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YY2815精密元件分析仪的测试误差分析及排除
廖阿丽
（航天科技集团771研究所，陕西西安710054）
1引言
YY2815精密元件分析仪主要是测量电感、电容、电阻、电导、损耗、品质因数等器件参数，通过仪器内部给定的技术条件，可以测量1个元件对另1个元件在数值上的偏差，或者同1元件在不同条件下在数值上的偏差，并给出偏差大小的百分数。同时，对1个器件的两种参数同时进行测量，给出具体数值，针对数值的偏差，做出可行性分析，提高测试手段等，将测试误差降到最低程度。
图1 结构框图
2工作原理
该仪器的所有功能都在微机的控制下完成。其结构图如图1所示。微处理器采用Z80，有系统总线和模拟总线，系统总线可实现各种接口的控制访问，模拟总线可以实现对测量电路和偏压电路的控制和访问。由于模拟总线与系统总线分开，使模拟总线成为一个“宁静区”，减少了噪声对测量的干扰。微机的基本任务是查询键盘。在键盘所选的条件下，控制测量电路以获得被测阻抗与标准阻抗上的电压，将这些电压分解为正交的向量电压，再把这些向量电压变成相应的数学量，按CRT上提示的要求，按相应的数学模式进行运算，将测量结果送到CRT上进行显示，这样完成元件的一次测量。在测量过程中，键盘的任何1个变化都将导致本次测量中途失败，再去执行键盘服务程序，然后按新的条件重新进行测量，并在CRT上显示新的测量结果。原理如图2所示。
图2 原理框图
3测量原理
从图2可知，由于运算放大器不取电流，所以  ,即。        对及进行正交分解后可以得到的实部为电阻，虚部为电感和电容。由于仪器的分解方法为矢量分解法，即所谓自由轴法，自由轴法减少了信号电路延迟和相移的影响，提高了测量精度。如果选定，则用180°→0°→90°→270°的相位信号测量，再选定，用270°→90°→0°→180°的相位信号测量，在得到以上信号的相应的数字量后，同一信号的相位相反的数据作减法，从而消除零点漂移的影响，提高测量精度。
得到数值后，再按相应的数学模型进行运算，从而可以得到R、G、C、D、L、Q、Z、Y、Q各个参数的值，该值再与开路微调或短路微调的新值进行运算，使测量结果更精确。
4测量误差
该仪器的测量误差应在仪器通电预热10min后在所应用的频率下进行开路微调和短路微调，被测元件可以被认为是理想元件。
典型条件时的测量误差：要求对被测元件进行慢速测量，对被测元件进行电阻/电导测量时，要求Q≤01，进行电容/损耗测量时，要求D≤0.1，测量电感/Q值时，要求Q≥10。
高电平测量误差：典型信号电平为1V/100mA，如表1所示。
低电平测量误差，如表2所示，典型信号电平为200mV/20mA。
从表1和表2可知，该仪器的测试精度相当高，且可直观地读出具体数据。
表1 被测参数及误差
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被测参数
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频率
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测量范围
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工作误差
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R/G
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100Hz
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0.2Ω～12MΩ
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±0.05％
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1kHz
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0.2Ω～20MΩ
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10kHz
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0.1Ω～4MΩ
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C
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100Hz
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180pF～10000μF
|
±0.05％
|
|
1kHz
|
20pF～1800μF
|
|
10kHz
|
20pF～20μF
|
|
D
|
100Hz
|
200pF～10000μF
|
±0.0005
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|
1kHz
|
60pF～300μF
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±0.0002
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10kHz
|
80pF～100μF
|
±0.0005
|
|
L
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100Hz
|
80μH～2000H
|
±0.1％
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1kHz
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3μH～200H
|
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10kHz
|
3μH～5H
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|
Q
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100Hz
|
0.6μH～700H
|
±0.05％
|
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1kHz
|
40μH～160H
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10kHz
|
4μH～1.8H |
表2 低电平测量及误差
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被测参数
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频率
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测量范围
|
工作误差
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R/G
|
100Hz
|
1Ω～1MΩ
|
±0.05％
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1kHz
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0.8Ω～400kΩ
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10kHz
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0.8Ω～25kΩ
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|
C
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100Hz
|
4nF～1000μF
|
±0.05％
|
|
1kHz
|
1nF～120μF
|
|
10kHz
|
1nF～15μF
|
|
D
|
100Hz
|
2nF～1400μF
|
±0.0005
|
|
1kHz
|
400pF～300μF
|
|
10kHz
|
800pF～300μF
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|
L
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100Hz
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0.6mH～600H
|
±0.1％
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1kHz
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40μH～60H
|
|
10kHz
|
4μH～1.2H
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|
Q
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100Hz
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4mH～200H
|
±0.05％
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1kHz
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100μH～40H
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10kHz
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10μH～300mH |
5实测误差
根据测量误差给定的高、低电平中各个频段的误差值，相应制定出实际生产测量中所给出的各种元器件的测试技术条件。
由于元器件生产厂家不同，出厂时的测试仪器不同，测试技术条件不同，所以给元器件筛选带来相应的测试误差。购入一种器件时，对其筛选测试时所给定的测试技术条件是不变的，其工艺过程存在普遍性。因此，对高精度的分析仪器来说，要筛选出高质量和高精度的器件，给定工艺及技术条件有些粗略。为了避免给定技术条件所带来的测试误差，首先要根据该仪器在各个频率下的误差精度相应地制定出具体的测试技术条件，这种一一对应的测试对排除测试误差非常有效。
6人为误差
因品种繁多，测试人员在测试器件时，调换品种时对高、低电平的设置不注意，很容易造成测试中的人为误差。例如在测试过程中，1000μF的标准电容器在频率为1kHz时，高电平测试为1.0014μF，而在低电平测试时则为1.0054μF，在测1000.0Ω标准电阻器时，高电平为10001Ω，在低电平时为99800Ω。在测试电容器时，由于测试了漏流后，没有给电容器及时放电，再继续在该机上测试容量C及损耗D，就很容易将带有电荷的电容倒灌到机内，使该机桥路部分的保护电路中的V62J113P沟道场效应管软击穿，这样，该机的自身误差大大增加，甚至不能进行正常的测试。为此，正确地使用仪器，元器件的测试精度才会有很好的保证。
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