八筛子 八筛子
大滚叔
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手持式8.5-Digit万用表的制作(第一节,自己制作万用表的起因 手持式8.5-Digit万用表的制作 继上次在本吧发了第一个帖子,订购一台8558A之后,现在发第二个帖子补上购买的起因与一些思考。 ------------------------ 虽然看起来谈论的话题有点高大上,但是本人其实只是断断续续入坑了一年半万用表,也并不是搞这行的。主观论断占比会偏大,难免出现大大小小的错误,若发现错误之处请大家在楼下不吝指教。 ------------------------ 下面通过对标题的逐字提问,引出为什么想把万用表做成“这样”。 确实有点长,看“简要回答”就好了…… ----- 【问题1:为什么是自己制作万用表,而不是购买现有的商品?】 简要回答:因为在满足个人需求的情况下,商品万用表的总体积过于庞大,总价格过于昂贵。 详细解释: 数字万用表经过数十年的发展,按照用途分类,目前已经可以明确的被划分为两类。 第一类被设计用于维修/检查,强调可靠性与安全性,一般需要便携。绝对精度要求不高,不会优于0.01%(100ppm),典型在0.2%。因为多数情况下是为了确认电压是否正常,而不是精确测量。对于4.2V锂电池,0.2%的误差上下线分别是4.21V和4.19V,以确认电池是否过冲为目的,显然足够精确。因为我需要更高的精度与分辨力,所以无法购买此类万用表。 第二类被设计用于研发生产/实验室,多在6.5位及以上,台式设计。精度大约在0.001%(10ppm)量级。与手持式万用表的重要区别之一在于采样速度可变,最慢约0.5个读数每秒,此时达到最高6.5/7.5/8.5位分辨力。最快约100,000个读数每秒,此时大约具有4.5位分辨力,自动档也能像通断档一样反应快。然而,每个台式万用表只有一个输入信号,如果希望以尽量高的分辨力同时测量4个信号,例如DC-DC转换效率(2个电压与2个电流),则需要4台万用表,占用惊人的体积,与惊人的重量(40公斤)。 由于我需要同时以高分辨力测量多个信号,而不能占用过多的空间或花费过多的费用,因此选择自己制作数字万用表。 【问题2:为什么是8.5位,而不是7.5位或9.5位?】 简要回答:因为做慢速的7.5位还不如直接买(一脸嫌弃),而真正意义上的9.5位无法在合理的体积内实现,每相差1位,性能相差10^2=100倍,目前科技水平不够做9.5位。换句话说即使能做出来,重量也会超过100公斤,价格超过1,000,000元。(看起来没那么夸张??但这种东西的实际用途有多少) 详细解释: 一般来说,只要高位表的最大计数略超过999...9,即刚好达到或超过1000...0,第一位就可以被认为是一个0.5位(至少可以显示0和1这两个数字)。从噪声角度考虑,最大为1000...0计数的x.5位万用表的RMS噪声做到小于等于10^-x,才称得上是真正的x.5位万用表,例如6.5位表RMS噪声不应超过0.000,001(1ppm),简单来说就是不应超过最后一位的一个字。这里RMS的意思是均方根,每个读数分别与平均值做差,平方后再相加,除以读数的数量再开根号就是RMS噪声。RMS噪声与实际跳动的关系大约为6倍,若RMS噪声等于1个字,那么实际跳动大约6个字。 对于8.5位表,RMS噪声不应超过0.01ppm,实际各种型号并不相同。在每秒0.5次采样,输入短接连续采样10次时,R6581约0.01ppm,3458A约0.005ppm,换算过来R6581跳动6个字,3458A跳动3个字。有没有感觉8.5位表速度太慢了,但是倘若牺牲一点精度,可以换取恐怖的速度提升。噪声变大至10倍时,速度将会增加至10*10=100倍,即每秒产生50个7.5位读数(跳3字)。无论是速度还是精度,都大幅领先常规的6.5位万用表。 因此,如果自己制作一个慢速7.5位万用表,还不如购买一个8.5位万用表然后调成高速7.5位模式进行多通道采样。当然,这样性能比不上买4块8.5位表。 【问题3:为什么是手持式,而不是台式万用表?】 回答:因为自己制作的万用表有一个天生弱项,这项指标达不到8.5位水平,因此不想和商品8.5位表硬碰硬,这也是我购买Fluke 8558A的原因(尽量校准掉这个弱项,使其不拉那么多后腿)。与其做成台式去硬碰硬,不如做出差异来。次要原因是目前手持表最多6.5位(而且很水),希望能给因为某些原因不愿意购买台式设备的(吧友)一个手持表的新希望,证明手持表不会止步于6.5位,而是8.5位(个别指标7.5位,个别指标摸9.5位屁股),重量小于1公斤。最后再说几个手持式带来的特点,由于金属外壳的安全原因,没有1000V档,最高只会定在50V-100V之间。由于成本原因,无法使用LTZ1000或ADR1000,因此年变率难以优于10ppm,但是会做整体恒温(整个表一起恒温,不单基准恒温)。
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