◆?導(dǎo)讀

基于對(duì)高精度、低噪聲的低電壓信號(hào)測(cè)量的需求，納伏電壓表在航天、熱工、傳感器等許多領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越豐富，并且正逐漸替代電位差計(jì)。今天我們一起來探討下納伏電壓表的校準(zhǔn)難點(diǎn)和解決方案。

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◆ 什么是納伏電壓表

【納伏電壓表】是一種專用于直流低電壓測(cè)量的儀器，即使低至 nV 級(jí)也能保持較高的靈敏度和準(zhǔn)確度；與常規(guī)的數(shù)字電壓表相比，納伏電壓表能夠提供精確的超低電壓測(cè)量，且測(cè)量速度更快，輸入電阻高，噪聲性能顯著提高；更適用于進(jìn)行穩(wěn)定的低噪聲電壓測(cè)量，以及可靠且重復(fù)地檢定低阻材料和器件。

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· 應(yīng)用行業(yè)

基于納伏電壓表靈活和高性能的低電平測(cè)量功能，其在壓力、溫度、振動(dòng)等非電量精密傳感器或敏感元件的低電壓輸出測(cè)量，航天、軍工設(shè)備的低電壓控制信號(hào)的精密測(cè)量、精密低電壓源校準(zhǔn)得到了廣泛的應(yīng)用；而且由于其使用方便，已經(jīng)逐漸取代電位差計(jì)。

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· 典型應(yīng)用場(chǎng)景

霍爾效應(yīng)測(cè)量

霍爾效應(yīng)測(cè)量對(duì)半導(dǎo)體制造業(yè)材料的特性測(cè)量來說極為有用，但霍爾電壓一般都很?。ê练踔粮停瑒t一般使用納伏電壓表進(jìn)行測(cè)量。

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低值電阻測(cè)量

在低值電阻測(cè)量時(shí)一般采用四線（Kelvin）連接法，通過電流反轉(zhuǎn)法對(duì)消熱電勢(shì)影響，實(shí)際使用則采用電流源搭配納伏電壓表進(jìn)行低電阻測(cè)量。

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超導(dǎo)體電阻測(cè)量

超導(dǎo)材料一般在較低電流密度（毫安與幾十安培）下測(cè)試，由于測(cè)試采用小測(cè)試電流和極低的電阻，因此使用納伏電壓表進(jìn)行測(cè)量。

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◆ 規(guī)范解讀

· 校準(zhǔn)規(guī)范簡(jiǎn)介

JJF 1587-2016 《數(shù)字多用表校準(zhǔn)規(guī)范》中針對(duì)mV及μV級(jí)輸出中未提及的分壓器分壓實(shí)現(xiàn)小電壓輸出，導(dǎo)線熱電勢(shì)引入的誤差、清零操作等注意事項(xiàng)；因此制定了JJF XXXX-202X 《納伏電壓表校準(zhǔn)規(guī)范》，主要針對(duì)納伏電壓表的直流電壓測(cè)量功能、直流數(shù)字電壓表（或數(shù)字多用表直流電壓功能）10 mV及以下量程的校準(zhǔn)；于2023年報(bào)審?fù)ㄟ^，目前處于待發(fā)布狀態(tài)；天恒測(cè)控參與了該規(guī)范起草。

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· 校準(zhǔn)難點(diǎn)

高穩(wěn)定性直流低電壓輸出

· JJF XXXX-202X 《納伏電壓表校準(zhǔn)規(guī)范》（報(bào)批稿）中要求校準(zhǔn)用的直流低電壓輸出短期穩(wěn)定度（每分鐘）應(yīng)優(yōu)于被檢納伏表的相對(duì)最大允許誤差絕對(duì)值的1/10。

· 上述常見的納伏電壓表技術(shù)指標(biāo)所示，要滿足10 mV及以下量程檔的校準(zhǔn)需求，則要求校準(zhǔn)系統(tǒng)低電壓輸出的短期穩(wěn)定度應(yīng)優(yōu)于53 nV/min @ 10 mV、7 nV/min @ 1 mV，這給校準(zhǔn)工作提出了較高的要求。

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直流低電壓測(cè)量難點(diǎn)

直流低電壓在測(cè)量的過程中可能會(huì)引入大量原本在高電平下可以忽略的噪聲誤差，這些誤差包括引線電阻、熱電勢(shì)EMF、非歐姆接觸、器件發(fā)熱、磁場(chǎng)和接地環(huán)路等，其中熱電勢(shì)（EMF）和噪聲干擾是低電壓測(cè)量中最常見的誤差源。

1）熱電勢(shì)EMF

熱電動(dòng)勢(shì)是由兩個(gè)導(dǎo)體的接觸電勢(shì)（珀?duì)栙N電勢(shì)）和單一導(dǎo)體的溫差電勢(shì)（湯姆遜電勢(shì)）所組成。

2）噪聲干擾

因此，針對(duì)直流低電壓測(cè)量，如何消除熱電勢(shì)影響以及抑制噪聲和各種干擾是提高測(cè)量精度的關(guān)鍵之一。

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· 校準(zhǔn)項(xiàng)目與方法

【校準(zhǔn)項(xiàng)目】納伏電壓表校準(zhǔn)規(guī)范主要針對(duì)納伏電壓表直流電壓測(cè)量功能進(jìn)行校準(zhǔn)。

【校準(zhǔn)方法】量子電壓法、標(biāo)準(zhǔn)源法、標(biāo)準(zhǔn)分壓器法、電流電壓轉(zhuǎn)換法。其中不同校準(zhǔn)方法中采用不同的標(biāo)準(zhǔn)器與被校納伏電壓表進(jìn)行比對(duì)，從而得到所測(cè)的誤差值，具體對(duì)比如下：

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· 校準(zhǔn)方法比較

納伏電壓表校準(zhǔn)可根據(jù)校準(zhǔn)需求選擇不同的校準(zhǔn)方法，量子電壓法準(zhǔn)確度最高，但是量子電壓基準(zhǔn)存儲(chǔ)條件及使用方法最為復(fù)雜，只在國家級(jí)計(jì)量院或軍工一級(jí)計(jì)量站可實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)；標(biāo)準(zhǔn)源法為天恒原創(chuàng)方案，相較于其他方案成本最低、準(zhǔn)確度較高，操作最便捷。

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◆ 天恒檢測(cè)方案

天恒的納伏電壓表校準(zhǔn)方案包括TH1200 納伏表校準(zhǔn)裝置、TH1950 高精度多功能校準(zhǔn)器、TH0320 參考級(jí)電阻標(biāo)準(zhǔn)、TH1000 超穩(wěn)電流標(biāo)準(zhǔn)等（部分校準(zhǔn)方法需搭配高精度八位半數(shù)表），可根據(jù)JJF XXXX-202X《納伏電壓表校準(zhǔn)規(guī)范》中的校準(zhǔn)項(xiàng)目完成納伏電壓表的校準(zhǔn)操作。

· 測(cè)量不確定度高達(dá)6ppm@10V

· mV輸出的穩(wěn)定性典型值高達(dá)1.8nV/min

· 雙通道電壓輸出均用低熱電勢(shì)端子連接

· 支持自動(dòng)校零功能，消除內(nèi)部熱電勢(shì)帶來的誤差支持通過上位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化校準(zhǔn)

· TH1950輸出電壓短期穩(wěn)定度達(dá)1.5ppm/min，優(yōu)于納伏表的相對(duì)最大允許誤差絕對(duì)值的1/10

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· TH0320最大工作電壓及標(biāo)稱阻值覆蓋納伏表校準(zhǔn)范圍，年穩(wěn)定性達(dá)到5ppm滿足校準(zhǔn)要求