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转 牛人DIY高精度六位半数字万用表  

2016-05-26 23:37:40|  分类: 电子基础 |  标签: |举报 |字号 订阅

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         数字多用表是常用的测量仪器,目前市场常见的是3.5(三位半)和4.5 手持表,用于一般测量,另外高端的则是6.5位以上的台式表,价格较高,用于高精度测量。
        
随着电子技术的进步,高性能低成本的器件层出不穷,使得制作一部低档的6.5位数字多用表成为了可能,这里介绍这款六位版,就是在性能上、功能上和成本上综合考虑的一种设计实现方案。

设计思想:
           选用成品的通用元件:高端DMM采用以 恒温深埋齐纳基准——前端为Dual JFET的混合低噪声运算放大器——多斜率积分高速高分辨率ADC 为主轴的测量系统,其中每个部分的制作难度都非常高,而且需要昂贵的仪器进行调试、校准,这样的要求在业余条件下是难以满足的,所以这里采用了相对低成本可靠通用IC 精密带隙基准——单片低噪声斩波稳零放大器——24Bits低噪声ΣΔ ADC来替代,这样的既可以减少元件采购难度,降低整体成本,最重要的是能得到可靠的性能保证,就是说可以根据DataSheet上标明的最差指标可以计算出系统的整体性能。

        放弃高电压,大电流量程:首先对这些量程进行高精度测量本身难度就非常高,而且对系统的输入选择、保护系统提出了很高的要求,元件质量要求高,PCB面积占用大,最重要的是要为用户人身安全负责,为了避免出现安全问题所以没有设置危险的测量量程。

        放弃长期稳定性:要靠数字多用表本身来保证长期稳定性意味着整个系统每个部分都要有很高的长期稳定性,基准要用深埋齐纳基准,分压电阻要用精密电阻网络等等,成本会显著提高,相对而言购买或制作标定好的基准(LYMEX有售)要便宜的多,而且在进行对比测量时可以将整体的精度提高到接近外部基准的水平。

放弃交流测量:由于没有设计交流测量系统的条件,所以没有做。

采用手持设备架构:由于现代MCU的集成度非常高,开发工具越来越简便,加之笔者最近在学习STM32($18.3200),所以就做成手持设备了。

总的讲设计要素的优先关系如下 低成本〉小巧〉低功耗〉高性能

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功能和指标
电源:
   3.0V~6V供电可用单节磷酸铁锂(3.2V), 单节钴酸锂(3.7V) , 单节锰酸锂(3.6V),三节碱性电池(4.5V),三节镍镉或镍氢电池(3.6V),功耗250mW(开启数据保存),2.9V低电压关机(为了保护锂电避免过放电),软件电源开关,待机电流《5uA.
测量:
        1ppm 分辨率 1ppm 噪声 5ppm 线性度 1ppm温度系数。
  电流测量 100mA,10mA,1mA 压降《0.125V , 500mA 熔断器。
  电压测量100mV , 1V 》10G高阻抗输入, 10V ,100V 9M 低阻抗输入(新版批量采购1.1M的电阻就是标准的10M,后文详述)。
  电阻测量 100R 1K 10K 100K 1M 采用恒流方式(对应为1mA ,1mA, 100uA,10uA,1uA)开路电压5V,支持4线模式。
  温度测量 采用PT100($5.8752)传感器,可处理到 -200摄氏度~850摄氏度,分辨率0.01度。
  除温度测量外都有25%的超量程测量(例如1V可测到1.25V)当开启自动量程转换时连续三个测量读数都超量程时向上换档,连续三个测量读数都欠量程(《 0.11)时向下换档。

系统和软件:
  支持SD卡数据存储,导入校准数据,从SD卡更新固件(新版功能)。
  支持实时时钟,可设置自动关机,以及定时唤醒数据采集模式。
  支持自动量程,0位补偿,数字滤波。
  带有简单的帮助。

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