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如何制造一个简单的精密万用表校准基准?

用精密电流检测电阻制作一个简洁易用的精密万用表校准基准。

工业/应用领域:测量仪器

应用产品:CSM2512: 5 mΩ, 1 W, 精度 0.1%

面临的挑战

为了促进太阳能发展,笔者发明了一款太阳能自行车:Sunflyer太阳能自行车。研制这款自行车的过程中涌现出许多有创意的解决方案,比如DIY的数字万用表(DMM)校准。众所周知,要获得精确的测量结果,万用表需要定期被校准。对许多企业来说,设备校准通常是委托给其他机构的。但是对于业余爱好者来说,这太贵了,有时候甚至比买一个新的万用表还贵。

为了解决这个问题,我们设计出了一个简单的万用表校准过程,从而可以自己校准DMM。下面展示就是对PeakTech 2010的校准。

应用案例数字万用表(DMM)校准配图1.png

图1: PeakTech2010 万用表

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图2: 精密万用表校准基准

 

所以到底什么是数字万用表(DMM)如今模拟电路变得越来越复杂,而且需要更严格的精度。电流、电压、阻值等不同的参数需要被精确测量,以满足所需要求。DMM是分析电路工作和电气参数的测量工具,它能够集许多测量功能于一体。万用表的基本功能是测量电流、电压、阻值、频率、周期、电容和温度。

 

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图3: 精密万用表校准基准图解

 

万用表通常分为两种: 模拟万用表和数字万用表。模拟万用表是通过指针在表盘上指出相应的刻度来读取测量值的。而数字万用表则通过数字来表示测量结果,有的表同时也会显示一个与测量值成比例的长条。

 

解决方案

我们使用威世精密集团的 5 mΩ, 1 W CSM2512 精密电流检测电阻用来研制万用表校准基准。这个电阻具有极低的热电势(EMF),这对精密直流应用场合来说非常关键。CSM2512全焊接结构是由Bulk Metal®箔电阻元素与焊接铜引脚组合而成的,引脚镀了焊料。电阻层与引脚相接的整个边缘上都是完全的欧姆接触,这样无疑最小化了两侧温度的差异。除此之外,焊接引脚的材料与电阻箔层的材料之间适应性良好,从而保证其散热一致,不产生热点。

 

与模拟电路相关的稳定性问题非常普遍,但是在关键场合明智地选择几个高品质电阻、网络电阻或者微调电位器就能很好地提升电路整体性能和长期性能,同时也能让研发工程师松一口气。除此之外,系统整体的成本通常情况也会下降。因为聪明的研发工程师会将成本集中到几个格外稳定的元件上,这些元件优异的最小偏差和环境稳定性通常可以省去额外的补偿电路或温控系统。产品更高的可靠性和更好的整体性能也将会使企业在业内获得优秀的成绩,增强市场接受度和产品的声誉。

应用案例数字万用表(DMM)校准配图4.png

图4: CSM2512 电流检测电阻

 

设计者通常为更高的精度花更多的钱,仅仅是去适应即将发生的阻值稳定性漂移,这种漂移是由于对他们选择的元件进行大型的应用相关的改变而产生的。选择像CSM2512这样的高稳定性元件可以免于对“预计的不稳定性”进行补偿,并且相比于其他科技的电流检测电阻,允许使用更宽松的初始精度。

 

用户反馈

使用威世精密集团的CSM2512四脚开尔文连接精密电流检测电阻,让制造一个简单的精密万用表校准基准变成可能。

 

我们不必去对万用表内部进行调整,而且通常情况下进行内部调节也是不可能的。我们仅仅需要使用由校准器获得的校准系数来修正DMM就可以了,这样做也更加高效。但是交流测量不能被校准,不过这也不算是问题,因为在实际情况下,只有直流电压需要被精确测量。

 

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图5: 四脚开尔文设计

 

DMM中使用的模数转换是线性的。由于积分电容的电介质吸收作用和积分器与比较器的转换率,在接近零和满量程的时候,线性度方面可能会出现一些小的错误。因此交直流线性度也需要被检查,尤其是在量程的10%和90%的位置。注意在进行90%量程检测的时候,网络电阻比例需要反向。

 

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图6: DMM 线性度测试, DIY

 

点击次数: 108 次   更新时间:2018-12-24  【打印此页】  【关闭
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李希