Hold住低電壓測(cè)量（一）

進(jìn)行精密、準(zhǔn)確的電壓測(cè)量技術(shù)已為人們所熟知。但是當(dāng)測(cè)量分辨率必須擴(kuò)展到1微伏以下時(shí)，很多方法就達(dá)不到要求了，例如工業(yè)環(huán)境下溫度、壓力、力等物理參數(shù)的測(cè)量就屬于這種情況。

例如，工業(yè)溫度的測(cè)量通常需要0.1℃的分辨率。但是這類測(cè)量的數(shù)據(jù)必須記錄到0.01℃或0.001℃，以確保所需的測(cè)量精度。這一量級(jí)的溫度變化對(duì)應(yīng)的電壓變化為微伏量級(jí)甚至更低，因此大多數(shù)熱電偶的靈敏度約為40μV/℃。

誤差源

這些極低電壓測(cè)量過程中可能會(huì)引入大量原本在高電平下可以忽略的噪聲誤差。這些誤差源包括約翰遜噪聲、熱電EMF、磁場(chǎng)和接地環(huán)路。掌握并盡可能減小這些因素的影響對(duì)于提高低壓測(cè)量效果是至關(guān)重要的。

熱電EMF和約翰遜噪聲

熱電或約翰遜噪聲電壓會(huì)限制所有電氣測(cè)量的最終分辨率。它是由電路電阻內(nèi)部的熱騷動(dòng)引起的。

這種噪聲電壓為

其中：k是玻爾茲曼常數(shù)，1.38×10-23焦耳/K

T是溫度，單位為°K

R是電阻，單位為Ω

B是噪聲帶寬，單位為Hz

這個(gè)公式表明，降低溫度、電阻或噪聲帶寬可以減少電路噪聲。

通過一定的濾波措施降低噪聲帶寬可以減少熱噪聲。但是，這也會(huì)延長獲得指定精度所需的測(cè)量時(shí)間。

降低電路電阻可以減少某些情況下的噪聲。但是，當(dāng)檢測(cè)電流時(shí)這種方法無助于解決問題，因?yàn)樗档托盘?hào)的幅度比熱噪聲還大。例如，在測(cè)量電流方法中如果降低電阻100倍，可以減少噪聲10倍。但是根據(jù)歐姆定律，降低電阻100倍也會(huì)將待測(cè)電壓降低100倍，這就使得噪聲電壓相比之下更大了。

熱電電壓是低電壓測(cè)量中最常見的誤差源。當(dāng)電路的不同部分處于不同溫度，或者當(dāng)由不同材料制成的導(dǎo)體連接在一起時(shí)，例如普通的焊點(diǎn)，就會(huì)出現(xiàn)這種電壓。例如，附著在銅上的引線錫焊的熱電EMF是3μV/℃。

構(gòu)建電路時(shí)導(dǎo)線使用相同的材料能夠最大限度減少熱電EMF。還可以采取其它措施盡量減少熱電EMF。例如，由卷邊銅套管和接線片制成的接頭構(gòu)成的是冷焊銅-銅連接點(diǎn)，其產(chǎn)生的熱電EMF很小。

盡量減少電路內(nèi)部的溫度梯度也有利于減少熱電EMF。常見的做法是將所有連接點(diǎn)放得靠近，提供連接到共用大塊散熱片的良好熱耦合。這種耦合必須通過具有較高熱傳導(dǎo)率的電絕緣體來實(shí)現(xiàn)。由于大多數(shù)電絕緣體導(dǎo)熱性能都不好，必須采用一些特殊的絕緣材料實(shí)現(xiàn)連接點(diǎn)到散熱片的耦合，例如硬陽極氧化鋁、氧化鈹、特殊填充的環(huán)氧樹脂、藍(lán)寶石或者金剛石等。

此外，允許測(cè)試設(shè)備預(yù)熱，在恒定的環(huán)境溫度下達(dá)到熱平衡，也有利于最大限度減少熱電EMF。產(chǎn)生的其余熱電EMF相對(duì)固定，一般可以通過測(cè)量儀器上提供的零位調(diào)整功能進(jìn)行補(bǔ)償。為保持環(huán)境溫度恒定，設(shè)備應(yīng)盡量遠(yuǎn)離直接光照、排氣扇之類的熱源或冷氣源。