谈谈福禄克15/17b（校准，硬芯，版本…）

dayibalang

这个帖子的内容本来是本人在 @我是不会修 朋友帖子后面的回复，考虑到内容有点多，因此拿出来单独成贴，以便大家参考。本篇全文字，相关图片请自行站内搜索。虽有极少部分涉及设计的，但想来还不至于晦涩难懂。疏漏之处，在所难免，望坛友不吝斧正。

关于15/17b的问题，这是个好久以前的故事了。大家众所周知的是这个表是福禄克为在低收入国家的低端市场开发的，不只在中国，也在邻居三哥发售，可能还有其它的市场。大家还知道的是这表有硬芯和软芯之分。写了这么多那么和我们要聊的话题有关系吗？

还真有！

先说第一点，低端市场，决定了这表的设计需求是比较低的。这主要体现在用料上，采用富晶的方案，不仅在ic上，还有指标上，降低指标才能真正省下银子，就是要减少高价物料和人工成本。
这也就是最早的版本006，这里要插一句福禄克的版本在15/17上排的有点奇怪，按世面上比较容易看到的三个版本的时间顺序是006/009/002，没有看错002反而是在最后。
其中006/009是硬封，002是软封。
006就是楼主提到的校准手册的版本。而他手头实物不知是002/还是009，他参考的电路图是009。这里把这几个版本的关系先讲清楚。

便于大家理解我先把三个版本给大家讲一下。
006，世面可见最早的15/17b，硬封，10M电阻为10M 1%金属膜，10A采样电阻为四线，有锉刀校准痕迹，400mA分流电阻为1欧姆1%，无电流校准电位器。拥有这块表的人很少，但福禄克公布的校准手册却是基于这块表，导致了一些问题以讹传讹。这块表大约是20年前也就是02年左右短暂的出现了很小一批
006版本可能是低估了市场对于精度的反应，这也就是f15/17b精度很差说法的来源，可以说006的精度是很让人失望的。作为补救福禄克推出009。
009对于硬芯爱好者可能是最好的选择。10M电阻为9.76M 1%+470k电位器也就是r64，10A分流器为2线+校准电位器，400mA档也增加了校准电位器。这个版本在03年很快就替代了短命的006，从这个版本开始15/17b再无精度上的硬伤。
002就是软封版本，其它与009没有关键硬件的差异。应该是精度不再为人所诟病销量相应提高后为控制成本做的修改。版本号反而用了002有可能是该版本实际上是早期已经定型了的，软封只在产量达到一定规模后才会省钱。也有可能和15/17b改变过一次产地有关，这点无法证实，只是推测。

终于要进入正题讲到万用表校准了。
可以用006和009/002的差别来讲。
数字万用表精度的基础是dcmv，就像指针表的根基是表头满偏电流一样。对于006和009/002都一样是R18校准的。这个精度是芯片的线性度和基准的稳定度保证的。
然后数字万用表的dcv精度是怎么保证的，是分压电阻网络的分压比。其中1k-1.111M是千分之一的电阻。而006与009/002的差异便在于此，006用的是1%的10M。这决定了dcv与dcmv共同分担这最大可能1%的误差，为了照顾更多档位在最差的情况下，福禄克在dcv分了大约1/4，在dcmv分了3/4。这就是原版校准手册的由来。福禄克的手册在这里显示出其为难之处，首先准确校准了dcmv，因为作为这个领域的佼佼者，福禄克不可能不知道dcmv对于一块万用表的意义，也不可能不知道dcmv的高输入阻抗对于有特别要求的的使用者有多重要。然而接下来的校准让却很纠结，如果10M的偏差小于0.25%，福禄克把误差全部分给dcv，dcmv误差0，dcv为10M的error%；如果10M误差在0.25%-0.5%之间，那么dcv误差0.25%，dcmv误差（error-0.25）%，此时dcmv精度仍高于dcv；如果10M误差在0.5%-1%之间，那么dcv误差0.25%，dcmv误差（error-0.25）%，此时dcmv精度低于dcv。这个分配可见福禄克为了这个基础量程dcmv和使用更多的dcv的平衡有多纠结，还好10M的误差不是平均分布的，福禄克的元件供应商应该还是靠谱的，我们假设其满足业内6sigma所要求的cp和cpk，那么大多数产品是属于前两种情况，少数第三种情况却为网友所广泛诟病。总的来说这个分配是是受限于硬件但不明智的，先说受限于硬件就是那个1%的10M，为什么不用千分之一，一个字贵。为什么不加个电位器校准，还是银子问题，不过基于市场反馈福禄克还是在009做出了改变。这个分压电阻网络+100Ω同时作为电阻档的基准电阻。讲到这就很清楚了R64为什么不能校准40M电阻档，因为它就不是用来干这个的，用r64校电阻档意味着对整个dcv各个量程的偏差。有人说如果都是准的那么r64+9.76M也应该正好10M。的确是这样，但这是基于错误的理解恰好达到的正确结果。根本问题在于还是没有搞清楚万用表的基本原理。
对于大多数使用009/002版15/17b的可参考我修正的校准方法。以前贴出来过。
对于使用006的15/17b的应该在dcmv校准后，把10MΩ电阻换成千分之一的，这样dcv和dcmv都会有满意的精度。优利德的ut136b+这部分的处理其实和006如出一辙，但136b+用了两颗0.25%的5M电阻串联，合成不确定度是0.18%。所以几乎没人嫌136b+精度差。国内电阻厂家在近10-15年来把精密金属膜电阻的门槛极大的拉低了，但10M，0.1%，25ppm/℃仍然不是所有厂家都能轻易量产的。但2M，3M或5M就容易很多，降低的成本可以使表厂采用串联的方式得到甚至比单体更好的统计精度。如果15/17b处于当下也许我们看到会是不同的方案。另一方面数字校准带来了更多的成本优势，所以现实中我们看到的是15/17b+的方案。

我讲了这些除了校准，说不定对15/17b的硬芯爱好者也有所借鉴。一般的可以找009，喜欢折腾的可以找006换件。从交易的情况看千分之一的10M价格比起硬芯的溢价看似乎不算什么。表买了是用的还是要搞得精准一些好。还能给买硬芯的提个醒，看看pcb版本是不是铲了软封改的硬芯。

最后申明我认为硬封软封没有区别，我甚至自始至终还都不曾拥有过一块F15/17b…




cerby

好文，学习了，楼主辛苦。我前段时间把17B出了，应该是009的版本。

苏州熊猫

我的软风15B廉价出了，只留个115C，日常用用还行，就是没有小电流档，有时略有不便。

mynew

很有价值，可惜我手里已经没有9721的表了

ksj197706

路过看、学习了，，，，，，

我是不会修

其实这个芯片方案的表都存在校准比较矛盾的问题，但是，貌似绝大多数，实际效果还是可以的，并不需要额外增加一个10M电阻的校准电位器，包括国产表，我接触过的精度其实都不错！这个问题在三位半表上其实还好，四位半表就比较明显了，最突出的例子就是优利德UT61E 胜利86E，就一个基准电压电位器，你就算外部排阻再精密，电压档还好，电阻档真的是，，，，精度倒不是不合格，但是看着扎心！

我是不会修

我觉得福禄克也有可能设计的时候就设计了好几个版本。可能根据成本和市场反馈，不同时期用了相应的版本。要不然怎么也应该按顺序排

dayibalang

我是不会修 发表于 2022-5-31 13:37
其实这个芯片方案的表都存在校准比较矛盾的问题，但是，貌似绝大多数，实际效果还是可以的，并不需要额外增 ...

归根结底还是银子问题，还是分压电阻网络那几个电阻是不是够好。为了省线省人工，又不舍得买好电阻又想省电位器。不信的话你直接上万分之一的塑料块看看，根本就用不着校准。芯片没毛病，问题出在表厂，就算是国产双竞的片子指标也足够用的。
我自己对于低端表尽量避免买阻排，而是尽量买分立的，这样比较容易自己精调。只要底子不太差，基本上花点时间是可以打造出一块23+/-5℃内误差不高于一个字的表的

dayibalang

我是不会修 发表于 2022-5-31 13:37
其实这个芯片方案的表都存在校准比较矛盾的问题，但是，貌似绝大多数，实际效果还是可以的，并不需要额外增 ...

好多年前我帮朋友打磨过一块61e，我不喜欢这种剑走偏锋的设计，所以改造前就约好，我可以改到1个字，但LPF我要减小带宽。这么多年了好像还用得不错。

lifjt

dayibalang 发表于 2022-5-31 14:06
归根结底还是银子问题，还是分压电阻网络那几个电阻是不是够好。为了省线省人工，又不舍得买好电阻又想省 ...

看来你还是不是完全了解这表，恰恰相反，0.1%电阻配这9721已足够，再高已无意义，9721才是这表的短板。这是我的观点，你可以反驳，我还是保留我的观点。

dayibalang

lifjt 发表于 2022-5-31 15:17
看来你还是不是完全了解这表，恰恰相反，0.1%电阻配这9721已足够，再高已无意义，9721才是这表的短板。这 ...

我们可以讨论一下。各自怎么测的。我只认真测过一块公司生产线上的17b。不知道是硬封还是软封但肯定是富晶的。
先说adc性能，用dcmv档，我测试结果线性度优于0.3个字，噪声优于0.2个字（我这个噪声应该是非常保守的，可能有等效输入噪声影响，尽管已经使用了电池，实际上我认为adc贡献的噪声不到一半，既不到0.1字）。再说fe的mux漏电40v以下各档位满量程优于0.1个字，400v及1000v档位只测到100v，同样优于0.1字。因此我认为9721，配0.6/4000既0.015%的电阻是最优，基于实际产品的分辨率以及电阻的误差分布和成本考虑，0.1%绝对精度，0.05%相对精度的分压网络是9721的合理匹配。如果要精细打磨可以对误差偏大的电阻做细微调整。上面测试中40v以下采用电池+2x电阻箱+电位器+并联34401的方式。40-100v为smu输出。线性度测试的步进为10%，同时进行噪声测试。
朋友可否分享下测试结果？

qiran

，回头去看一下我2005年买的硬芯15B是哪个版本。

lifjt

dayibalang 发表于 2022-5-31 15:41
我们可以讨论一下。各自怎么测的。我只认真测过一块公司生产线上的17b。不知道是硬封还是软封但肯定是富 ...

这个芯片的问题出在芯片内信号调整网络上，它才是998问题的根源。你昨天分析那段理论是没有问题的，前提是理想化芯片，忽略芯片的问题。由于你手里没有样表实测，我手里也没有高大上设备测试，所以只能各自保留观点。

dayibalang

lifjt 发表于 2022-5-31 17:04
这个芯片的问题出在芯片内信号调整网络上，它才是998问题的根源。你昨天分析那段理论是没有问题的，前提 ...

fe mux有没有问题要测过才知道，你对应的基准电阻是多少？我记得回复过你，怎么检查。没看到结果。要知道如果你pcb上的基准电阻如果没超差，如果保护电路也没有问题，待测电阻也有足够精度，才说明9721超差了。
我现在手里没有但我以前还是测过的，没有发现普遍的4k欧档问题。这么多年新品试验在工厂也经常用他们的15b自认为是比较了解的。也没有看到其它有人反映这个问题。如果你没有进一步测试还是要对结论谨慎一些

天使的魔翼

dayibalang 发表于 2022-5-31 15:41
我们可以讨论一下。各自怎么测的。我只认真测过一块公司生产线上的17b。不知道是硬封还是软封但肯定是富 ...

曾经收藏过一块墨西哥生产的FLUKE 17+，拆开内部是硬芯片，网络电阻有屏蔽罩，圆柱形贴片电阻，四个可调电阻。PCB上标注FLUKE 17B-1011，编号89536，芯片FS9627-LP3：
ONEM经1M 0.1%串联100K 0.1%、10K 0.1%到4V档；
HUNK经100K 0.1%串联1.00K 0.1%到40V档；
TENK经10K 0.1%到400V档；
ONEK经串联1.00K 0.1%到1000V档；
RCAP经56.2K（1%）串联4.7K可调电阻，作为CAP调节点。

这儿与现在的17B、17B+不同的是，TENM经470K可调电阻串联9.76M（1%）再串联0.01uF电容，电气安全性做得十足，VAC、VDC线性都不错。

电阻档是由五只1%的200K串联后，与1.1M:1.1M网络电阻并联分出2W、4W，而网络电阻上并了一个精度为10%的1K电阻，还作为温度、电流档的分档使用。由于网络电阻精度只有20%，而串联电阻1K为1%，因此测量慢不说，误差还大。

说说我自己的改造方案：首先将网络电阻换成AE孪生精密电阻25ppm、1%精度，补偿1K电阻换成1%圆柱形贴片电阻；其次将串联的五只200K电阻换成VISHAY MMB0207，并联100K作为补偿。最后更换了电流档1K和110R电阻，到此该表测量速度没提升，但精度有很大提高。

这也说明，FLUKE 17表实际上就是一个低端产物，可能我这块是最初设计产物

dayibalang

天使的魔翼 发表于 2022-5-31 17:21
曾经收藏过一块墨西哥生产的FLUKE 17+，拆开内部是硬芯片，网络电阻有屏蔽罩，圆柱形贴片电阻，四个可调 ...

哈哈，你这个应该叫Pre-17B吧，应该是17B的前辈。我没见过。不过对于有2个描述我有不同看法可供参考。

1）这儿与现在的17B、17B+不同的是，TENM经470K可调电阻串联9.76M（1%）再串联0.01uF电容，电气安全性做得十足，VAC、VDC线性都不错。
实际上直到现在17b和b+差不多也是这个电路。但那个串联电容只在acv时串入，在dcv会通过刀盘bypass，福禄克这点设计与大多数表的acv不同，但自家还是一脉相承的。我前几天帖子里给人回复过这部分电路。想不起来是谁了。

dayibalang

天使的魔翼 发表于 2022-5-31 17:21
曾经收藏过一块墨西哥生产的FLUKE 17+，拆开内部是硬芯片，网络电阻有屏蔽罩，圆柱形贴片电阻，四个可调 ...

2）电阻档是由五只1%的200K串联后，与1.1M:1.1M网络电阻并联分出2W、4W，而网络电阻上并了一个精度为10%的1K电阻，还作为温度、电流档的分档使用。由于网络电阻精度只有20%，而串联电阻1K为1%，因此测量慢不说，误差还大。

5只200k应该相当于电阻测试的sense端，主要是保护用，不影响精度
并联的1k 10%电阻，我看不懂，这个电阻是个大体积的吗？通常这个电阻串联在10M前用于保护，这个电阻特殊，根本就没有做成高精度的可能，同时精度影响微乎其微（串联时）。国内不少厂家这个电阻选型不对。
还有一种网络电阻上并联的电阻，严格说不是并联而是连到adc的ref的用于在电阻测量时把基准电阻的电压作为adc的基准电压输入，这个对阻值没精度要求，连上就行，我一般会选大点儿不用1k这么小的，10k，100k都可以。
不知道你说的1k是哪种。
另外1.1M：1.1M那个我也没看懂，一般没这么个啊

dayibalang

qiran 发表于 2022-5-31 17:02
，回头去看一下我2005年买的硬芯15B是哪个版本。

我猜是009

我是不会修

实测一个15B料板的分压电阻，然后根据我17B电压和电阻实测精度来看的有可能是R30偏大，R32偏大

lifjt

我是不会修 发表于 2022-5-31 18:13
实测一个15B料板的分压电阻，然后根据我17B电压和电阻实测精度来看的有可能是R30偏大，R32偏大 ...

看看我13楼说的，你就装一个亿分之一精度1K上去了，它还是998.仔细想想为什么。