微安级电流数字源表的自动校准系统

贾建峰 任伟娟

石家庄市海山实业发展总公司， 石家庄  050208

摘要：目前，军工系统各计量站校准数字源表的主要标准器为5700A多功能校准源以及8508A数字多用表，由于其电流功能的最小量程为200μA，导致微安级电流的自动校准还无法实现。针对这个难题，我们通过Met/Cal软件开发平台，利用现有硬件基础，采用“间接测量法”攻克了这一难关。本文以校准Keithley2400数字源表为例，详细介绍了解决方案的实现。最后通过评定测试数据的不确定度证明了方案的可行性。

关键词：自动校准;微安级电流;间接

1  引言

仪器计量校准是保证测量设备量值准确可靠的有效手段[1]，随着计算机技术和通信技术的飞速发展，数字源表类仪器的计量校准越来越多采用自动校准的方式。当前由于标准器与被校仪器量程不匹配以及技术指标不满足计量要求，导致一些高准确度微安级电流源表的自动校准还未实现。本文以常见的多功能校准源和数字多用表校准1μA电流为例，提出一种崭新的解决方案。

2  自动校准系统的硬件、软件构成

2.1 硬件构成

硬件系统由控制计算机、标准器（5700A、8508A）、被检源表2400、GPIB接口卡及电缆、打印机及其它测试专用屏蔽电缆[2]等组成。其中，黑色实线表示测试专用屏蔽线缆;双箭头表示GPIB接口连接线。

2.2 软件结构

本系统是基于Fluke公司的Met/Cal开发平台，采用FSC命令编写的程序，程序流程。

初始化：获得标准器和被校仪器的相关信息，确认两者技术指标是否满足计量要求。

校准过程：依据检定规程，将各个功能的每个测量点写入程序，调用相应的程序代码，由计算机发送命令至标准器后，再由计算机给被检仪器发送触发命令，读取相应的显示值，将其送回计算机程序后，得到误差值和此点测量不确定度。

数据处理：将检定过程中的所有测量点的误差值和测量不确定度值存入数据库中。用户可根据所设计的证书模板调用这些数据，最终把证书打印出来。

3  数字源表微安级电流的自动校准及其测量不确定度评定

3.1 面临的问题

目前，实验室现有的标准器有三个： 5700A、8508A和6430，其技术指标见表-1。

由表-1可以看出，当检定2400的1μA点的输出功能时，8508A的最低量程（200μA）不能满足2400的检定要求，而2400技术指标与6430的1μA量程相比，不满足1/3的原则;同理，当检定2400的1μA点的测量功能时，5700A的最低量程（220μA）不能满足2400的检定要求，而2400技术指标与6430的1μA量程相比，不满足1/3的原则。综上所述，无法满足2400的溯源要求。为了满足科研生产进度，急需克服微安级数字源表的计量校准难题。

3.2 解决方案：间接测量法

我们将多种标准器组合使用，利用间接测量法，公式为：

—2400的电流输出值或者测量值的误差; —2400的电流输出显示值或者测量回读值;

U—8508A的电压测量值;                R—5700A的电阻输出值。

综合考虑5700电阻所能承受的电流值和8508的电压有效测量，我们选用100kΩ电阻和100mV电压。具体检定过程的连接方式。检定2400的1μA电流输出功能：连接各仪器。由2400输出1μA电流（用IZ表示）至5700A的Normal两端，5700A设置为100kΩ的4线电阻（用R表示）输出;1μA电流通过100kΩ的电阻时，会在5700的Sense两端产生100mV的电压;用8508的电压测量端测量这一电压值（用U表示）;U与R的比值即为实际电流值（用I0表示），IZ与I0的差值即为1μA电流的输出误差。

在上述理论的基础上，利用FSC编制的自动校准程序代码所示。自动校准程序克服了人为因素对高阻、小电压带来的影响，提高了测试的准确度，大大节省了劳动力。

3.3测量不确定度评定（评定点：2400的1μA电流输出点）

3.3.1数学模型

3.3.2不确定度来源：

4 结束语

该项自动化校准系统在本计量部门投入使用后，大大提高了数字源表的检定/校准工作效率，其准确性和可靠性也得到更好的保障。操作性强、速度快，能够模仿人工计量的过程来实现自动化测试计量。系统的机构层次分明，容易移植更新模块，可以直接出证书和原始记录。本系统利用自动程序处理的优势，很好地解决了微安级电流的校准难题，同时给出了相应测量结果的不确定度，验证了“间接测量”解决方案的可行性。这种巧妙的思路可以起到抛砖引玉的作用，为我们以后其它类型的微安级源表的计量检定工作提供一条新的方法。

参考文献

[1]《数字多用表自动化校准系统》今日电子  中国矿业大学化学与环境工程学院   陈宇峰

[2]《基于多功能校準源的数字多用表自动检定系统设计》《计量与测试技术》 2009年09期 张丽梅  潘海飞