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“校准”(Calibration) ≠ “验证”(Verification)
校准 (Calibration):是有CNAS或其他国际互认资质的专业计量机构,使用可溯源到国家/国际标准且精度等级远高于被校仪器的设备,按照严格的规程,通过高精度标准器确定被校仪器的示值误差,并出具有法律效力的证书的过程。
验证 (Verification) / 检查 (Check):是用一个已知值的器件(如网购基准板)去检查仪表的读数是否在预期误差范围内。它不能调整仪表,只能判断仪表“此时看起来准不准”。不出证书,你至少得有专业计量仪器厂商提供的标准阻抗模块或验证套件。
关键区别:手搓的LM399/TD584/电阻板的绝对精度未知/不可靠/不可溯源,只是多点的“验证”或“粗略检查”,无法对你的万用表进行全面的校准。这就好比你觉得自己家祖传的‘一拃’(张开拇指和中指的长度)是标准长度单位,然后跑去菜市场量猪肉:“老板!给我切两拃的五花肉!” 老板用他的‘拃’一量,你俩互相觉得对方是奸商,会打起来。
无溯源的手搓TD584/LM399基准模块、电阻板模块,可能引入误导或风险。它更多是电子爱好者出于学习、探索或心理满足的“玩具”,体验高精度元器件的魅力,搭建自己的“参考标准”并获得乐趣。如果你有多块同等级或近似的万用表,可以用一个相对稳定的基准定期测量,观察几块表之间的读数差异变化,粗略判断哪块表漂移更大。这类“校准基准板”主要用于验证仪器性能是否在指标范围内,或者在怀疑仪器失准时进行快速检查,不能替代专业的计量校准,不如加价入手高档表。买来玩玩没问题,要理解其局限性。
这些模块自身的局限:
TD584/LM399:
优点:是非常优秀的齐纳二极管基准源,低温漂(0.5ppm/°C典型值),低噪声。高端万用表内部基准就是它或同档元件。
缺点:
输出电压离散性大:标称6.95V,但实际每颗在6.8V-7.2V之间。你买的模块输出电压是未知的精确值!除非卖家提供该模块的可溯源校准证书(“亲,量子力学懂伐?测不准原理啦!要精确值?得加钱!”),否则你只知道它很稳定,不知道它绝对准确值是多少。
需要精密分压:万用表校准需要多个电压点(如100mV, 1V, 10V)。需要极其精密、稳定的电阻网络进行分压。DIY的分压网络精度和温漂远达不到要求,引入的误差可能比万用表本身的误差还大。你的万用表可能变成了‘抽象派艺术家’——读数充满了意想不到的‘创意’。
负载调整率和电源:LM399输出电流能力有限,需要很好的缓冲电路和干净的供电。DIY模块在这些方面可能不足。
电阻板:
精度未知/不可靠:某宝某鱼某些宣称“0.01%”精度的电阻与实际不符或者温漂很大,如果没有可信的校准证书,其真实精度和长期稳定性是存疑的。这就像相亲对象简介里的“照片是本人,微胖”——见面后发现是按相扑选手标准算的!
功率系数和老化:电阻值会随功率(自热)变化,也会随时间老化。DIY板上的电阻通常没有经过严格的老化筛选和功率系数测试。
接线端子和热电动势:连接电阻的端子和焊点会产生热电动势,在测量低电压(如mV档)时引入显著误差。
缺乏量程覆盖:校准万用表电阻档需要多个精密阻值。
只能“验证”少数点,无法全面校准:
高精度的电容、电感很贵很难得,DIY模块通常都没有;直流电压不必校准而交流基准没有。
万用表的误差模型很复杂,不同量程的增益、偏移误差不同。单点验证无法反映整体精度。
潜在的误导和风险:
虚假安全感:看到万用表读数和自己做的基准“一致”,可能会错误地认为整个万用表都是准的,忽略了其他量程和功能的潜在误差。你的万用表可能在电阻档假装老实,转头在电容档就开始‘蹦迪’。
误判仪器状态:如果基准板本身不准或漂移了,用它来判断万用表,可能会把好的表误认为不准,或者把不准的表误认为准。
浪费时间金钱:购买这些模块和精密电阻的成本并不低,但其带来的“精度提升”或“校准能力”却非常有限,甚至不存在。
安全风险:操作高压基准模块(如TD584生成DC275V)需要专业知识,有触电风险。
“经常使用前校准” 对于高精度电感/电容测量通常是不现实的:专业级的开路/短路校准(尤其是多频点校准)可能需要几分钟甚至更长时间,而且操作繁琐;它无法完全消除仪器内部基准源、振荡器、测量电路等核心元器件随时间和温度发生的长期漂移;环境稳定性要求较高;校准基准本身的稳定性存疑。
“贵价的低漂移万用表/LCR表” 的价值在于:使用更昂贵的低温漂基准源、高稳振荡器(TCXO/OCXO)、精密匹配电阻/电容、低噪声高线性度的模拟前端和ADC;内置更精密的温度传感器和复杂的补偿算法,能在更宽的温度范围内自动修正漂移;更快的测量速度和更低的噪声;更高的初始精度和稳定性,更长的校准周期;更可靠的测量结果。
万用表不同档位的漂移情况:
电感、电容、电阻和小电流 (特别是µA和低mA) 是最容易发生漂移的档位。
直流电压档 (DC V) 通常是最稳定的档位,无需校准。
交流电压/电流档 (AC V/A) 的稳定性介于两者之间。
大电流档 (如 10A) 主要受分流器温度系数影响。
| 档位 | 漂移程度 | 主要漂移来源 | 校准需求 |
| --------------- | -------- | ----------------------------------------------------------------- | --------------------------- |
| 电感档 (L) | 极高 | 激励源(频/幅/失真)、相位检测精度、交流放大/ADC漂移、参考元件、温湿度 | 最高,最频繁,最复杂 |
| 电容档 (C) | 极高 | 同上 + 分布参数(更敏感) | 最高,最频繁,最复杂|
| 电阻档 (Ω) | 高 | 恒流源漂移、热电动势、接触电阻 | 高,频繁 |
| 小电流档 | 高 | 放大器漂移(微小电压)、分流电阻漂移、热电动势 | 高,频繁 |
| DC电压档 | 低 | 基准源(Vref)漂移 (缓慢) | 最低,周期最长 |
对于业余爱好、偶尔使用、精度要求不高(例如误差>1%):
购买一个中档的具备基本L/C功能的万用表可能是经济的选择。
务必每次使用前进行开路/短路校准。这是保证基本精度的最低要求。
购买一套该型号专用的开路/短路校准件(通常很便宜)。
理解并接受其精度和稳定性的限制,尤其在小电容/大电感测量时。
不需要购买昂贵的校准基准板。
对于专业维修、研发、中等精度要求(例如误差0.1%-1%)、使用频率中等的情况:
投资一台中端、专门设计的LCR表或高精度万用表是更优选择。
这类仪器在L/C测量上的稳定性、精度和速度远优于普通万用表的附加功能。
仍需根据手册建议定期进行开路/短路校准。 对于关键测量,使用前校准是好习惯。
考虑购买该仪器配套的校准套件(包含开/短路器)。
仍然不建议个人购买高精度校准基准板用于日常校准。 校准基准板的维护和溯源成本很高,且日常用户校准通常只需开/短路。
有这钞票不入加价买高端表,有这精力不如提高专业水平。
玩验证模块,请务必保持渣男心态:享受过程,别承诺未来,更别负责! |
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