測量開關(guān)和掃描器及著名實驗室圖片

作者：lymex
什么是測量開關(guān)

假如你有了很多基準(zhǔn)，那么如何接線測試呢？大部分高位萬用表只有一個電壓輸入，一次只能測試一個基準(zhǔn)。
要想測試所有的基準(zhǔn)，那自然要輪換的來測試。每換一次，就要做一次重新接線。麻煩不說，關(guān)鍵是有人為干擾，有接錯的可能，尤其是轉(zhuǎn)換不會是及時的、周期的、準(zhǔn)確的、重復(fù)性的。
圖：比利時某計量單位的電壓系統(tǒng)

顧名思義，測量開關(guān)其實就是開關(guān)，只不過是專門給測試、測量用的，功能上也就是轉(zhuǎn)換測試對象，所以主要是信號級別的，電壓和電流不很大，但其它要求比較高，比如很低的熱電動勢、很小的干擾、很高的絕緣、很好的穩(wěn)定性。另外，測量開關(guān)一般是程控的、自動的。但早期的開關(guān)是順序掃描的，因此現(xiàn)在這樣的開關(guān)都叫掃描器，英文Scanner。
圖：Dataproof的低熱掃描器


測量開關(guān)的種類和性能
用按鈕、琴鍵、旋鈕來控制，這樣的開關(guān)如果材料選的好，可以做成頂級的，熱電動勢可以小于10nV。

2、繼電器的
常見，主要是可以程控，當(dāng)然也可以面板手動操作。
繼電器可以采用干簧的，特點是速度快、絕緣電阻高、靈敏度高因此耗電小發(fā)熱小。不過，現(xiàn)在多數(shù)計量開關(guān)都采用磁保持繼電器，只有在動作的時候才需要一個脈沖驅(qū)動，然后驅(qū)動就可以撤掉，繼電器內(nèi)部有磁鐵，能夠保持吸和。如果需要斷開，需要在線圈上加一個反向脈沖電壓，或者在另一個線圈上加上正脈沖電壓。因此，磁保持繼電器是基本不發(fā)熱的，所以熱電動勢可以做的更小。Dataproof等采用那種Printact小型磁保持，是沒有引線的，直接用印刷電路板做靜止極，這樣就少了一個焊接環(huán)節(jié)，對減少熱電動勢很有利。




Dataproof的開關(guān)一般可以保證<50nV，典型值做到<20nV。高聯(lián)的開關(guān)外表和DP的非常類似，指標(biāo)也是一樣的，因此猜測內(nèi)部結(jié)構(gòu)也一樣。


3、電子的
一般采用場效應(yīng)管，就是一種壓控電阻，這樣就沒有殘余電動勢，同時能做到開路絕緣高、短路電阻小、驅(qū)動不需要電流的優(yōu)勢，這樣就基本上無消耗、無發(fā)熱，對控制熱電有幫助。另外具有速度快、無震顫等優(yōu)勢，適合高速轉(zhuǎn)換。
比如VMOS管，小型的開啟狀態(tài)電阻可以<0.1歐，而開路漏電流可以做到pA級別或更小，控制電壓要5V到10V。缺點是不隔離，耦合電容比較大。
再比如PhotoMOS，最早電信系統(tǒng)用的多，屬于光電隔離型的，初級部分是一個高效發(fā)光二極管，照射到次邊的光電池組上，產(chǎn)生電動勢，來驅(qū)動一對串聯(lián)的MOS管，這樣控制部分和輸出部分高度隔離。這種開關(guān)的缺點，一個是導(dǎo)通電阻不算很小，常見的是典型值0.85歐，同時開關(guān)速度不是很快，毫秒級。這種PhotoMos開關(guān)，經(jīng)過我DIY和兩年多的測試，效果還不錯，熱電動勢不大于100nV。
PhotoMos

成品開關(guān)

下面列舉一些成品的東西，看人家都是怎么做的
HP
HP什么都做，主要有一些內(nèi)部帶有開關(guān)的采集控制器

3421數(shù)據(jù)采集/控制器，含開關(guān)，很老的東西






HP3852A，也很老，但很大、插件很多，貌似功能很強(qiáng)   





Keithley
K有一款比較現(xiàn)代的7001



Dataproof
Dataproof是一個小公司，但專門做高性能低熱開關(guān)/掃描器，其產(chǎn)品常測試機(jī)構(gòu)采用
前面板有2種形式，按鈕的和輕觸的（點擊可見大圖）



后面板也有多種形式，其中，接線柱的和直接F4單芯裸銅線的是常見的兩種（點擊可見大圖）


Guildline
加拿大高聯(lián)公司是一個專業(yè)高端計量設(shè)備廠家，也生產(chǎn)一款6664A/B開關(guān)/掃描器




Transmille
英國的Transmille是一個不大的后起計量公司，有個10×4的開關(guān)/掃描器




開關(guān)的用途

正規(guī)用途
正規(guī)用途都是計量里面，考核、對比、測試多個基準(zhǔn)用的?；鶞?zhǔn)可以是2線的電壓基準(zhǔn)，也可以是4線的電阻基準(zhǔn)。



國內(nèi)203所的JVS（國家副基準(zhǔn)），用了高聯(lián)的32×2掃描器



Fluke的JVS上，用的是Dataproof的32×2



Fluke的電壓考核系統(tǒng)



高聯(lián)的電阻測試系統(tǒng)



美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)局（NIST）的電壓系統(tǒng)，2個Dataproof的32×2開關(guān)



Transmille的溫度測試系統(tǒng)



Transmille的電壓系統(tǒng)



Transmille的電壓測試系統(tǒng)



特殊開關(guān)/掃描器

Guarded Scanner
用于高阻測試，可以排除普通開關(guān)漏電的影響。

Jake
美國NIST利用DCC和替換技術(shù)與QHR，可以使得電阻的對比誤差減少最小。而其中的替換就是用如下機(jī)械手來實現(xiàn)的，實際上也是一種開關(guān)。

很好。學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)，謝謝提供！

NIST的JVS也看到了！呵呵！繼電器RELAY方面Aromat(安羅麥特）的不錯！

好多東西都是沒見過的，學(xué)習(xí)了

大開眼界！

多謝樓主分享。