什么是數(shù)字萬用表的自動(dòng)校準(zhǔn)？

自動(dòng)校準(zhǔn) (ACAL) 是指設(shè)備或系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行自我校準(zhǔn)的能力。例如，每次啟動(dòng)打印機(jī)時(shí)，打印機(jī)通常都會(huì)執(zhí)行一次自我校準(zhǔn)。這種校準(zhǔn)涉及許多內(nèi)部傳感器和打印頭位置的物理參考，以便打印機(jī)能夠長期準(zhǔn)確打印。

同樣，電子測(cè)試和測(cè)量儀器（如數(shù)字萬用表 DMM）也需要進(jìn)行自我校準(zhǔn)，以確保其測(cè)量結(jié)果隨著時(shí)間（包括環(huán)境溫度變化）的推移始終準(zhǔn)確無誤。

使用臺(tái)式或系統(tǒng) DMM 進(jìn)行精確測(cè)量對(duì)大多數(shù)應(yīng)用都至關(guān)重要。然而，溫度系數(shù)誤差是經(jīng)常被忽視的一點(diǎn)。溫度系數(shù)誤差的基本前提是，如果您使用 DMM 的溫度與校準(zhǔn)儀器時(shí)的溫度不同，則需要增加誤差，以反映溫度系數(shù)規(guī)格。

大多數(shù) DMM 都是在溫控環(huán)境下進(jìn)行校準(zhǔn)的，溫度通常為 23 °C。然而，實(shí)際環(huán)境中的 DMM 會(huì)遇到與校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室不同的溫度。閱讀本文可以了解現(xiàn)代 DMM 如何幫助您最小化溫度系數(shù)帶來的測(cè)量誤差。

DMM 自動(dòng)校準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)：

ACAL 如何提高測(cè)量穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性？

DMM 自動(dòng)校準(zhǔn)功能的目的是減少溫度漂移誤差和內(nèi)部漂移誤差。例如，在具有自動(dòng)校準(zhǔn)功能的 DMM 中，內(nèi)置溫度基準(zhǔn)會(huì)跟蹤 DMM 的校準(zhǔn)溫度。它會(huì)自動(dòng)了解當(dāng)前溫度、校準(zhǔn)和溫度變化。

圖1是 DMM 自動(dòng)校準(zhǔn)和詳細(xì)信息屏幕的示例。

圖 1. DMM 的自動(dòng)校準(zhǔn)屏幕

您可以通過前面板上的按鈕或SCPI編程命令臨時(shí)使用自動(dòng)校準(zhǔn)功能，也可以使用 SCPI 編程命令定期執(zhí)行自動(dòng)校準(zhǔn)，以適應(yīng)您的測(cè)試環(huán)境。比較好的做法是至少每 24 小時(shí)執(zhí)行一次自動(dòng)校準(zhǔn)，以盡量減少溫度漂移造成的誤差。最好在生產(chǎn)測(cè)試班次開始之前執(zhí)行自動(dòng)校準(zhǔn)。

圖2顯示了一個(gè) 7.5 位數(shù)字萬用表自動(dòng)校準(zhǔn) (ACAL) 和不自動(dòng)校準(zhǔn) (ACAL) 的直流電壓規(guī)格表示例。精度規(guī)格單位為 ±（讀數(shù)百分比 + 量程百分比）。

A 欄 - 顯示 DMM 的多個(gè)直流電壓量程。

B 欄 - 顯示直流電壓精度規(guī)格和相對(duì)于校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)限。

C 欄 - 顯示上次 ACAL ± 2 °C 以外每 °C 的附加誤差。如果不使用自動(dòng)校準(zhǔn)，請(qǐng)使用此欄。

D 欄 - 顯示 ACAL ± 2 °C 以外各 °C 的附加誤差。如果使用自動(dòng)校準(zhǔn)，請(qǐng)使用此欄。

圖 2. 7.5 位數(shù)字萬用表的直流電壓規(guī)格表示例

如果您想用 7.5 位數(shù)字萬用表測(cè)量 10 V 量程上的 9 V 電壓，這兩種情況下的直流電壓精度如圖2中的規(guī)格表所示。

情況 1：不在 DMM 中使用 ACAL

保證精度可參考 10 V 量程下1年期精度規(guī)格。計(jì)算結(jié)果來自 B 欄（藍(lán)色）中的誤差，加上 C 欄（橙色）中最后一次 ACAL ± 2 °C 以外每 °C 的誤差。

情況 2：將 ACAL 與 DMM 結(jié)合使用

保證精度可參考 10 V 量程下1年期精度規(guī)格。計(jì)算結(jié)果來自 B 欄（藍(lán)色）的誤差，加上 D 欄（綠色）中超出 ACAL ± 2 °C 的每個(gè) °C 的誤差。

例如，讓我們計(jì)算一下圖 2 中 7.5 位 DMM 的 1 年基準(zhǔn)精度：

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

1 年基準(zhǔn)精度使用圖 2 中的 7.5 位 DMM - 9 V ± 0.164 mV

如果選擇情況1那樣跳過 ACAL 步驟，則溫度系數(shù)誤差的引入?yún)⒖挤?span> ACAL 列。在 TCAL ± 2 ?C 之外的每攝氏度，您將添加以下值：

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

基準(zhǔn)規(guī)格適用于 22 ?C + 2 ?C = 24 ?C。由于我們的工作溫度為 40 ?C，因此需要將溫度系數(shù)乘以 16 ?C（40 ?C-24 ?C = 16 ?C）。

最終計(jì)算結(jié)果為

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

溫度系數(shù)誤差將電壓測(cè)量誤差增加到 1.04 mV - 這是原規(guī)格的 600%。

如果選擇情況 2，則可以通過 ACAL 大大降低溫度系數(shù)誤差。通過在精確測(cè)量前不久執(zhí)行 ACAL，通?？梢哉J(rèn)為溫度變化不會(huì)超過 2 ?C。

使用帶有 ACAL 規(guī)格的新溫度誤差列，現(xiàn)在的溫度誤差為

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 的總體精度遠(yuǎn)高于不使用 ACAL 的規(guī)格，精度提高了 285%，比不使用 ACAL 的 DMM 規(guī)格更準(zhǔn)確。

圖 3 是 7.5 位 DMM 的摘要，以及打開和未打開 ACAL 時(shí)的精度水平。示例在 10 V 量程上測(cè)量 9 V，校準(zhǔn)溫度為 22 ?C，工作溫度為 40 ?C。

圖 3. 使用和不使用自動(dòng)校準(zhǔn)的 DMM 精度比較

何時(shí)需要使用自動(dòng)校準(zhǔn)功能？

1、在溫度多變的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行高靈敏度、高精度測(cè)量時(shí)使用自動(dòng)校準(zhǔn)功能。

您當(dāng)然希望使用 DMM 進(jìn)行高靈敏度測(cè)量的同時(shí)最大限度地提高精度。然而，實(shí)驗(yàn)室的溫度在一天之內(nèi)可能會(huì)有幾度的變化。這種溫度變化會(huì)直接影響測(cè)量的準(zhǔn)確性，并可能影響數(shù)據(jù)的質(zhì)量。如果實(shí)驗(yàn)室的工作溫度與校準(zhǔn) DMM 時(shí)的溫度不同，情況就更是如此。

2、當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)部溫度高于環(huán)境溫度時(shí)，如何進(jìn)行 DMM 機(jī)架端測(cè)量。

您已將 DMM 放置在機(jī)架中，并控制了氣流和溫度監(jiān)控（圖 4）。即使采取了這些預(yù)防措施，由于系統(tǒng)中還有其他儀器，系統(tǒng)內(nèi)部溫度仍比環(huán)境溫度高 15 °C。由于溫度升高了 15 度，您的 DMM 讀數(shù)規(guī)格現(xiàn)在高于溫度系數(shù)的設(shè)計(jì)公差。ACAL 可以減少您的溫度系數(shù)誤差，幫助您滿足 DMM 測(cè)量的規(guī)格預(yù)算。

結(jié)論：

DMM 的工作溫度會(huì)影響讀數(shù)的準(zhǔn)確性。具有 ACAL 功能的 DMM 可以大大降低溫度系數(shù)誤差。ACAL 的操作時(shí)間不到 20 秒，您可以經(jīng)常執(zhí)行這項(xiàng)任務(wù)，以確保最佳精度。

目前，支持ACAL自動(dòng)校準(zhǔn)功能的DMM產(chǎn)品包括6.5位DMM 34465A、7.5位DMM 34470A以及我們8.5 位 DMM常青樹3458A，它們可以幫助您在存在溫度誤差的情況下確保讀數(shù)準(zhǔn)確。

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