测量精度怎么计算?浅谈几种常规仪器精度计算方法

原创 Keysight射频测试资料分 2025-02-04 22:17

对于电子测试测量领域,要选择合适的测试仪器,其测试范围和测试精度是往往是客户较为看重的方面。作为基础的测试测量仪器,万用表,示波器,电源等应用广泛,那么其最小测试或输出能力如何, 仪器精度又如何呢?我们先以万用表为例展开。

1. 台式 6. 5位万用表的测试仪器

其仪器精度指标如下, 如果客户想测试10mV 的直流电压, 这个表可以吗?其仪器精度怎么计算呢?

量程上备注指的是:技术指标经过 60 分钟预热、积分时间设为 10 或 100 NPLC、启用自动调零、使用交流慢滤波器时有效。此前 2 天内曾运行 ACAL

有的客户觉着这个仪器最小只能测试到100mV,仪器测试能够测试的最小值就是量程的对应的参数吗?当然不是。量程是说在100mV以内的信号都可以测试,但是测试准不准,能最小测试到多少取决于该量程的测试精度。以上面红色圈中为例,我们来计算一下。

首选,测试仪器精度计算公式遵循± (% 读数 + % 量程),误差来源是读数和量程。

1.1 我们先来理解仪器精度最小数值测试能力。

这里两个数值对测试精度都有贡献。读数即仪器测试的数值结果,这个根据被测件而定,而量程误差是固定的。在100mV量程 , 按照1年的精度,其相关误差系数是0.0050 + 0.0035,

那么,量程带来的误差是100mVx0.0035%=3.5uV这个数值表明仪器在100mV这个量程,其误差至少是3.5uV,那么能测试到最小值到底是多少, 这就取决于客户对测试精度的要求了。如果要是测试10uV数值,其误差是35%了, 这个数值可不小,测试的结果参考价值不高。如果是100uv测试,误差是3.5%左右,还算不错。

1.2 测试仪器精度计算
上述的公式中已经表明精度计算公式,以测试结果1mV为例,

其测试精度1mvx0.005%+100mvx0.0035%=0.05uv+3.5uv=3.55uv,量程误差占比重。

如果测试结果是100mv, 其

测试精度=100mvx0.005%+100mvx0.0035%=5uv+3.5uv=8.5uv

这时读数对误差贡献更大些。所以,万用表最小测试能力,可以从量程引入的误差数值来确认。其他的测试功能, 如电阻, 电流等也都可以按照这种方式来衡量。

1.3 是徳科技的手持表的仪器精度又是怎样的?

以U1253B手持万用表为例:

DCV直流电压测试精度公式:± (% of reading + No. of Least Significant Digit)

%reading 和上述台式万用表一样, No. of Least Significant Digit 这个代表 Resolution 分辨率。

如果测试数值结果是 40 mv,那么其测试精度遵循50 mv 量程的误差系数(0.05+50),即:

测试精度=40mv x 0.05%+50 x 0.001 mv = 20uv+50uv=70 uv. 

所以可以得到,U1253B直流电压最小测试能力至少要高于70 uv 。

2. 示波器仪器精度 (以是徳科技 3000T系列示波器为例)

其直流垂直精度计算公式=±[直流垂直增益精度 + 直流垂直偏置精度 + 0.25% 全量程]

这里仪器精度误差的因素来源有三个,在示波器的技术指标中页有描述。

直流垂直增益精度= ± 2.0% 全量程

(要求:这些技术指标在预热 30 分钟后并且在固化软件校准温度 ±10 °C 范围内有效。1VX1%=1 mV/格和 2 mV/格是对 4 mV/格设置的放大。对于垂直精度计算,需使用用于 1 mV/格和 2 mV/格的灵敏度设置的全 32 mV 范围。)

假如每格是10mv/div,示波器Y轴共8格,全量程就是80mv,
直流垂直增益精度=2%x80mv= 1.6mv

直流垂直偏置精度=±( 0.1 格 ± 2 mV ± 偏置设置值的 1%)=0.1x10mv+2mv+1Vx1%=13mv(假设偏置设置值设置为1V)从这个公式中可以看到2mv是固定,那么示波器要测试mv级别的电压,测试误差就很大了。

综上,示波器在测试直流电压时的仪器精度,

幅值精度=1.6mv+13mv+0.25%x80mv=14.8mv

直流垂直增益精度= ± 2.0% 全量程,

(要求:这些技术指标在预热 30 分钟后并且在固化软件校准温度 ±10 °C 范围内有效。1VX1%=1 mV/格和 2 mV/格是对 4 mV/格设置的放大。对于垂直精度计算,需使用用于 1 mV/格和 2 mV/格的灵敏度设置的全 32 mV 范围。)

假如每格是10mv/div,示波器Y轴共8格,全量程就是80mv,

直流垂直增益精度=2%x80mv= 1.6mv

直流垂直偏置精度=±( 0.1 格 ± 2 mV ± 偏置设置值的1%) =0.1x10mv+2mv+1Vx1%=13mv

(假设偏置设置值设置为1V)从这个精度计算公式中可以看到2mv是固定,那么示波器要测试mv级别的电压,测试误差就很大了。

综上,示波器在测试直流电压时,幅值精度=1.6mv+13mv+0.25%x80mv=14.8mv

3. 电源仪器精度 (以Keysight N7900电源系列为例)

其仪器精度如下

电源一般有两个参数,一个编程精度, 一个是回读或测试精度。

编程精度(programming accuracy)设置值和实际输出的差值。

如Keysight N7950A的电压精度,针对不同的测试线压降,有两个精度计算公式。在lead drop 线压<1v,其精度误差=设置值x0.03%+1mv,1mv 是固定误差,即使输出为0v,电源输出的值也可能在+-1mv范围内变化。如果要输出1v,其精度=1.3mv;若线压<25%电压量程时,1v输出的精度=设置值0.03%+1.4mv=1.7mv 从编程精度可以看出电源的输出能力。

测试精度(measurement accuracy)电源内部测试的数值与实际输出的差值。

这里的测试精度和编程精度一样,计算方式一样,在这里就不做赘述。有些电源产品的这两种精度会不同。比如我们的SMU源表,其测试精度比编程精度更高,更注重测试小的电压或电流。

以上是三种常见的测试仪器, 那么我们还有一些测试仪器, 如频率计,LCR设备,其测试精度公式很复杂, 要按照许多精度计算公式才能算出,并且测试精度与设置参数有关,大家可以在仪器的技术指标中看到详细的内容。

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