V，那就知道自己的表偏低0.0001V，正确的被测试量就是10.0006V

精确的测量电阻

1到5条同上。

6、电阻表最好选择4线法，尤其是<=10k的时候。高精度测量100k也要4线，1M或以上可以用2线。

7、测试线要选择好。最好的材料是Teflon材料的4芯屏蔽线。假设你测试100k电阻，即便有10G的漏阻，对结果的影响也是10ppm很大了。

低热电动势的插头往往要求更高一些，因为测量电压一般比较小比如1V左右，这样普通插头插座热电动势的1uV左右的电压就会引起1ppm左右的误差。

当然，接好线后要等待几分钟，让热量均衡后再测量。

8、9同上

10、如果有参考标准电阻，那么最好要同时测量一下同值的标准，比对一下自己的表的误差大小，再进行修正。比如测试被测量量读10.0005kΩ，而测试10.0002kΩ的基准读10.0001kΩ，那就知道自己的表偏低0.0001kΩ，正确的被测试量就是10.0006kΩ。

附录：

一、什么是噪音？

噪音主要是0.1Hz到10Hz的低频不确定性，主要表现在测试时，最后的读数总在变动。

二、什么是短期稳定性？

短期稳定性一般指10分钟之内表的读数变化了多少。这个变化若很小，就可以在短期内测量多个标准进行比较。短期稳定性也可以认为就是重复性。

三、什么是线性？

线性就输入量和输出读数之间是否是直线的。把输入输出之间的关系画成曲线，理想情况下是一根直线。如果线性不好，就是有跳跃、有弯曲，不适合比例测量。一般6位半的表线性度为2ppm左右。也就是说，测量10V时，输出在任何时候偏离理想直线不超过20uV。

再比如输入2V读2.00000V，但输入4V读4.00007V，就是线性不好，偏离了70uV。

四、什么是传递特性？

传递特性，就是在间隔不长时间内，相继测试两个相近的量后的比较误差。

传递特性的好坏，直接与上述三个量相关。可以认为是上述三个结果之和。即：

传递特性=线性+短期稳定性+噪音

传递特性又叫比较特性，也叫转移特性。

因此，要追求好的传递特性，必须同时具备噪音低、短期稳定性好、线性好的特点。

之所以叫传递特性，是因为在标准传递、标准转移的时候常用这种比较。

五、常见万用表的几个特性如何？

34401A，噪音和短期稳定度指标2ppm，线性3ppm，传递特性7ppm，实际能在/2。

34420A，噪音和短期稳定度指标0.1ppm，线性1.3ppm，传递特性1.5ppm，实际在1ppm。

3458A，噪音和短期稳定度指标0.01ppm，线性0.1ppm，传递特性0.1ppm，实际在0.05ppm附近。（以上均为10V电压档参数）

六、万用表的老化重要吗？

老化又叫长期稳定性，一般用ppm/年来表示。

这个指标表明在一年后重新测试同一基准，读数到底变化多少。

指标当然重要，尤其是只有万用表、没有基准的时候。

但是，万用表的老化指标往往做的不太好，比如6位半的基本年差以30ppm为多，8位半的也就是3ppm到8ppm之间。

电阻档的年差更差一些，6位半的往往是100ppm，7位半的60ppm，8位半的是10ppm。

所以，要想更高精度的进行测试，只靠一个好的万用表仍然不够，因为再好的万用表的老化也赶不上好的外部基准的老化小。

基于LTZ1000和263的电压基准可以把老化做到1ppm/年的级别，而很多标准电阻，甚至是Fluke的金封电阻，能达到1-7ppm/年，都比万用表的电阻档老化小得多，更不用提老化只有10年2ppm的VHP202Z系列了。

七、基准和万用表的温度系数重要吗？

这个也很重要，尽管比不上老化，能排在第二位。

老化是不可逆的，老化的结果是不可预测的，只有你自己老化了也是不知不觉的。

但温度系数要好一些，实在不行可以用恒温环境来测试。

当然，业余条件下，没有这样的环境，就要求万用表、基准尽可能的有低的温度系数。

商品10V基准和10kΩ能做到0.05ppm/℃，是比较理想的，测试时甚至可以忽略。

高位万用表的温度系数在0.1ppm-2ppm/℃之间，温度范围变化大了就不能忽略了。假设不能改变测试环境，那么可以采用事先测试的办法，进行修正。

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