微安級電流數字源表的自動校準系統

賈建峰 任偉娟

石家莊市海山實業發展總公司， 石家莊 ?050208

摘要：目前，軍工系統各計量站校準數字源表的主要標準器為5700A多功能校準源以及8508A數字多用表，由于其電流功能的最小量程為200μA，導致微安級電流的自動校準還無法實現。針對這個難題，我們通過Met/Cal軟件開發平臺，利用現有硬件基礎，采用“間接測量法”攻克了這一難關。本文以校準Keithley2400數字源表為例，詳細介紹了解決方案的實現。最后通過評定測試數據的不確定度證明了方案的可行性。

關鍵詞：自動校準;微安級電流;間接

1 ?引言

儀器計量校準是保證測量設備量值準確可靠的有效手段[1]，隨著計算機技術和通信技術的飛速發展，數字源表類儀器的計量校準越來越多采用自動校準的方式。當前由于標準器與被校儀器量程不匹配以及技術指標不滿足計量要求，導致一些高準確度微安級電流源表的自動校準還未實現。本文以常見的多功能校準源和數字多用表校準1μA電流為例，提出一種嶄新的解決方案。

2 ?自動校準系統的硬件、軟件構成

2.1 硬件構成

硬件系統由控制計算機、標準器（5700A、8508A）、被檢源表2400、GPIB接口卡及電纜、打印機及其它測試專用屏蔽電纜[2]等組成。其中，黑色實線表示測試專用屏蔽線纜;雙箭頭表示GPIB接口連接線。

2.2 軟件結構

本系統是基于Fluke公司的Met/Cal開發平臺，采用FSC命令編寫的程序，程序流程。

初始化：獲得標準器和被校儀器的相關信息，確認兩者技術指標是否滿足計量要求。

校準過程：依據檢定規程，將各個功能的每個測量點寫入程序，調用相應的程序代碼，由計算機發送命令至標準器后，再由計算機給被檢儀器發送觸發命令，讀取相應的顯示值，將其送回計算機程序后，得到誤差值和此點測量不確定度。

數據處理：將檢定過程中的所有測量點的誤差值和測量不確定度值存入數據庫中。用戶可根據所設計的證書模板調用這些數據，最終把證書打印出來。

3 ?數字源表微安級電流的自動校準及其測量不確定度評定

3.1 面臨的問題

目前，實驗室現有的標準器有三個： 5700A、8508A和6430，其技術指標見表-1。

由表-1可以看出，當檢定2400的1μA點的輸出功能時，8508A的最低量程（200μA）不能滿足2400的檢定要求，而2400技術指標與6430的1μA量程相比，不滿足1/3的原則;同理，當檢定2400的1μA點的測量功能時，5700A的最低量程（220μA）不能滿足2400的檢定要求，而2400技術指標與6430的1μA量程相比，不滿足1/3的原則。綜上所述，無法滿足2400的溯源要求。為了滿足科研生產進度，急需克服微安級數字源表的計量校準難題。

3.2 解決方案：間接測量法

我們將多種標準器組合使用，利用間接測量法，公式為：

—2400的電流輸出值或者測量值的誤差; —2400的電流輸出顯示值或者測量回讀值;

U—8508A的電壓測量值; ? ? ? ? ? ? ? ?R—5700A的電阻輸出值。

綜合考慮5700電阻所能承受的電流值和8508的電壓有效測量，我們選用100k?電阻和100mV電壓。具體檢定過程的連接方式。檢定2400的1μA電流輸出功能：連接各儀器。由2400輸出1μA電流（用IZ表示）至5700A的Normal兩端，5700A設置為100kΩ的4線電阻（用R表示）輸出;1μA電流通過100kΩ的電阻時，會在5700的Sense兩端產生100mV的電壓;用8508的電壓測量端測量這一電壓值（用U表示）;U與R的比值即為實際電流值（用I0表示），IZ與I0的差值即為1μA電流的輸出誤差。

在上述理論的基礎上，利用FSC編制的自動校準程序代碼所示。自動校準程序克服了人為因素對高阻、小電壓帶來的影響，提高了測試的準確度，大大節省了勞動力。

3.3測量不確定度評定（評定點：2400的1μA電流輸出點）

3.3.1數學模型

3.3.2不確定度來源：

4 結束語

該項自動化校準系統在本計量部門投入使用后，大大提高了數字源表的檢定/校準工作效率，其準確性和可靠性也得到更好的保障。操作性強、速度快，能夠模仿人工計量的過程來實現自動化測試計量。系統的機構層次分明，容易移植更新模塊，可以直接出證書和原始記錄。本系統利用自動程序處理的優勢，很好地解決了微安級電流的校準難題，同時給出了相應測量結果的不確定度，驗證了“間接測量”解決方案的可行性。這種巧妙的思路可以起到拋磚引玉的作用，為我們以后其它類型的微安級源表的計量檢定工作提供一條新的方法。

參考文獻

[1]《數字多用表自動化校準系統》今日電子 ?中國礦業大學化學與環境工程學院 ? 陳宇峰

[2]《基于多功能校準源的數字多用表自動檢定系統設計》《計量與測試技術》 2009年09期 張麗梅 ?潘海飛