隨著電子技術的進步，科研和生產中對數字多用表（以下簡稱數字表）的顯示位數、分辨力、測試精度和測試功能的要求不斷提高。二十多年前，隨著多斜積分技術的成熟、高精度器件成本的不斷降低，價格不足一萬元人民幣的六位半數字表產品開始替代五位和五位半產品，成為科研人員的標配儀器。近十多年來，六位半數字表逐步進入高端電子產品產線，如手機用元器件和部件、高精度傳感器和鋰離子電芯的篩選和生產測試。當前，七位半、八位半數字表已經不是計量部門的專用設備，越來越多地成為研發(fā)人員和生產測試人員的案頭工具。這里我們簡單討論從六位半升級到七位半的必要性，為大家測試工作提供選型參考。
一、數字表的幾個關鍵指標和相互關系
01 顯示位數和分辨力
我們這里所談的六位半、七位半是指數字表的顯示位數。它與數字表的分辨力相關，而決定分辨力的是數字表電路中的模數轉換器（ADC）。三者的關系如下表舉例，實際應用中不一定嚴格按此對應。
表一、數字表的顯示位數、ADC位數和分辨力的關系
我們以直流電壓1V檔為例，當我們用16位ADC的數字表測量它時，其分辨力為：
分辨力==≈0.00002V
這個分辨力對應十進制顯示的數字表時，就是四位半。最前面一位只顯示0和1，故稱半位。
02 精度
指測量結果的?可重復性與接近真值的程度?，通常用?最大允許誤差范圍?表示。數字表廠家一般會給出校準后相對于校準標準的24小時、90天和1年的相對誤差范圍。表示方式為±（讀數%+量程%）。
03 精度與分辨力的關系
首先這是兩個不同的概念；其次廠家設計數字表時，一般會把顯示位數的最低位對應到分辨力位，而誤差位要高于分辨力位。這樣，我們既能知道誤差范圍，又可以清晰分辨測試值的最小變化。反之，雖然數字表滿足測量精度要求，但因為分辨力不足，則無法正確讀出數值。
04 精度與顯示位數的關系
一般情況下，顯示位數高的數字表，精度就更高、誤差更小。舉例來說，當數字表的1V檔誤差范圍在±xuV時，顯示位數一般會設計成七位半，分辨力位在0.1uV。
05 工頻周期（PLC）
數字表測試時一般會要求操作人員選擇測試的工頻周期（Power Line Circle），目的是消除由于無處不在的工頻干擾對于測量的影響。如果要達到與六位半對應的精度（1ppm分辨力），最少需要一個完整的工頻周期的積分時間，才能把正負半周的紋波抵消。而要達到七位半對應的精度（0.1ppm分辨力），則最少需要十個PLC的積分時間。
二、什么情況下需要七位半的數字表
簡單來說，當六位半數字表滿足不了測試精度和分辨力要求時，則需要七位半甚至八位半數字表，下表是各分辨率數字表最常用的應用方向。
1、鋰離子電池OCV測試
隨著鋰電池生產工藝的進步，電池生產企業(yè)對于電芯一致性測試（OCV測試）的誤差要求已經提高到±0.1mV。我們粗略計算一下，六位半數字表和七位半數字表哪個可以滿足需要。鋰離子電池充滿電時的電壓約為4.2～4.4V。為了計算方便，我們取5V。航天測控公司的AMC93210六位半數字表10V檔的年精度為±（讀數0.0035%+量程0.0005%），據此，我們算出此數字表讀數為5V時的誤差范圍為：±（5*0.0035%+10*0.0005%）=±（0.175mV+0.05mV）=±0.225mV。顯然，無法滿足新工藝下電芯OCV測試需求。
再來看七位半數字表，以AMC93200數字表為例，計算5V時的誤差范圍。數字表10V檔的年精度為±（讀數0.0014%+量程0.0002%），5V時的誤差范圍為：
±（5*0.0014%+10*0.0002%）=±（0.07mV+0.02mV）=±0.09mV。
滿足測試精度要求。
顯然八位半數字表的精度遠高于需求?？紤]到五倍以上的采購成本以及更高的計量、維護成本，八位半在電芯測試中就不是最佳選擇了。
2、高精度溫度傳感器測試
PT100是0℃時阻值為100歐姆的鉑電阻溫度傳感器，是最常用高精度溫度傳感器。某廠家工業(yè)用PT100在0℃的誤差為±0.066℃，如果您在0℃時的溫度測量誤差范圍在±0.1℃時，可以選擇這種PT100。
如果精度要到±0.02℃，則需要選擇二等以上的PT100，如某型號PT100在0℃的誤差為±0.012℃，加上數字表的誤差，可以滿足測試精度要求。
如何估算數字表測量PT100鉑電阻時導致的溫度的誤差范圍呢？PT100鉑電阻標準中的α值為+0.00392 ?/?/ ?C，數字表四線電阻功能測得的PT100上電阻R=Ro(1+αT)。據此公式和數字表在100 ?檔的精度，可以計算出數字表測溫度的誤差范圍，見表二。
表二、不同精度數字表測量PT100時，0℃度的溫度誤差（不含PT100誤差）
從表中可以看到，六位半數字表測量PT100鉑電阻時，溫度誤差在±0.054℃，加上工業(yè)級PT100的誤差±0.066℃，總誤差為±0.085℃。而用七位半數字表配同樣的PT100，總誤差為±0.071℃。當七位半數字表配二等標準鉑電阻時，總誤差為±0.028℃。雖然八位以上數字表配相同二等鉑電阻，誤差為更小的±0.012℃，但如果預算不足，或±0.028℃的誤差就完全滿足需要，七位半數字表不失為更具性價比的選擇。
需要說明的是，即使RTD的線性度比較好，數字表測量溫度時仍然需要通過更精確的曲線擬合，才能把測得的電阻值轉換為溫度值。Callendar-Van Dusen方程用于粗略估計RTD曲線已有多年，現在已經被更精確的20次多項式取代。因此想要直接得到精確的溫度值，需要數字表具有PT100的溫度測量功能。
三、七位半數字表的其他功能帶來的好處
除了測試電壓、電流、電阻、交流電壓、交流電阻外，最新的七位半數字表在功能、測量范圍和測試數據的展示方面還有很多新增功能，滿足科研、產品研發(fā)和驗證、產線測試的多方面需求。下面重點介紹幾個。
01 直流高壓測試
一般的數字多用表直流電壓的最高檔位為1000V。隨著電化學儲能的規(guī)模應用，鋰電池PACK的電壓已經達到1500V甚至更高。另外一個應用領域是高壓充電樁產品的測試，雖然現在電動汽車的直流充電電壓一般低于800V，但充電樁內部DC-DC電壓已經高于1000V。如果采購專用的高壓測試儀，增加成本的同時，還會帶來額外的編程、系統集成工作。如果數字表的直流電壓檔增加2000V和3000V檔，將大大減少工作量，降低成本。AMC93200H數字多用表就具有了這樣的功能，并且年精度保持在±（0.0040%+0.0005%）的水準?？紤]到高壓回路的安全和保護，高壓端子單獨從后端接入，并采用特殊接口和專用測試線纜。
02 電容測試
目前七位半數字表大都增加了電容測量功能，量程從1nF到1000uF，年精度達到±（0.4%+0.1%）的水平。雖然離專用的RCL表的±0.05%精度還有差距，但從付出的代價和方便性來看，可以滿足設計調試中電容器件的測試需求。也可以滿足鋰離子電池正極對殼體電容（10uF～100uF）的測試需求。
03 多種顯示模式
除了最常用的數字顯示，AMC93200系列數字表還可以顯示趨勢圖、直方圖，便于使用者長時間采集數據，觀察數值的變化趨勢以及參數的統計分布規(guī)律。
04 電腦連接與上位機軟件
AMC93200系列數字表標配LAN、USB和RS232接口，提供免費的上位機軟件，方便與電腦連接，實現數據的采集、傳輸和展示。前面版還標配了USB Host接口，可以在不接電腦的情況下連續(xù)采集數據并存儲到U盤。
結論
經過以上分析，我們看到越來越多的研發(fā)測試開始選用七位半數字表，高標準部件、高精度傳感器、高性能鋰離子電芯等產品產線測試也開始導入七位半數字表。如果您的預算不那么緊，下一臺數字表可以考慮七位半了。
來源：航天測控公司 產業(yè)化辦公室 史紅斌
