采用Fluke 8508A建立鉑電阻測量標(biāo)準(zhǔn)

美國福祿克公司計(jì)量校準(zhǔn)部生產(chǎn)的8508A型參考級(jí)8 1/2位數(shù)字多用表，吸收了原有8506A型 71/2位數(shù)字多用表和1281型8 1/2位數(shù)字多用表的優(yōu)良品質(zhì)，并加以進(jìn)一步改進(jìn)。自從2002年推出以后，由于其在廣大用戶中精密、可靠、耐用的良好口碑，至今暢銷不衰。8508A特別適宜于在校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室中應(yīng)用，提供優(yōu)異的測量不確定度、低噪聲和低漂移。

很多用戶都把8508A應(yīng)用在電磁參數(shù)測量，比如交直流電壓/電流、電阻測量上，但實(shí)際上，8508A還有非常優(yōu)異的鉑電阻溫度測量功能，其指標(biāo)不僅可以媲美數(shù)字電橋的測量精度，價(jià)格卻比電橋便宜一半以上，完全可以適合溫度實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用。本文從最基礎(chǔ)的8508A測量電阻，包括鉑電阻的測量原理入手，詳細(xì)介紹如何利用8508A進(jìn)行溫度測量，包括鉑電阻探頭參數(shù)配置及實(shí)例，分析了8508A在電阻溫度測量中的優(yōu)勢，以幫助廣大用戶更好地應(yīng)用8508A。

一、8508A電阻測量工作原理

1.  兩線/四線電阻/鉑電阻測量

8508A在進(jìn)行鉑電阻測量時(shí)，實(shí)際上內(nèi)部仍然是在進(jìn)行電阻測量，因此我們有必要先看一下8508A電阻測量的過程。8508A在電阻測量時(shí)，可以選擇兩線測量或者四線測量兩種模式，并可以簡化為一個(gè)恒流源加一個(gè)電壓表的模型。恒流源產(chǎn)生的激勵(lì)電流流過被測電阻，在被測電阻兩端產(chǎn)生的伴隨電壓（或順從電壓）被8508A內(nèi)部的電壓表測量出來，由于8508A激勵(lì)電流是已知的，利用歐姆定律它就可以計(jì)算出被測電阻的大小，并顯示在屏幕上。

在兩線電阻測量模式下，當(dāng)激勵(lì)電流流過被測電阻時(shí)，實(shí)際上電壓表測量到的電壓不僅包括被測電阻上的電壓，還包括測量回路中測量引線的電壓，包括從8508A面板Input HI和LO兩端連接到被測電阻，還有8508A儀器內(nèi)部電壓表到面板端子的引線，以及被測電阻的引出線，這些引線上的電壓都會(huì)對(duì)測量結(jié)果造成影響，尤其是在小電阻測量時(shí)影響更甚。普通導(dǎo)線的引線電阻大約在0.1歐姆左右，如果被測電阻是1歐姆，引線影響可能高達(dá)20%。如果進(jìn)行大電阻測量，尤其是兆歐級(jí)以上電阻，電阻準(zhǔn)確度和分辨力有限，引線電阻的影響有時(shí)就可以忽略不計(jì)了。以兩線方式測量，也可以采用測量引線短路做相對(duì)測量，即引線連接到8508A上，引線末端短路并按OFFSET偏置鍵，以盡可能消除引線電阻。

要想更精確測量被測電阻，可以激活8508A的四線電阻測量模式，即通過8508A面板SenseHI和LO兩端來直接感知被測電阻上的電壓，但實(shí)際上這條回路仍然有引線電阻，之所以能夠不受引線電阻影響，是由于直流電壓表的內(nèi)阻一般都高于10MΩ，加上很微小的引線電阻，回路仍然是10M歐以上電阻，與被測小電阻并聯(lián)時(shí)，電壓表回路基本沒有吸收多少電流，可以說整個(gè)激勵(lì)電流都流過了被測電阻，這樣電壓表測量的就是被測電阻上的電壓降，所以借此消除了引線電阻的影響。

如果被測電阻連接的是鉑電阻，那么可以選擇8508A的鉑電阻測量模式，配置好相應(yīng)的鉑電阻參數(shù)后，就可以把測量得到的電阻值根據(jù)溫標(biāo)公式轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的溫度來顯示。

2、真歐姆電阻測量

在某些時(shí)候，測量線路中的熱電勢會(huì)給電阻測量帶來較大誤差。8508A提供了真歐姆（TruΩ）測量方式。采用真歐姆（TruΩ）方式時(shí)，先接通正向測量電流測量被測電阻上的電壓降，然后接通負(fù)向測量電流測量被測電阻上的電壓降，用第一次測量結(jié)果減去第二次測量結(jié)果得到兩次測量絕對(duì)值的和，將此絕對(duì)值的和除以2，就得到一個(gè)消除了所有熱電勢影響的電阻值。熱電勢之所以會(huì)被消除，是因?yàn)闊犭妱菔怯捎诓煌饘龠B接在一起形成了熱電偶效應(yīng)，所以產(chǎn)生了熱電勢，但它并不隨回路激勵(lì)電流的方向改變而改變極性，所以在運(yùn)算相減時(shí)就被消去了。

3、三線鉑電阻測量

8508A的鉑電阻測量除了有兩線和四線測量模式，還有三線測量模式，可以用來測量工業(yè)鉑電阻。在測量三線鉑電阻時(shí)，需要如圖所示把8508A的Input LO和Sense LO之間短接，然后把三線鉑電阻引線分別連接到InputHI、LO和Sense HI上面。在測量時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)部首先進(jìn)行一次兩線測量，然后再進(jìn)行一次四線測量，最后再進(jìn)行一次運(yùn)算，用2倍的四線測量結(jié)果減去兩線測量結(jié)果，由于被測鉑電阻三根引線電阻值應(yīng)該是相等的，從而可以消除三根引線電阻的影響，得到精確的被測三線鉑電阻的阻值，并進(jìn)而得到溫度值。

二、如何用8508A進(jìn)行鉑電阻溫度測量1.  鉑電阻探頭溫度顯示

選擇測量溫度功能（PRT）鍵，顯示鉑電阻探頭選擇菜單，如果之前定義過探頭，可以直接按上下鍵選擇探頭編號(hào)，按OK鍵確認(rèn)，之后經(jīng)過十多秒鐘，根據(jù)測量分辨力的設(shè)置，測量的溫度就會(huì)顯示在左側(cè)主屏幕，右側(cè)顯示器則會(huì)顯示探頭編號(hào)和測量的電阻值。

2. 鉑電阻探頭參數(shù)配置

此時(shí)按下 CONFIG（設(shè)置）鍵，顯示鉑電阻設(shè)置菜單，可以按Units下方軟鍵選擇溫度顯示單位K、°C、°F （絕對(duì)溫度，攝氏溫度，華氏溫度），或按Resl下方軟鍵選擇測量分辨力位數(shù)（5、6、7、8），或按PROBE進(jìn)入探頭菜單，其中可以編輯探頭、增加新探頭、刪除探頭或者退出探頭菜單。

如果選擇增加一支新探頭，按下 New 新建下方軟鍵，首先顯示輸入探頭編號(hào)菜單，根據(jù)自己對(duì)探頭編號(hào)的定義，按下8508A面板上各按鍵所對(duì)應(yīng)的數(shù)字輸入并按Enter軟鍵確認(rèn)。

之后在CONNECTION連接菜單，選擇探頭測試連接線類型（2Wr、3Wr、4Wr），并按Enter軟鍵確認(rèn)。

在之后的轉(zhuǎn)換公式菜單，會(huì)顯示溫度轉(zhuǎn)換公式選擇菜單，共有四種類型的探頭參數(shù)可選

a.      ITS90：按照ITS-90溫標(biāo)設(shè)置鉑電阻的Rtp、a+、b+、c+、a-、b-六個(gè)參數(shù)。

b.      cvd-a:  按照Callendar vanDuesen克倫戴爾萬杜森公式設(shè)置鉑電阻的R0，a，b 和 d 參數(shù)。

c.      cvd-A:  按照Callendar vanDuesen克倫戴爾萬杜森公式設(shè)置鉑電阻的R0，A，B 和C參數(shù)。

d.      cvddefault:  按照Callendarvan Duesen克倫戴爾萬杜森公式設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻的R0值； A，B 和C 參數(shù)選用默認(rèn)值： A=3.9083E-3, B=-5.775E-7,C=-4.183E-12。

3. 探頭配置實(shí)例

國內(nèi)計(jì)量部門在標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻的校準(zhǔn)證書中，都會(huì)給出在不同固定點(diǎn)溫度時(shí)的測量值，并且給出各溫區(qū)偏差函數(shù)的系數(shù)。關(guān)于如何認(rèn)識(shí)標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻的校準(zhǔn)證書，建議大家閱讀福祿克的應(yīng)用文章《如何看懂標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻檢定證書》了解更多。

如圖是一個(gè)用戶單位的鉑電阻證書，我們?nèi)绾伟堰@個(gè)證書的測試數(shù)值轉(zhuǎn)換為8508A的ITS-90鉑電阻探頭的參數(shù)值呢？

可以看出，此證書表明該探頭分別在鋅點(diǎn)、錫點(diǎn)、水三相點(diǎn)、鎵點(diǎn)、汞點(diǎn)和氬點(diǎn)進(jìn)行了校準(zhǔn)，并給出了水三相點(diǎn)的電阻值和第8溫區(qū)的函數(shù)系數(shù)及第四溫區(qū)的函數(shù)系數(shù)。在8508A上，如果鉑電阻探頭在第8溫區(qū)校準(zhǔn)過，那么a+就對(duì)應(yīng)于a8，b+就對(duì)應(yīng)于b8，同理在第4溫區(qū)校準(zhǔn)過，那么a+就對(duì)應(yīng)于a4，b+就對(duì)應(yīng)于b4，其他沒有給出的系數(shù)都選擇0。

如圖所示是b-參數(shù)輸入后的界面，其他參數(shù)類似。

下圖是使用這支編號(hào)為1226的鉑電阻傳感器與8508A四線連接后校準(zhǔn)一個(gè)恒溫槽的溫度示意圖，恒溫槽溫度設(shè)置為20.00℃，8508A實(shí)測槽內(nèi)溫度為19.83753℃,鉑電阻當(dāng)前阻值為27.316625Ω。

對(duì)于普通工業(yè)鉑電阻，可以采用cvddefault這種轉(zhuǎn)換公式，只需要輸入鉑電阻的R0值即可，其他A、B、C系數(shù)都已采用默認(rèn)值。

8508A可以保存最多100支探頭的參數(shù)，這對(duì)于一般實(shí)驗(yàn)室是足夠用了，可以很方便的在探頭校準(zhǔn)完畢即輸入?yún)?shù)值，使用時(shí)連上探頭，調(diào)出參數(shù)即可使用。

三、使用8508A進(jìn)行溫度測量的優(yōu)勢

1.  8508A具有優(yōu)異的溫度測量指標(biāo)

下面列表是8508A的溫度測量準(zhǔn)確度，可見在95%置信度概率下，8508A在0 ~ 200Ω量程電阻的總測量不確定度是±(7.5ppm讀數(shù)+0.14mΩ),折算的等效溫度準(zhǔn)確度最優(yōu)可達(dá)0.0020℃，這個(gè)準(zhǔn)確度完全可以與某些電橋的測量準(zhǔn)確度媲美。

2.  8508A/01鉑電阻測量的比率測量模式，可以獲得更高準(zhǔn)確度

8508A/01帶有01選件，即后面板輸入選件。有了這個(gè)選件，可以按前面板的INPUT按鍵，切換通道測量為SCAN交替測量模式，并且選擇F/R比率測量模式。這樣只要在后面板接入一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻把它作為參考探頭，在前面板接入被測鉑電阻，就可以通過此模式測量出被測探頭和參考探頭的比率值。此時(shí)由于使用的是8508A的短期傳遞不確定度，電阻測量指標(biāo)比直接測量高出約10倍，因此可以獲得更高準(zhǔn)確度。

電阻量程	電阻測量不確定度
	傳遞不確定度 20分鐘±1℃	2線 附加誤差 （Ω）	3線 附加誤差 （Ω）	溫度系數(shù)±ppm讀數(shù)/℃
				15 – 30 ℃	5 – 15 ℃
	±（ppm讀數(shù)+  mΩ）				30 – 40 ℃
0 ~ 199.990000Ω	0.8 + 0.14	0.1	0.005	0.6	1.0
200 ~ 1999.90000Ω	0.2 + 0.5	0.1	0.005	0.5	0.8

3.  8508A鉑電阻測量具有自動(dòng)正反向電流測量，可以克服熱電勢影響

8508A在四線鉑電阻測量模式下，是自動(dòng)啟用正反向電流測試，即前述真歐姆測試，因此可以消除熱電勢影響。在兩線和三線測量模式下，只能使用單向電流進(jìn)行測試。

4.  8508A鉑電阻測量是低電量測量，減少自熱效應(yīng)

為了配合測量測溫電阻（如鉑電阻）的需要，8508A測量鉑電阻時(shí)的激勵(lì)電流是1mA，是一種低電流模式，測量時(shí)可以大大減少由測量電流引起的加熱效應(yīng)。

5.  8508A鉑電阻測量可以一次進(jìn)行多支鉑電阻的檢測，提高工作效率

對(duì)于工業(yè)鉑電阻的校準(zhǔn)工作，一般需要利用比較法同時(shí)測量多支被測鉑電阻與標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻的差值，這時(shí)，可利用將8508AINPUT HI和LO端引出的激勵(lì)電流串聯(lián)流過所有標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻和被測鉑電阻，用8508ASense HI和LO分別連接到測量的鉑電阻讀取測量結(jié)果，從而實(shí)現(xiàn)一次進(jìn)行多支鉑電阻的檢測工作，大大提高工作效率。此時(shí)，為保證測量準(zhǔn)確度，需要檢定的速度較快，以避免熱源溫度發(fā)生變化。當(dāng)然，也可利用程控的低熱電勢開關(guān)切換測量端，從而實(shí)現(xiàn)更快捷的操作。

四、總結(jié)

8508A提供了2、3、4線的鉑電阻PRT或者標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻SPRT溫度測量能力，溫度范圍從-200°C 到600°C。儀器能夠同時(shí)給出溫度讀數(shù)和電阻讀數(shù)，并具有ITS-90和按Callendarvan Duesen克倫戴爾萬杜森公式的線性化能力，與測量電阻時(shí)一樣，溫度測量時(shí)也采用電流正反向技術(shù)以消除熱電勢引起的誤差。因此，8508A測量溫度準(zhǔn)確可靠，對(duì)于溫度測量和鉑電阻PRT校準(zhǔn)工作都是一種理想的測量工具。

不知你是否實(shí)際使用過8508的RTD測量功能，你說它十幾秒就可讀數(shù)，呵呵，好好用用再說吧，我告訴你，它讀一個(gè)數(shù)你可以聽到8聲繼電器切換，而且0.14mohm的噪音水平，還是95%置信度的，還敢跟電橋比？

正學(xué)習(xí)8508測試

哈哈  看到了圖中的7320恒溫槽    我這邊剛收到一臺(tái)    平常干活用挺方便