AGILENT 34970A在產(chǎn)品參數檢定中的應用

對于標準電阻這樣的高精度產(chǎn)品在生產(chǎn)后，需要對其逐個(gè)檢定。人工檢定的方法操作煩瑣且易引入誤差，采用AGILENT 34970A(數據采集/開(kāi)關(guān)單元)，通過(guò)HPIB總線(xiàn)與PC主機相連，組成自動(dòng)測試虛擬儀器對其進(jìn)行測試。測試完畢，通過(guò)DDE(Dynamic Data Exchange)自動(dòng)生成檢定報告書(shū)。這樣，不僅簡(jiǎn)化了測量過(guò)程，測量精度也得到了提高。

引言

　　標準電阻生產(chǎn)后參數的檢定，目前國內一般采用的是直接測量法或同標稱(chēng)值替代法，測量?jì)x器通常是電橋。雖然這種方法已很成熟，但所用的配套設備較多，操作繁瑣，而且整個(gè)檢定過(guò)程是在人工干預下進(jìn)行，難免引入偏差（如：人工讀數等因素造成的），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。在計算機技術(shù)與測量技術(shù)高速發(fā)展的今天，測試自動(dòng)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(guò)GPIB總線(xiàn)連接到計算機主機，在A(yíng)GILENT VEE軟件平臺下，開(kāi)發(fā)了標準電阻自動(dòng)檢定系統，它使檢定在自動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行，包括檢定完成后的檢定報告書(shū)也是利用DDE（Dynamic Data Exchange）自動(dòng)在EXCEL中生成，因此該系統集可靠、高效于一體。

測試系統結構

1. 檢定方法探討

　　標準電阻的檢定方法很多，有直接測量法、同標稱(chēng)值替代法、過(guò)渡傳遞法等。直接測量法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)便，但要求電阻測量?jì)x器的精度要比被測電阻高兩個(gè)等級，對測量較多等級的標準電阻來(lái)說(shuō)，付出的代價(jià)就是使用精度更高、價(jià)格昂貴的測試儀器；過(guò)渡傳遞法是通過(guò)對兩個(gè)不同電阻值的測量得到兩者的比值來(lái)實(shí)現電阻量值的傳遞，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(guò)程也比較復雜；同標稱(chēng)值替代法是用電阻測量?jì)x器依次測量標準電阻器（已計量并達到要求的標準電阻器）RS和被檢電阻器RX的電阻值，經(jīng)下式運算后得到檢定結果。

　　RX = RS +（AX - AS）

　　式中 AS——測量RS時(shí)測量?jì)x器的示值

　　AX——測量RX時(shí)測量?jì)x器的示值

　　由上可知，同標稱(chēng)值替代法對電阻測量?jì)x器的精度要求較直接測量法低，測量方法也較前二者簡(jiǎn)便。按規程JJG166-93可知，當電阻測量?jì)x器達不到比被檢標準電阻RX精度等級高出兩個(gè)等級，而又有與被檢電阻器RX同標稱(chēng)值的電阻標準器RS時(shí)，被檢電阻器電阻值的檢定可采用同標稱(chēng)值替代法。我們現在實(shí)現的是檢定0.01級的標稱(chēng)電阻，而現有測量?jì)x器是AGILENT 34970A，由AGILENT 34970A的精度可知，雖然達不到直接測量0.01級標準電阻所需的高兩個(gè)等級的要求，但完全能利用其作為同標稱(chēng)值替代法的測量?jì)x器?；谏鲜龇治?，本系統采用同標稱(chēng)值替代法，并用AGILENT 34970A作為測試核心儀器。

　　2. AGILENT 34970A及其應用

　　AGILENT 34970A是集多種功能于一體的測量?jì)x器，本身帶有6 1/2 A/D轉換器，后部帶有三個(gè)模塊插槽，安捷倫公司提供八種模塊選件，可根據需要構成不同測量模式，完成多種測試功能。本系統主要用于標準電阻測量，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，接標準電阻器RS和被測電路器RX。由于測試采用同標稱(chēng)值替代法，在測試過(guò)程中將對RS和RX依次測量，需要一個(gè)開(kāi)關(guān)供切換，因此再選用AGILENT 34904模塊，這是一個(gè)4×8雙線(xiàn)矩陣式變換開(kāi)關(guān)，可隨意程控，切換被測對象。圖1是標準電阻測試接線(xiàn)示意圖（四線(xiàn)制接線(xiàn)）。

圖：1

根據JJG166-93規程的要求，做電阻替代比較用的電阻測量?jì)x器引入的誤差應不大于10×10-6（等級指數的1/10），為了達到這一目標，在測量低值電阻值時(shí)采用四線(xiàn)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(lái)的誤差，應用了AGILENT 34970A提供的“偏移補償”（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(guò)兩次測量電阻的電壓值來(lái)消除替代測量中給被測電阻帶來(lái)的零電勢影響，使之達到規程要求。

3．系統結構

　　本系統以AGILENT 34970A作為測量?jì)x器，通過(guò)AGILENT 34901、AGILENT 34904模塊連接被測電阻，采用AGILENT VEE做測試系統軟件操作平臺，通過(guò)HPIB總線(xiàn)接口與AGILENT 34970A相聯(lián)。AGILENT 34970A支持SCPI命令，AGILENT 34970A所有動(dòng)作均由AGILENT VEE平臺對其發(fā)送SCPI命令來(lái)實(shí)現。

軟件實(shí)現

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

圖：2

a. 易于編程；

　　b. 強大的GUI功能：無(wú)需花大力氣就能制作出功能強大且友好的用戶(hù)界面；

　　c. 強大的儀器控制功能：大量的儀器驅動(dòng)函數，使用戶(hù)能自如地控制儀器。

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

　　軟件運行時(shí)，會(huì )提示操作者輸入一些最必須的數據，如：被檢定的電阻數、希望的平均測量次數、被測電阻器標稱(chēng)值等，如果被檢對象種類(lèi)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-機交互界面的概貌。曲線(xiàn)動(dòng)態(tài)地反映了每次測試的實(shí)時(shí)狀況，在曲線(xiàn)圖上方實(shí)時(shí)地映出各次測試的平均數字值；這些數字的顏色與曲線(xiàn)顏色相對應。移動(dòng)曲線(xiàn)上的小三角，可在曲線(xiàn)下方反映出任意二點(diǎn)的數值差。它為操作者提供了簡(jiǎn)單，但又必要的數據分析手段。測試結束，數據由AGILENT VEE提供的DDE功能直接傳遞給Excel( 電子數據表格軟件)，由EXCEL進(jìn)行數據分析、綜合，并生成檢定報告，這一過(guò)程由程序一氣呵成。

誤差綜合

　　用替代法檢定標準電阻，其被測標準電阻誤差的主要來(lái)源是標準器RS以及檢定裝置。在本系統中主要的檢定儀器是AGILENT 34970A，根據規程JJG166-93中的規定，我們所選用的標準器RS是二等標準電阻，其等級指數是0.001%，完全符合規程所規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. 由二等標準電阻器RS的年變化即等級指數CS引起的誤差ΔU1；

　　b. 二等標準電阻器RS被檢定時(shí)引起的傳遞誤差ΔU2；

　　c. 由測量?jì)x器的重復性引入的誤差ΔU3；

　　d. 由于測量?jì)x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(xiàn)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(xiàn)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AGILENT 34970A的特性，采用四線(xiàn)制的測量方法來(lái)消除引線(xiàn)電阻的影響。由寄生電勢及零電流的影響，采用34970A的又一