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通过自动校准ACAL功能提高DMM测量的稳定性和精度

更新时间:2024-02-27      点击次数:159

什么是数字万用表的自动校准?

自动校准 (ACAL) 是指设备或系统自动进行自我校准的能力。例如,每次启动打印机时,打印机通常都会执行一次自我校准。这种校准涉及许多内部传感器和打印头位置的物理参考,以便打印机能够长期准确打印。

同样,电子测试和测量仪器(如数字万用表 DMM)也需要进行自我校准,以确保其测量结果随着时间(包括环境温度变化)的推移始终准确无误。

使用台式或系统 DMM 进行精确测量对大多数应用都至关重要。然而,温度系数误差是经常被忽视的一点。温度系数误差的基本前提是,如果您使用 DMM 的温度与校准仪器时的温度不同,则需要增加误差,以反映温度系数规格。

大多数 DMM 都是在温控环境下进行校准的,温度通常为 23 °C。然而,实际环境中的 DMM 会遇到与校准实验室不同的温度。阅读本文可以了解现代 DMM 如何帮助您最小化温度系数带来的测量误差。

DMM 自动校准的优点:

减少因环境温度变化造成的直流电流、直流电压和电阻测量误差。

减少随时间变化的测量漂移,提供整体稳定性和准确性。


ACAL 如何提高测量稳定性和准确性?

DMM 自动校准功能的目的是减少温度漂移误差和内部漂移误差。例如,在具有自动校准功能的 DMM 中,内置温度基准会跟踪 DMM 的校准温度。它会自动了解当前温度、校准和温度变化。

1 DMM 自动校准和详细信息屏幕的示例。

1.png

1. DMM 的自动校准屏幕

您可以通过前面板上的按钮或SCPI编程命令临时使用自动校准功能,也可以使用 SCPI 编程命令定期执行自动校准,以适应您的测试环境。比较好的做法是至少每 24 小时执行一次自动校准,以尽量减少温度漂移造成的误差。最好在生产测试班次开始之前执行自动校准。

2显示了一个 7.5 位数字万用表自动校准 (ACAL) 和不自动校准 (ACAL) 的直流电压规格表示例。精度规格单位为 ±(读数百分比 + 量程百分比)。

A - 显示 DMM 的多个直流电压量程。

B - 显示直流电压精度规格和相对于校准标准的时限。

C - 显示上次 ACAL ± 2 °C 以外每 °C 的附加误差。如果不使用自动校准,请使用此栏。

D - 显示 ACAL ± 2 °C 以外各 °C 的附加误差。如果使用自动校准,请使用此栏。

2. 7.5 位数字万用表的直流电压规格表示例

如果您想用 7.5 位数字万用表测量 10 V 量程上的 9 V 电压,这两种情况下的直流电压精度如图2中的规格表所示。

情况 1:不在 DMM 中使用 ACAL

保证精度可参考 10 V 量程下1年期精度规格。计算结果来自 B 栏(蓝色)中的误差,加上 C 栏(橙色)中最后一次 ACAL ± 2 °C 以外每 °C 的误差。

情况 2:将 ACAL DMM 结合使用

保证精度可参考 10 V 量程下1年期精度规格。计算结果来自 B 栏(蓝色)的误差,加上 D 栏(绿色)中超出 ACAL ± 2 °C 的每个 °C 的误差。

例如,让我们计算一下图 2 7.5 DMM 1 年基准精度:

1 年基准精度 = 9 * 0.0016% + 10 * 0.0002% = 0.000144 + 0.00002 = 0.000164 V (0.164 mV)

1 年基准精度使用图 2 中的 7.5 DMM - 9 V ± 0.164 mV

如果选择情况1那样跳过 ACAL 步骤,则温度系数误差的引入参考非 ACAL 列。在 TCAL ± 2 ˚C 之外的每摄氏度,您将添加以下值:

9 V * 0.0005% + 10 V * 0.0001% = 0.000045 V + 0.00001 V = 0.000055 V (0.055 mV)

基准规格适用于 22 ˚C + 2 ˚C = 24 ˚C。由于我们的工作温度为 40 ˚C,因此需要将温度系数乘以 16 ˚C40 ˚C-24 ˚C = 16 ˚C)。

最终计算结果为

9 V ± (0.000164 + 16 * 0.000055) = 9 V ± 0.00104V (1.04 mV)

温度系数误差将电压测量误差增加到 1.04 mV - 这是原规格的 600%

如果选择情况 2,则可以通过 ACAL 大大降低温度系数误差。通过在精确测量前不久执行 ACAL,通常可以认为温度变化不会超过 2 ˚C

使用带有 ACAL 规格的新温度误差列,现在的温度误差为

9 V * 0.0001% + 10 V * 0.0001% = 0.000009 V + 0.00001 V = 0.000019 V (0.019 mV) 乘以 16 度,即9 V ± (0.000164 + 16 * 0.000019) = 9 V ± 0.000468 V (0.468 mV)

使用 ACAL 的总体精度远高于不使用 ACAL 的规格,精度提高了 285%,比不使用 ACAL DMM 规格更准确。

3 7.5 DMM 的摘要,以及打开和未打开 ACAL 时的精度水平。示例在 10 V 量程上测量 9 V,校准温度为 22 ˚C,工作温度为 40 ˚C

3. 使用和不使用自动校准的 DMM 精度比较


何时需要使用自动校准功能?

1、在温度多变的实验室进行高灵敏度、高精度测量时使用自动校准功能。

您当然希望使用 DMM 进行高灵敏度测量的同时最大限度地提高精度。然而,实验室的温度在一天之内可能会有几度的变化。这种温度变化会直接影响测量的准确性,并可能影响数据的质量。如果实验室的工作温度与校准 DMM 时的温度不同,情况就更是如此。

2、当系统内部温度高于环境温度时,如何进行 DMM 机架端测量。

您已将 DMM 放置在机架中,并控制了气流和温度监控(图 4)。即使采取了这些预防措施,由于系统中还有其他仪器,系统内部温度仍比环境温度高 15 °C。由于温度升高了 15 度,您的 DMM 读数规格现在高于温度系数的设计公差。ACAL 可以减少您的温度系数误差,帮助您满足 DMM 测量的规格预算。

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结论:

DMM 的工作温度会影响读数的准确性。具有 ACAL 功能的 DMM 可以大大降低温度系数误差。ACAL 的操作时间不到 20 秒,您可以经常执行这项任务,以确保最佳精度。

目前,支持ACAL自动校准功能的DMM产品包括6.5DMM 34465A7.5DMM 34470A以及我们8.5 DMM常青树3458A,它们可以帮助您在存在温度误差的情况下确保读数准确。

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