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進行精密、準確的電壓測量技術已為人們所熟知。但是當測量分辨率必須擴展到1微伏以下時，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(shù)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。但是這類測量的數(shù)據(jù)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(shù)熱電偶的靈敏度約為40μV/℃。 誤差源 這些極低電壓測量過程中可能會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重要的。 熱電EMF和約翰遜噪聲 熱電或約翰遜噪聲電壓會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引起的。 這種噪聲電壓為 其中：k是玻爾茲曼常數(shù)，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，這也會延長獲得指定精度所需的測量時間。 降低電路電阻可以減少某些情況下的噪聲。但是，當檢測電流時這種方法無助于解決問題，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(jù)歐姆定律，降低電阻100倍也會將待測電壓降低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，例如普通的焊點，就會出現(xiàn)這種電壓。例如，附著在銅上的引線錫焊的熱電EMF是3μV/℃。 構建電路時導線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片制成的接頭構成的是冷焊銅-銅連接點，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。常見的做法是將所有連接點放得靠近，提供連接到共用大塊散熱片的良好熱耦合。這種耦合必須通過具有較高熱傳導率的電絕緣體來實現(xiàn)。由于大多數(shù)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現(xiàn)連接點到散熱片的耦合，例如硬陽極氧化鋁、氧化鈹、特殊填充的環(huán)氧樹脂、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，一般可以通過測量儀器上提供的零位調整功能進行補償。為保持環(huán)境溫度恒定，設備應盡量遠離直接光照、排氣扇之類的熱源或冷氣源。 想與吉時利測試測量專家互動？想有更多學習資源？可登錄吉時利官方網(wǎng)站http://www.keithley.com.cn/ |
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