AMC93200/AMC93200H

隨著電子技術(shù)的進(jìn)步，科研和生產(chǎn)中對(duì)數(shù)字多用表（以下簡(jiǎn)稱數(shù)字表）的顯示位數(shù)、分辨力、測(cè)試精度和測(cè)試功能的要求不斷提高。二十多年前，隨著多斜積分技術(shù)的成熟、高精度器件成本的不斷降低，價(jià)格不足一萬元人民幣的六位半數(shù)字表產(chǎn)品開始替代五位和五位半產(chǎn)品，成為科研人員的標(biāo)配儀器。近十多年來，六位半數(shù)字表逐步進(jìn)入高端電子產(chǎn)品產(chǎn)線，如手機(jī)用元器件和部件、高精度傳感器和鋰離子電芯的篩選和生產(chǎn)測(cè)試。當(dāng)前，七位半、八位半數(shù)字表已經(jīng)不是計(jì)量部門的專用設(shè)備，越來越多地成為研發(fā)人員和生產(chǎn)測(cè)試人員的案頭工具。這里我們簡(jiǎn)單討論從六位半升級(jí)到七位半的必要性，為大家測(cè)試工作提供選型參考。

一

數(shù)字表的幾個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)和相互關(guān)系

01 顯示位數(shù)和分辨力

我們這里所談的六位半、七位半是指數(shù)字表的顯示位數(shù)。它與數(shù)字表的分辨力相關(guān)，而決定分辨力的是數(shù)字表電路中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。三者的關(guān)系如下表舉例，實(shí)際應(yīng)用中不一定嚴(yán)格按此對(duì)應(yīng)。

表一、數(shù)字表的顯示位數(shù)、ADC位數(shù)和分辨力的關(guān)系

我們以直流電壓1V檔為例，當(dāng)我們用16位ADC的數(shù)字表測(cè)量它時(shí)，其分辨力為：

分辨力==≈0.00002V

這個(gè)分辨力對(duì)應(yīng)十進(jìn)制顯示的數(shù)字表時(shí)，就是四位半。最前面一位只顯示0和1，故稱半位。

02 精度

指測(cè)量結(jié)果的?可重復(fù)性與接近真值的程度?，通常用?最大允許誤差范圍?表示。數(shù)字表廠家一般會(huì)給出校準(zhǔn)后相對(duì)于校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)的24小時(shí)、90天和1年的相對(duì)誤差范圍。表示方式為±（讀數(shù)%+量程%）。

03 精度與分辨力的關(guān)系

首先這是兩個(gè)不同的概念；其次廠家設(shè)計(jì)數(shù)字表時(shí)，一般會(huì)把顯示位數(shù)的最低位對(duì)應(yīng)到分辨力位，而誤差位要高于分辨力位。這樣，我們既能知道誤差范圍，又可以清晰分辨測(cè)試值的最小變化。反之，雖然數(shù)字表滿足測(cè)量精度要求，但因?yàn)榉直媪Σ蛔悖瑒t無法正確讀出數(shù)值。

04 精度與顯示位數(shù)的關(guān)系

一般情況下，顯示位數(shù)高的數(shù)字表，精度就更高、誤差更小。舉例來說，當(dāng)數(shù)字表的1V檔誤差范圍在±xuV時(shí)，顯示位數(shù)一般會(huì)設(shè)計(jì)成七位半，分辨力位在0.1uV。

05 工頻周期（PLC）

數(shù)字表測(cè)試時(shí)一般會(huì)要求操作人員選擇測(cè)試的工頻周期（Power Line Circle），目的是消除由于無處不在的工頻干擾對(duì)于測(cè)量的影響。如果要達(dá)到與六位半對(duì)應(yīng)的精度（1ppm分辨力），最少需要一個(gè)完整的工頻周期的積分時(shí)間，才能把正負(fù)半周的紋波抵消。而要達(dá)到七位半對(duì)應(yīng)的精度（0.1ppm分辨力），則最少需要十個(gè)PLC的積分時(shí)間。

二

什么情況下需要七位半數(shù)字表

簡(jiǎn)單來說，當(dāng)六位半數(shù)字表滿足不了測(cè)試精度和分辨力要求時(shí)，則需要七位半甚至八位半數(shù)字表，下表是各分辨率數(shù)字表最常用的應(yīng)用方向。

1

鋰離子電池OCV測(cè)試

隨著鋰電池生產(chǎn)工藝的進(jìn)步，電池生產(chǎn)企業(yè)對(duì)于電芯一致性測(cè)試（OCV測(cè)試）的誤差要求已經(jīng)提高到±0.1mV。我們粗略計(jì)算一下，六位半數(shù)字表和七位半數(shù)字表哪個(gè)可以滿足需要。鋰離子電池充滿電時(shí)的電壓約為4.2～4.4V。為了計(jì)算方便，我們?nèi)?V。航天測(cè)控公司的AMC93210六位半數(shù)字表10V檔的年精度為±（讀數(shù)0.0035%+量程0.0005%），據(jù)此，我們算出此數(shù)字表讀數(shù)為5V時(shí)的誤差范圍為：±（5*0.0035%+10*0.0005%）=±（0.175mV+0.05mV）=±0.225mV。顯然，無法滿足新工藝下電芯OCV測(cè)試需求。

再來看七位半數(shù)字表，以AMC93200數(shù)字表為例，計(jì)算5V時(shí)的誤差范圍。數(shù)字表10V檔的年精度為±（讀數(shù)0.0014%+量程0.0002%），5V時(shí)的誤差范圍為：

±（5*0.0014%+10*0.0002%）=±（0.07mV+0.02mV）=±0.09mV。

滿足測(cè)試精度要求。

顯然八位半數(shù)字表的精度遠(yuǎn)高于需求。考慮到五倍以上的采購成本以及更高的計(jì)量、維護(hù)成本，八位半在電芯測(cè)試中就不是最佳選擇了。

2

高精度溫度傳感器測(cè)試

PT100是0℃時(shí)阻值為100歐姆的鉑電阻溫度傳感器，是最常用高精度溫度傳感器。某廠家工業(yè)用PT100在0℃的誤差為±0.066℃，如果您在0℃時(shí)的溫度測(cè)量誤差范圍在±0.1℃時(shí)，可以選擇這種PT100。

如果精度要到±0.02℃，則需要選擇二等以上的PT100，如某型號(hào)PT100在0℃的誤差為±0.012℃，加上數(shù)字表的誤差，可以滿足測(cè)試精度要求。

如何估算數(shù)字表測(cè)量PT100鉑電阻時(shí)導(dǎo)致的溫度的誤差范圍呢？PT100鉑電阻標(biāo)準(zhǔn)中的α值為+0.00392 ?/?/ ?C，數(shù)字表四線電阻功能測(cè)得的PT100上電阻R=Ro(1+αT)。據(jù)此公式和數(shù)字表在100 ?檔的精度，可以計(jì)算出數(shù)字表測(cè)溫度的誤差范圍，見表二。

表二、不同精度數(shù)字表測(cè)量PT100時(shí)，0℃度的溫度誤差（不含PT100誤差）

從表中可以看到，六位半數(shù)字表測(cè)量PT100鉑電阻時(shí)，溫度誤差在±0.054℃，加上工業(yè)級(jí)PT100的誤差±0.066℃，總誤差為±0.085℃。而用七位半數(shù)字表配同樣的PT100，總誤差為±0.071℃。當(dāng)七位半數(shù)字表配二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻時(shí)，總誤差為±0.028℃。雖然八位以上數(shù)字表配相同二等鉑電阻，誤差為更小的±0.012℃，但如果預(yù)算不足，或±0.028℃的誤差就完全滿足需要，七位半數(shù)字表不失為更具性價(jià)比的選擇。

需要說明的是，即使RTD的線性度比較好，數(shù)字表測(cè)量溫度時(shí)仍然需要通過更精確的曲線擬合，才能把測(cè)得的電阻值轉(zhuǎn)換為溫度值。Callendar-Van Dusen方程用于粗略估計(jì)RTD曲線已有多年，現(xiàn)在已經(jīng)被更精確的20次多項(xiàng)式取代。因此想要直接得到精確的溫度值，需要數(shù)字表具有PT100的溫度測(cè)量功能。

三

七位半數(shù)字表其他功能帶來的好處

除了測(cè)試電壓、電流、電阻、交流電壓、交流電阻外，最新的七位半數(shù)字表在功能、測(cè)量范圍和測(cè)試數(shù)據(jù)的展示方面還有很多新增功能，滿足科研、產(chǎn)品研發(fā)和驗(yàn)證、產(chǎn)線測(cè)試的多方面需求。下面重點(diǎn)介紹幾個(gè)。

01 直流高壓測(cè)試

一般的數(shù)字多用表直流電壓的最高檔位為1000V。隨著電化學(xué)儲(chǔ)能的規(guī)模應(yīng)用，鋰電池PACK的電壓已經(jīng)達(dá)到1500V甚至更高。另外一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域是高壓充電樁產(chǎn)品的測(cè)試，雖然現(xiàn)在電動(dòng)汽車的直流充電電壓一般低于800V，但充電樁內(nèi)部DC-DC電壓已經(jīng)高于1000V。如果采購專用的高壓測(cè)試儀，增加成本的同時(shí)，還會(huì)帶來額外的編程、系統(tǒng)集成工作。如果數(shù)字表的直流電壓檔增加2000V和3000V檔，將大大減少工作量，降低成本。AMC93200H數(shù)字多用表就具有了這樣的功能，并且年精度保持在±（0.0040%+0.0005%）的水準(zhǔn)?？紤]到高壓回路的安全和保護(hù)，高壓端子單獨(dú)從后端接入，并采用特殊接口和專用測(cè)試線纜。

02 電容測(cè)試

目前七位半數(shù)字表大都增加了電容測(cè)量功能，量程從1nF到1000uF，年精度達(dá)到±（0.4%+0.1%）的水平。雖然離專用的RCL表的±0.05%精度還有差距，但從付出的代價(jià)和方便性來看，可以滿足設(shè)計(jì)調(diào)試中電容器件的測(cè)試需求。也可以滿足鋰離子電池正極對(duì)殼體電容（10uF～100uF）的測(cè)試需求。

03 多種顯示模式

除了最常用的數(shù)字顯示，AMC93200系列數(shù)字表還可以顯示趨勢(shì)圖、直方圖，便于使用者長時(shí)間采集數(shù)據(jù)，觀察數(shù)值的變化趨勢(shì)以及參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律。

04 電腦連接與上位機(jī)軟件

AMC93200系列數(shù)字表標(biāo)配LAN、USB和RS232接口，提供免費(fèi)的上位機(jī)軟件，方便與電腦連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、傳輸和展示。前面版還標(biāo)配了USB Host接口，可以在不接電腦的情況下連續(xù)采集數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)到U盤。

結(jié)論

經(jīng)過以上分析，我們看到越來越多的研發(fā)測(cè)試開始選用七位半數(shù)字表，高標(biāo)準(zhǔn)部件、高精度傳感器、高性能鋰離子電芯等產(chǎn)品產(chǎn)線測(cè)試也開始導(dǎo)入七位半數(shù)字表。如果您的預(yù)算不那么緊，下一臺(tái)數(shù)字表可以考慮七位半了。