AGILENT 34970A在產(chǎn)品參數(shù)檢定中的應(yīng)用

AGILENT 34970A在產(chǎn)品參數(shù)檢定中的應(yīng)用

對于標(biāo)準(zhǔn)電阻這樣的高精度產(chǎn)品在生產(chǎn)后，需要對其逐個檢定。人工檢定的方法操作煩瑣且易引入誤差，采用AGILENT 34970A(數(shù)據(jù)采集/開關(guān)單元)，通過HPIB總線與PC主機(jī)相連，組成自動測試虛擬儀器對其進(jìn)行測試。測試完畢，通過DDE(Dynamic Data Exchange)自動生成檢定報告書。這樣，不僅簡化了測量過程，測量精度也得到了提高。

引言

　　標(biāo)準(zhǔn)電阻生產(chǎn)后參數(shù)的檢定，目前國內(nèi)一般采用的是直接測量法或同標(biāo)稱值替代法，測量儀器通常是電橋。雖然這種方法已很成熟，但所用的配套設(shè)備較多，操作繁瑣，而且整個檢定過程是在人工干預(yù)下進(jìn)行，難免引入偏差（如：人工讀數(shù)等因素造成的），加之一些非技術(shù)性因素（如人的情緒等），檢定質(zhì)量難以保證。在計算機(jī)技術(shù)與測量技術(shù)高速發(fā)展的今天，測試自動化已成必然趨勢。

　　基于上述原因，我們利用安捷倫公司的AGILENT? 34970A，并通過GPIB總線連接到計算機(jī)主機(jī)，在AGILENT VEE軟件平臺下，開發(fā)了標(biāo)準(zhǔn)電阻自動檢定系統(tǒng)，它使檢定在自動狀態(tài)下進(jìn)行，包括檢定完成后的檢定報告書也是利用DDE（Dynamic Data Exchange）自動在EXCEL中生成，因此該系統(tǒng)集可靠、高效于一體。

測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1. 檢定方法探討

　　標(biāo)準(zhǔn)電阻的檢定方法很多，有直接測量法、同標(biāo)稱值替代法、過渡傳遞法等。直接測量法的優(yōu)點(diǎn)是簡便，但要求電阻測量儀器的精度要比被測電阻高兩個等級，對測量較多等級的標(biāo)準(zhǔn)電阻來說，付出的代價就是使用精度更高、價格昂貴的測試儀器；過渡傳遞法是通過對兩個不同電阻值的測量得到兩者的比值來實(shí)現(xiàn)電阻量值的傳遞，此方法常用于高精度電阻的測量，對測試儀器要求高且測試過程也比較復(fù)雜；同標(biāo)稱值替代法是用電阻測量儀器依次測量標(biāo)準(zhǔn)電阻器（已計量并達(dá)到要求的標(biāo)準(zhǔn)電阻器）RS和被檢電阻器RX的電阻值，經(jīng)下式運(yùn)算后得到檢定結(jié)果。

??????? 　　RX = RS +（AX - AS）

　　式中??? AS——測量RS時測量儀器的示值

??????? 　　AX——測量RX時測量儀器的示值

　　由上可知，同標(biāo)稱值替代法對電阻測量儀器的精度要求較直接測量法低，測量方法也較前二者簡便。按規(guī)程JJG166-93可知，當(dāng)電阻測量儀器達(dá)不到比被檢標(biāo)準(zhǔn)電阻RX精度等級高出兩個等級，而又有與被檢電阻器RX同標(biāo)稱值的電阻標(biāo)準(zhǔn)器RS時，被檢電阻器電阻值的檢定可采用同標(biāo)稱值替代法。我們現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)的是檢定0.01級的標(biāo)稱電阻，而現(xiàn)有測量儀器是AGILENT 34970A，由AGILENT 34970A的精度可知，雖然達(dá)不到直接測量0.01級標(biāo)準(zhǔn)電阻所需的高兩個等級的要求，但完全能利用其作為同標(biāo)稱值替代法的測量儀器?；谏鲜龇治?，本系統(tǒng)采用同標(biāo)稱值替代法，并用AGILENT 34970A作為測試核心儀器。

　　2. AGILENT 34970A及其應(yīng)用

　　AGILENT 34970A是集多種功能于一體的測量儀器，本身帶有6 1/2 A/D轉(zhuǎn)換器，后部帶有三個模塊插槽，安捷倫公司提供八種模塊選件，可根據(jù)需要構(gòu)成不同測量模式，完成多種測試功能。本系統(tǒng)主要用于標(biāo)準(zhǔn)電阻測量，因此選用AGILENT 34901，AGILENT 34901提供20路（單端輸入40路）模擬通道，我們選用其中二路，接標(biāo)準(zhǔn)電阻器RS和被測電路器RX。由于測試采用同標(biāo)稱值替代法，在測試過程中將對RS和RX依次測量，需要一個開關(guān)供切換，因此再選用AGILENT 34904模塊，這是一個4×8雙線矩陣式變換開關(guān)，可隨意程控，切換被測對象。圖1是標(biāo)準(zhǔn)電阻測試接線示意圖（四線制接線）。

圖：1

根據(jù)JJG166-93規(guī)程的要求，做電阻替代比較用的電阻測量儀器引入的誤差應(yīng)不大于10×10-6（等級指數(shù)的1/10），為了達(dá)到這一目標(biāo)，在測量低值電阻值時采用四線制測量方法（AGILENT 34970A提供這一功能）；為了消除接觸電勢等零電勢對電阻測量所帶來的誤差，應(yīng)用了AGILENT 34970A提供的“偏移補(bǔ)償”（OFFSET COMPENSATION）技術(shù)：第一次是在恒流源的作用下測量電阻的電壓值，第二次是在關(guān)閉恒流源的情況下測量電阻的零電壓值，通過兩次測量電阻的電壓值來消除替代測量中給被測電阻帶來的零電勢影響，使之達(dá)到規(guī)程要求。

3．系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　本系統(tǒng)以AGILENT 34970A作為測量儀器，通過AGILENT 34901、AGILENT 34904模塊連接被測電阻，采用AGILENT VEE做測試系統(tǒng)軟件操作平臺，通過HPIB總線接口與AGILENT 34970A相聯(lián)。AGILENT 34970A支持SCPI命令，AGILENT 34970A所有動作均由AGILENT VEE平臺對其發(fā)送SCPI命令來實(shí)現(xiàn)。

軟件實(shí)現(xiàn)

　　AGILENT VEE（AGILENT Visual Engineering Environment）是安捷倫公司開發(fā)的圖形化編程語言，它具有以下特點(diǎn)：

圖：2

a. 易于編程；

　　b. 強(qiáng)大的GUI功能：無需花大力氣就能制作出功能強(qiáng)大且友好的用戶界面；

　　c. 強(qiáng)大的儀器控制功能：大量的儀器驅(qū)動函數(shù)，使用戶能自如地控制儀器。

　　由于上述特點(diǎn)，本系統(tǒng)采用AGILENT VEE作為測試軟件，圖2是測試程序流程圖。

　　軟件運(yùn)行時，會提示操作者輸入一些最必須的數(shù)據(jù)，如：被檢定的電阻數(shù)、希望的平均測量次數(shù)、被測電阻器標(biāo)稱值等，如果被檢對象種類單一，可免去這些交互。圖3是本測試程序操作界面。

圖：3

由圖3可以看到人-機(jī)交互界面的概貌。曲線動態(tài)地反映了每次測試的實(shí)時狀況，在曲線圖上方實(shí)時地映出各次測試的平均數(shù)字值；這些數(shù)字的顏色與曲線顏色相對應(yīng)。移動曲線上的小三角，可在曲線下方反映出任意二點(diǎn)的數(shù)值差。它為操作者提供了簡單，但又必要的數(shù)據(jù)分析手段。測試結(jié)束，數(shù)據(jù)由AGILENT VEE提供的DDE功能直接傳遞給Excel( 電子數(shù)據(jù)表格軟件)，由EXCEL進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、綜合，并生成檢定報告，這一過程由程序一氣呵成。

誤差綜合

　　用替代法檢定標(biāo)準(zhǔn)電阻，其被測標(biāo)準(zhǔn)電阻誤差的主要來源是標(biāo)準(zhǔn)器RS以及檢定裝置。在本系統(tǒng)中主要的檢定儀器是AGILENT 34970A，根據(jù)規(guī)程JJG166-93中的規(guī)定，我們所選用的標(biāo)準(zhǔn)器RS是二等標(biāo)準(zhǔn)電阻，其等級指數(shù)是0.001%，完全符合規(guī)程所規(guī)定不大于被檢電阻器1/4～1/5的要求。綜合分析本檢定裝置，得到它可能的誤差源如下：

　　a. 由二等標(biāo)準(zhǔn)電阻器RS的年變化即等級指數(shù)CS引起的誤差ΔU1；

　　b. 二等標(biāo)準(zhǔn)電阻器RS被檢定時引起的傳遞誤差ΔU2；

　　c. 由測量儀器的重復(fù)性引入的誤差ΔU3；

　　d. 由于測量儀器的分辨力不夠引起的誤差ΔU4；

　　e. 由環(huán)境溫度變化引起的誤差ΔU5；

　　f. 由引線電阻，寄生電勢，零電流等引起的誤差ΔU6。

　　以上六項誤差中引線電阻引起的誤差主要是對小電阻而言，在我們所檢定的對象受其影響的主要是100Ω和1000Ω的電阻。根據(jù)AGILENT 34970A的特性，采用四線制的測量方法來消除引線電阻的影響。由寄生電勢及零電流的影響，采用34970A的又一特性—偏移補(bǔ)償?shù)姆椒▉頊p小其對測量帶來的影響，使由引線電阻、寄生電勢、零電流等引起的誤差ΔU6不大于0.05CX，即ΔU6=5×10-6。 采用 AGILENT 34970A? 6位半的顯示能力，使積分時間增加到200PLC，此時分辨率達(dá)到0.00000022 X 量程，則分辨率誤差ΔU4=1.1×10-7。

　　測量儀器AGILENT 34970A的重復(fù)性根據(jù)其電阻單元精度的24小時指標(biāo)可知在所使用的100Ω～10kΩ三個量程中，精度最低的是100Ω量程的電阻，其精度的24小時指標(biāo)為0.0065%，而根據(jù)規(guī)程規(guī)定0.01級標(biāo)準(zhǔn)電阻的偏差極限為0.01%，根據(jù)我們實(shí)際測試，AGILENT 34970A的重復(fù)性誤差符合規(guī)程規(guī)定，即ΔU3≤10×10-6。

　　由環(huán)境溫度變化引起的誤差ΔU5，因?qū)嶒灄l件所限，認(rèn)為符合規(guī)程規(guī)定，即ΔU5=8×10-6。

　　綜合以上六項誤差的綜合誤差ΔU：

ΔU=√ΔU12+ΔU22+ΔU32+ΔU42+ΔU52+ΔU62= 17.7×10-6 < 33×10-6?

　　此值小于JJG166-93規(guī)程規(guī)定的由檢定裝置及環(huán)境條件所引起的總不確定度不大于被測電阻器33×10-6（等級指數(shù)的1/3）的要求。

具體的誤差分配及綜合誤差見下表（其值以相對誤差表示）:

結(jié)束語

　　本系統(tǒng)的研制，表明了基于同標(biāo)稱值替代法檢定0.01級及其以下級別的范圍在102～104Ω的標(biāo)準(zhǔn)電阻是完全可行的。如果采用分辨率更高的測量儀器，如：7 1/2分辨率，則能使被檢電阻值范圍更寬。測試的自動化，不僅提高了測量精度，也大大提高了效率。從中我們也可以看到，虛擬儀器作為一種嶄新的概念，其應(yīng)用前景十分誘人。