业余条件下手持万用表电阻档兆欧量程的校验

dayibalang

最近看到有坛友在讨论校验兆欧档的精密电阻，凑热闹开个帖子聊聊这个方面。
估计大多数坛友都想知道自己手里的万用表精度如何，但大家也都知道正规的基准都不便宜，甚至有时连获得的渠道都找不到。玩表应该有不同的流派，有玩表的数量和档次的，应该还有喜欢研究原理和用法的。这里就针对后者聊聊怎样在业余条件下，预算有限的前提下对手持表兆欧量程的校验，请注意不是校准，因为对手持表基准电阻的调整会影响电压档精度，调整要全面考虑，这里只是校验精度。业余条件指的是一般电子爱好者或工作者，有高位表和电阻基准的发烧友就不需要这么折腾了。
既然要校验，那么首先至少有一块万用表 ，无论三位半也好四位半也好，虽然具体精度不确定但功能要基本正常，这是必要的前提。
要校验，至少还需要一个电阻基准。一般大家比较容易获得的标准电阻是国产的BZ3，0.01级，最大阻值100kΩ，一般每只不超过500元。这个价格可能超过很多坛友的手持表价格。实际上可以找一只精密线绕或密封精密金属箔电阻，前者有RX70，100kΩ，0.01%的只需要几元，后者有塑封和金封价格不等。0.01%已经完全可以满足手持万用表的校验了。
有了100kΩ，0.01%的精密电阻作为基准，下面需要传递到1M和10M档。通常来说我们需要两组电阻来完成传递，但为了方便，利用已有的万用表分辨率我们可以用一组来做这个校验。传递用的电阻可以选一般的1MΩ，0.1%低温漂精密金属膜电阻，一般几元就可以买到50或100只，温漂一般为25ppm/℃。首先用万用表的1MΩ档检验一下电阻的温漂，用手加热电阻不应该超过一个字或看不出变化。然后对该批电阻逐一测量并记录排序，从中选取10只阻值最一致的。此时可以用2只和3只串联的方式检验1MΩ档位的线性。将最接近于平均值的那只电阻取出编号为1#，将剩余9只分为3组并适当组合使3组串联阻值尽量一致且接近3*平均值。分别标记为A/B/C三组。将所有电阻按A/B/C/1的顺序以VVVVV形式串联。这样共11个节点，按U1~U6(upper)和L1~L5(lower)编号。
以100kΩ 0.01%电阻为基准，下面是传递过程。
1）10只0.1% 1MΩ传递电阻并联，即U1~U6连到一起，L1~L5连到一起。用万用表100kΩ档与电阻基准进行比较。得到Rp=100kΩ*Rp_read/Rref_read。Rp_read为传递电阻并联读数，Rref_read为基准电阻读数。
2）10只传递电阻串联，即U1与U6间电阻，阻值为100*Rp，校验10MΩ量程。
3）A/B/C三组并联，即U1/U4连到一起， L2/L5连到一起，阻值为10*Rp，校验1MΩ量程。

通常大阻值的电阻精度和温漂都不如中间阻值的性能好。1MΩ 0.01%的已经很难买到了价格也较贵，要找到10MΩ 0.01%的就更加困难，但找100kΩ 0.01%容易得多。实际操作的话0.01% 100kΩ RX70电阻10元左右，50或100只0.1% 1MΩ 25ppm/℃电阻10元左右，如果要做精致点可以加上接线柱和外壳。总成本三四十元就可以做出100kΩ/1MΩ/10MΩ的校验电阻，精度可以达到0.02%。

dayibalang

我是不会修 发表于 2024-4-6 23:44
这些电阻本来就是挑剩下的，精度好的剩的不多了，不够10个。哈哈

这个方法，在电阻0.1%，不做挑选不做组合的情况下，*0.1到*10传递系统误差小于1ppm，*1小于0.02%。加上表的量化误差对于4位半表就是3个字，对于3位半表基本上可以不做组合最多一个字的量化误差。做组合主要是为了在4位半把x1传递的误差做到1个字以内。如果用4位半挑10只读数一样的电阻的话，x0.1到x10的传递可以达到10ppb，x1也可以达到10ppm。
可以看到，真正的传递还是要跨2个数量级的，这个方法利用表的分辨率可以把x1的影响压缩1个数量级，即不超过0.1个字，从而可以满足手持表低成本连续3个量程的校验需求。
可以看到对于更高精度的表校验温漂影响已经不可忽略，因为温漂造成的是整体漂移，因此这个方法，是针对于要求不高的手持表。对于台表则需要更高稳定性的电阻配合恒温槽进行传递。

争锋麦芒

是的，1m ，10这种级别的校准确实难，校准时候注意点非常的多，不过有机会能看到楼主的讲解还是非常难得的

争锋麦芒

这个帖子能解决很多问题，因为很多5位半的台表，都是15000，180000，190000，等等校准点，普通人非常的慢搞定，如何用简单的方法搞定确实一般人不知道

wjqok

我2019/2/3做成个电阻箱。10毫欧-0.1-1-10-100-1k-10k-100k-1M-10M-100M,中间加个9.99974K(25度时)金属箔电阻，塑料壳，镀金螺丝帽，除了赠送标定的拆机件 AE金属箔电阻 10K 25°9.99974k都串联
0.01欧是 PBV 10毫欧 1% 10W 4线检流电阻，
0.1欧姆是电阻箱康铜金属丝，
1欧姆是VISHAY DALE 5W1欧高精度铝壳电阻精度0.05%，
10欧-1M是1979年海燕RX70-075 0.01%万分之一误差精度线绕电阻。10欧姆万分之五误差。
10M是VISHAY DALE FHV075 10M FK 1% 高压无感电阻 3.75KV 0.25W，
100M是VISHAY DALE FHV075 100M FK 1% 高压无感电阻 3.75KV 0.25W

VISHAY DALE FHV075 10M FK 1% 高压无感电阻 3.75KV 0.25W  (FHV075-10M0FK)
10.00        1        
胜利70C:9.85M
菊水DME1500 四位半：9.931M
同惠TH2821A: 9.9?M

VISHAY DALE FHV075 100M FK 1% 高压无感电阻 3.75KV 0.25W(FHV075-100MFKE3)
10.00        1        
胜利70C:
菊水DME1500 四位半：
同惠TH2821A:

拆机件 VISHAY DALE 5W 1欧 高精度铝壳电阻 精度0.05%
3.00        1
菊水DME1500 四位半：001.00欧
同惠TH2821A: 1.0010欧
        
拆机件 AE金属箔电阻 1R 精度0.1% 温漂15ppm
3.00        1        
菊水DME1500 四位半：001.00欧
同惠TH2821A: 1.0000欧

拆机件 PBV 10毫欧 1% 10W 4线 检流电阻
3.00        1
同惠TH2821A: 0.0102欧


赠送标定的拆机件 AE金属箔电阻 10K 25°9.99974k
胜利70C: 10.01K
菊水DME1500 四位半：9.995K
同惠TH2821A: 9.997K

还有胜利86e 富贵五位半台表，感觉都不稳定，电阻这东西温漂，测量电流发热影响，测量接触电阻，引脚电阻影响，大值电阻环境电磁波感应干扰都明显，指针表十多个，准确性意义不大

wjqok

同期还搞了个米勒AD584JH 电压基准标定值2.4980v，5.0000v，7.4987v，10.0002v，
一个米勒LM399H 恒温基准标定电压：6.96542V和10.13144V
也不知道他标定的准确性，2个板二合一，输出串联，4个接线端子。电源是变压器分开的，7815供电。399H差不多3分钟基本稳定，584温漂不明显，

我是不会修

楼主是不是又要说电阻挡不能校准？影响电压挡？

dayibalang

我是不会修 发表于 2024-4-6 14:28
楼主是不是又要说电阻挡不能校准？影响电压挡？

不是不能校，而是不能只依据电阻档的校验值校准。这点必须要反复强调，免得读者被有些一知半解的作者给带偏了。不过这篇帖子的确是讲电阻档兆欧量程的校验方法的。

mynew

校验 和 校准 啥区别？区别是 后者带调整？

校验  verify？
校准 calibration？  adjust？

dayibalang

mynew 发表于 2024-4-6 18:06
校验 和 校准 啥区别？区别是 后者带调整？

校验  verify？

是的，我的帖子里是这样区分的

田仁新

我竟然看完了，哈哈，我平常就给别人修修电器用到，最多测一个短路，不是那么强迫症。

flying201807

这个方法对业务爱好者校验表的高阻区测量情况很有参考价值。

shiyutong

得~打板去，先用普通电阻练练手。我要做成开关形式的，方便。
U1       U2        U3        U4         U5      U6
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    L1         L2        L3         L4         L5

我是不会修

32个 0.1%  1MΩ金属膜色环电阻，挑出来10个阻值接近的进行简单的串并联（没有分组）简单验证一下传递精度。阻值相近的好处是平均值和并联值几乎在数值上一样。也就是说我们知道了阻值更容易精确测量的阻值较小的并联值，也就知道了平均值，乘以10就是串联值！
理论计算与实测如下图，电阻确实会经常采用上下传递的办法，搞全套的标准电阻比较难。你像玩基准的最常见的就是10K标准电阻。
唯一麻烦的是这个阻值的金属膜读数稳定时间非常久。发帖的这点时间，并联后的实测值由100.1951K下降到了100.1928K。越来越接近实测10个1M的阻值计算的理论值，说明传递法是可行的。

dayibalang

田仁新 发表于 2024-4-6 20:01
我竟然看完了，哈哈，我平常就给别人修修电器用到，最多测一个短路，不是那么强迫症。 ...

哈哈，万用表对兆欧以上高阻值的测量本来不确定度的要求就不高，兆欧级精密电阻也很少见，只是看到有坛友说起这个范围的校验不容易找到电阻基准才给出了这个方法。虽然写出来了方法但我自己也没有这样做过，我自己手里有标准电阻从1mΩ到100kΩ和0.005级电阻箱从1MΩ到100MΩ。写这个主要是在传统电阻传递的方法上给出来了个对性能影响较小的改进方法，把传统的电阻传递是跨2个数量级之间的传递x0.1到x10，改进为连续的3个数量级x0.1/x1/x10。具体的误差限计算推导估计写出来也没人愿意看。对于手持表需求是足够了

dayibalang

我是不会修 发表于 2024-4-6 21:20
32个 0.1%  1MΩ金属膜色环电阻，挑出来10个阻值接近的进行简单的串并联（没有分组）简单验证一下传递精度 ...

这些电阻超差了，你看到的漂移主要是温漂。如果用4位半表做这个传递通常误差不会超过1个字，最大不会超过2个字。

我是不会修

dayibalang 发表于 2024-4-6 23:42
这些电阻超差了，你看到的漂移主要是温漂。如果用4位半表做这个传递通常误差不会超过1个字，最大不会超过 ...

这些电阻本来就是挑剩下的，精度好的剩的不多了，不够10个。哈哈

dayibalang

shiyutong 发表于 2024-4-6 21:04
得~打板去，先用普通电阻练练手。我要做成开关形式的，方便。
U1       U2        U3        U4         U5 ...

这个似乎不太容易做成开关。其实接成接线柱的更方便。1MΩ足够高，接线或开关电阻影响很小，但如果你用4位半的表挑10只读数一样的做成这么个w型的串联校准器，还可以组合成其它值。比如2p5s是2.5MΩ，5p2s就是400kΩ，这两个的传递精度同样是非常高的。

dayibalang

这个方法本质上就是个简易的哈蒙电阻，只是根据手持表电阻档兆欧量程校验这个特别的需求做了些许修改。

dayibalang

我是不会修 发表于 2024-4-6 21:20
32个 0.1%  1MΩ金属膜色环电阻，挑出来10个阻值接近的进行简单的串并联（没有分组）简单验证一下传递精度 ...

原始数据是5位有效数字，100.1928kΩ后面的28没有什么实际的意义，同样平均值的1.00192MΩ后面的2也没有实际意义。假设在没有温度造成整体温漂的前提下，这个传递过程的精度超过34401的分辨率。