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七位半万用表终极性能评测

分类名:测评日期:2016-01-28作者:eenuts 阅读原文

本帖最后由 eenuts 于 2016-1-29 14:39 编辑

eithley 与 Keysight 七位半万用表指标和性能评测
http://bbs.nvwayi.com/thread-480929-1-1.html
Keysight 与Keithley七位半万用表对比
http://bbs.nvwayi.com/thread-480777-1-1.html

其中有关安捷伦 (Keysight)和 吉士利(Keithley)七位半万用表的评测受到了一些读者的质疑。有一些偏激的读者甚至留言怀疑我们来黑Keysight,并认为我们的评测方法太过简单,不具备可信度。



我们理解一些用户从惠普到安捷伦到keysight一路积累下来的情感,进而产生出一种崇拜。但吉士利也不是测试行业的无名之辈。为了证明我们的比较结果,我们特意编译了一篇国外网友对两台七位半万用表的评测文章。这里使用到了更全面和更有说服力的数据。也请各位Keysight的拥护者保护好心脏,仔细观看Keithley万用表对Keysight的全面碾压吧。(以下为编译文章内容,懒得看细节的观众可以直接翻到最后几段看结果)

在过去的几个月里,Keithley和Keysight双双推出了各自的七位半数字万用表。Keithley 7510在一月(2015年)推出,主打功能是70平方厘米的触摸屏和1M采样率的数字化仪功能,零售价在3990美元。Keysight 34470A带有47平方厘米屏幕和软菜单控制功能,以及50K采样率的数字化仪,零售价为2890美元,加上刚才列出的数字化仪选件,最高达到3690美元。两台设备提供了几乎相同的功能,接头以及连接接口,但是今天我要讲的不是这些。我是个跟万用表打交道的家伙,而且我是个工程师。我处理数据,我跟数字打交道,我也负责测试。我想看看这两台设备在同样的测试条件下,测试同样的信号,他们的测试能力到底如何(没人付钱让我做这个,也没人要求我做这个,我仅仅是在业余时间,用多余的设备来做的,没有任何公司牵扯到这次测试中,以及,以及,至少到目前为止,我就是喜欢万用表)。

测试设置:Fluke 5700A 校准仪,HP 3458A 八位半数字万用表。(其中Fluke 5700A是用于万用表校准的高精度基准源,专门用于五位半至七位半万用表的校准,推出到现在已经有过接近30年的历史)

先来一张全家福,上面的两台分别就是5700A和3458A。下面两台就是今天要接受折磨的七位半万用表。



上周在等待几台设备校准的时候,我有了一些空闲时间,所以我就从办公室抓了几台仪器,包括一个DMM 7510,一个34470A,对它们进行了一些基础的测试。你可以看到这里的测试配置。这里有一台Fluke 5700A 校准仪(刚刚进行过校准),以及一台HP 3458A 八位半数字万用表用于验证Fluke校准仪的输出。我将两台待测的万用表都严格设置为同样的积分时间(1个PLC),并使用相同的配置(包括输入阻抗,滤波等)。每项测试中,我都用自己的数码相机拍摄下来测试结果,并在描述中列出测试误差。

10V 标准电压源


让我们从最基本的功能开始:10V,1V和0。1V量程下的直流电压测量。我们对10V标准直流电压进行多次测量(300次以上),然后对测量结果的平均值进行比对(使用多次平均是为了消除随机误差的干扰)。

请忽略屏幕下方的统计信息,因为我有时候会在测试过程中偶然触碰到连接线和接头,所以请无视那些最大,最小,RMS值的信息。由于平均值是对成百上千个历史数据进行的平均处理,其结果应该是可以反映系统误差的。

10V量程下:
Keithley: 低于标准值3uV
Keysight:低于标准值14uV
Keithley胜。

1V 标准电压源



1V量程下:
Keithley: 高于标准值0.5uV
Keysight:低于标准值4uV
Keithley胜,超出不少哦。
100 mV 标准电压源


100mV量程下:
Keithley: 高于标准值460nV
Keysight:低于标准值650nV
Keithley胜。

100 mV 量程底噪



下面一步是底噪测试。为了测试这项内容,我在万用表前端接入低热阻短接头,直接将正负极短接测量零电平,取了大约1分钟的测试数据。从原理上这是万用表可以测到的最低本底噪声。我想尽量把两台表的纵坐标调整到一致,但是由于屏幕尺寸不同,看起来效果还是有点失真。如果你想看到实际的性能体现,还是读屏幕上的数字吧。

100mV量程底噪:
Keithley: 0.05 uV RMS
Keysight: 0.28 uV RMS
Keithley胜。

1V 量程底噪



1V量程底噪:
Keithley: 0.11 uV RMS
Keysight: 0.40 uV RMS
Keithley胜。

10V 量程底噪



10V量程底噪:
Keithley: 0.8 uV RMS
Keysight: 1.3 uV RMS
Keithley胜。

3A标准电流源


下一步是直流电流测试。两台表都可以在其中一个电流端口达到3A,而另一个独立端口则可以达到10A测量能力。DMM7510提供最低10uA量程,34470则最低可以达到1uA。我使用3458A来验证电流测试能力并测量负担电压(burden voltage,万用表正负两端的电压降,该数值越小越好)。3A量程(我没有10A的线缆所以没法测试10A量程)

Keithley:
低于标准值0.3mA
Keysight:低于标准值2。0mA
负担电压:(万用表测量电流时,串联进入电流环路后两端的电压降)
Keithley:1.8V
Keysight:2。1V
Keithley胜。

1mA标准电流源


5700A作为1mA电流源使用3458A测量的读数是0.9999840mA,以此作为标准值。Keithley读数:高于标准值3.5nAKeysight读数:低于标准值30.0nA (抱歉Keysight Average处的显示被打乱了)

负担电压:(万用表测量电流时,串联进入电流环路后两端的电压降)
Keithley:11mV
Keysight:105mV
Keithley胜,7510的负担电压指标做的非常好,接近34470A的1/10,说明在小电流测量时使用的旁路电阻更小,对电流测量引入的误差也更小,非常厉害

1uA标准电流源


1uA电流源3458A的读数是:1。000060uA,以此作为标准值
Keithley读数(10uA量程下,无1uA量程):低于标准值140pA
Keysight读数(1uA量程下):低于标准值110。0pA
负担电压:(万用表测量电流时,串联进入电流环路后两端的电压降)
Keithley:1.1mV
Keysight:1.1mV
Keysight胜!!!!!!(难得胜利一局,但主要原因是提供了1uA的小量程)

两台仪表都提供了崭新的数字化仪功能(高速数字采样),可以同时采集电压电流,这里我用了一些测试方法来验证这些功能。
电流采集:600ms,图形化显示


数字化仪功能比较难测试,仅仅测试直流精度不能准确的反应它们的性能,另外,我们也没有设备去测试它们的波形显示功能。作为替代,我设置了一个跟应用相关的测试来检验两台设备的电流采集功能。这个测试就是测量3458A的排出电流(pump out current,万用表切换量程时从测量端泄漏出来的小电流脉冲),因为3458A就在我手边比较方便。为了做这项测试,我把3458A的正负电压测量端直接连接到万用表的电流测量端。我记录了每台万用表在最小量程下的最快采样速率,保存了大约600ms的数据。记录下来的波形显示在万用表屏幕上,分别使用了最大放大倍数和最小放大倍数。

电流采集:600ms,最大放大倍数

最大放大倍数下(以及最高采样率下)显示到的电流波形。(可以看到由于DMM7510的采样率更高,可以将电流脉冲波形展宽更多,看到更多的波形细节,而34470A只能看到一条竖线)
Keithley胜。

1欧姆标准电阻源


下面是电阻啦。两台设备都支持最高1G欧姆的测量量程,并提供两线,四线以及偏置补偿测量功能。DMM7510还提供了干电路测试法。DMM7510提供最小1欧姆量程,而34470A提供最小100欧姆量程。电阻源:0。9999181欧姆(这是校准仪中提供的真实电阻参考)

1欧姆测量

Keithley (在1欧姆量程下):低于标准值9 uOhm
Keysight(在100欧姆量程下):低于标准值610 uOhm
Keithley胜,并且展现出了巨大的优势。

10k欧姆标准电阻源



电阻源值:10.000040 KOhm (第一天拍的照片特别不清楚,所以我第二天重新拍了一张,看起来光线条件跟前面的图片不同)

10k欧姆测量


Keithley:低于标准值44mOhm
Keysight:高于标准值90mOhm
Keithley胜。

100 MOhm 标准电阻源


电阻源值:100.01372 MOhm

100MOhm 测量


Keithley:低于标准值4.3 kOhm
Keysight:高于标准值16.0 kOhm
Keithley胜,电阻测试方面34470A太让人失望。

下面是交流部分了:
10 VRMS @ 100 kHz ACV, 使用3458A验证



交流电压有效值 ACV RMS的测量可以花费你数周时间去深入探寻。其中的指标包括频率范围,电压值,波峰因数(波形的形状),以及其他考虑因素。指标中通常只给出正弦波的情况,而我正好又没什么时间了,所以我只测试了两个点,分别在100KHz的位置。Keysight那台可以测试波峰因数为10的信号,这点很让人吃惊。但是我手里只有一台正弦波形发生器。如果有人想继续深究这一点,想必会很有意思。信号源输出值:9。99497VRMS (3458A测试结果作为标准值)

10 VRMS @ 100 kHz 正弦波



Keithey:低于标准值3.7 mVrms
Keysight:高于标准值6.7mVrms
Keithley胜。

100 mVRMS @ 100 kHz 正弦, 经3458A验证


源输出值:99.9417mVrms

100 mVRMS @ 100 kHz 正弦波


Keithey:高于标准值157 uVrms
Keysight:低于标准值 52 uVrms
Keysight 胜!恭喜!

贴了这么长,估计大家都看烦了。结果就是这样,在全部15个测试项目中,Keysight 34470A仅在两项中取得胜利,而在常规直流测量项目中,除了依靠1uA小电流量程在电流测量中取胜外,剩下的项目全部失利。这个结果还是很出乎我们意料的。

其实从测试仪表的角度,由于价格和市场定位的原因,指标上互有优劣也是很正常的事情。各位厂家的粉丝也不必纠结于一时的优劣,毕竟七位半万用表已经可以满足99.9%以上的直流测试需要,这微小的性能差别对我们真的无关紧要。

唯一让我们觉得不爽的是,Keysight 34470A作为七位半万用表,居然与34465A六位半万用表具有几乎相同的短期测试精度。这意味着两者之间的差别很可能是依靠软件算法截取更多位的无效数据,这样就可以提高一倍的价格进行销售。似乎在情理上有点说不过去。也有悖于HP/Agilent一贯的严谨作风。

所以从我们的角度讲,如果您真的需要七位半万用表,多花些钱购买Keithley 7510非常值得,因为无论操作界面,使用方法,以及测量精度,都无愧于这个价格。如果您只想选择Keysight的高精度万用表,那么34465A是性价比之王,而34470A并没有体现出它应该具备的性能优势。

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