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進(jìn)行精密、準確的電壓測量技術(shù)已為人們所熟知。但是當測量分辨率必須擴展到1微伏以下時(shí)，很多方法就達不到要求了，例如工業(yè)環(huán)境下溫度、壓力、力等物理參數的測量就屬于這種情況。 例如，工業(yè)溫度的測量通常需要0.1℃的分辨率。但是這類(lèi)測量的數據必須記錄到0.01℃或0.001℃，以確保所需的測量精度。這一量級的溫度變化對應的電壓變化為微伏量級甚至更低，因此大多數熱電偶的靈敏度約為40μV/℃。 誤差源 這些極低電壓測量過(guò)程中可能會(huì )引入大量原本在高電平下可以忽略的噪聲誤差。這些誤差源包括約翰遜噪聲、熱電EMF、磁場(chǎng)和接地環(huán)路。掌握并盡可能減小這些因素的影響對于提高低壓測量效果是至關(guān)重要的。 熱電EMF和約翰遜噪聲 熱電或約翰遜噪聲電壓會(huì )限制所有電氣測量的最終分辨率。它是由電路電阻內部的熱騷動(dòng)引起的。 這種噪聲電壓為 其中：k是玻爾茲曼常數，1.38×10-23焦耳/K T是溫度，單位為°K R是電阻，單位為Ω B是噪聲帶寬，單位為Hz 這個(gè)公式表明，降低溫度、電阻或噪聲帶寬可以減少電路噪聲。 通過(guò)一定的濾波措施降低噪聲帶寬可以減少熱噪聲。但是，這也會(huì )延長(cháng)獲得指定精度所需的測量時(shí)間。 降低電路電阻可以減少某些情況下的噪聲。但是，當檢測電流時(shí)這種方法無(wú)助于解決問(wèn)題，因為它降低信號的幅度比熱噪聲還大。例如，在測量電流方法中如果降低電阻100倍，可以減少噪聲10倍。但是根據歐姆定律，降低電阻100倍也會(huì )將待測電壓降低100倍，這就使得噪聲電壓相比之下更大了。 熱電電壓是低電壓測量中最常見(jiàn)的誤差源。當電路的不同部分處于不同溫度，或者當由不同材料制成的導體連接在一起時(shí)，例如普通的焊點(diǎn)，就會(huì )出現這種電壓。例如，附著(zhù)在銅上的引線(xiàn)錫焊的熱電EMF是3μV/℃。 構建電路時(shí)導線(xiàn)使用相同的材料能夠最大限度減少熱電EMF。還可以采取其它措施盡量減少熱電EMF。例如，由卷邊銅套管和接線(xiàn)片制成的接頭構成的是冷焊銅-銅連接點(diǎn)，其產(chǎn)生的熱電EMF很小。 盡量減少電路內部的溫度梯度也有利于減少熱電EMF。常見(jiàn)的做法是將所有連接點(diǎn)放得靠近，提供連接到共用大塊散熱片的良好熱耦合。這種耦合必須通過(guò)具有較高熱傳導率的電絕緣體來(lái)實(shí)現。由于大多數電絕緣體導熱性能都不好，必須采用一些特殊的絕緣材料實(shí)現連接點(diǎn)到散熱片的耦合，例如硬陽(yáng)極氧化鋁、氧化鈹、特殊填充的環(huán)氧樹(shù)脂、藍寶石或者金剛石等。 此外，允許測試設備預熱，在恒定的環(huán)境溫度下達到熱平衡，也有利于最大限度減少熱電EMF。產(chǎn)生的其余熱電EMF相對固定，一般可以通過(guò)測量?jì)x器上提供的零位調整功能進(jìn)行補償。為保持環(huán)境溫度恒定，設備應盡量遠離直接光照、排氣扇之類(lèi)的熱源或冷氣源。 想與吉時(shí)利測試測量專(zhuān)家互動(dòng)？想有更多學(xué)習資源？可登錄吉時(shí)利官方網(wǎng)站http://www.keithley.com.cn/ |
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