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（完整word版）HP34401A数字多用表
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第一章HP34401A数字多用表
HP34401A数字多用表是具有61/2数字显示、高性能的数字式万用表。
它将台式仪器的整体性能融为一体,为我们进行电量测量提供多种不同的测试方案，使我们获得满意的测量结果.
构制高精度的测量
●测量直流电压、直流电流、电阻：
设置6位的数字分辨率（使用6位数字慢模式可进一步减小测量燥声）。
对于100mA，1V,和10V量程，设置输入阻抗大于10GΩ,可获得最好的直流测量精度.
使用4线电阻测量可获得最高的电阻测量精度。
使用数学归零测量2线导线电阻,在直流电压测量时，并可消除互连偏置的影响。
●测量交流电压、交流：
设置6位的数字分辨率
选择低通交流滤波器（1Hzto300kHz）
●测量频率和周期：
设置6位的数字分辨率
方便的台式仪器特性
●清晰的真空荧光显示器
●内设数学运算功能
●连续测试及二极管测量功能
●无需手动、读数保留特性
●可携带、无台架的厚实外壳
灵活的系统特性
●HP—IB（IEEE—488）接口标准配制
●RS—323接口标准配制
●标准程控语言包括:
SCPI,HP34578A，andFLUKE8840.
●读取速率高达1000个/每秒
●存储量可达512个读数
●极限测试，并有pass/fail信号
第一节技术指标
一．万用表的技术指标说明
在这一节中，我们将介绍技术指标中的部分术语,以便对数字多用表的技术指标能更好的理解。
位数及超量程
位数指标是数字多用表最基本的、而有时也是最容易混淆的特性。
位数等于数字多用表可以测量或显示出“9”的最大数量，这表示完整的位数数量。
但是，大多数多用表可以测量超量程的量值，即可再加上部分或“1/2”个位数。
例如,HP34401A设置在10V量程范围时，测量到9。
99999VDC,这表示分辨率为6个完整的数位.但是，该表也可以测量超过10V量程的范围，最大可以测量到12。
00000VDC.这就是所谓超过20%的测量范围能力和61/2位数的测量。
灵敏度
灵敏度是数字多用表在一特定量测量时，所能测量出的最小信号水平。
灵敏度定义了多用表反映输入信号最小变化的能力.例如，若我们要监控一个1mVdc的信号，并且将该信号的水平维持在±1μV之内。
若要反应这样的小幅度调整，数字多用表的灵敏度至少要为1μV。
所以,如果多用表只有1Vdc或更小的测量范围，则必须要有61/2位数。
如果多用表有10mVdc的测量范围，则只要41/2位数就可以了。
在交流电压和交流电流测试时，必须注意的是，可测量到的最小值和灵敏度不同。
对于HP34401A来说，这两个功能可测量到指定范围的1%。
例如，在100mV的测量范围时，HP34401A多用表可以测量到1mV。
分辨率
分辨率是在指定的测量范围内，可以显示的最大值和最小值的比例.分辨率通常以百分比、每百万分之（parts—per—million，ppm）、计数或位元来表示。
例如，具有超过20％量程范围能力和61/2位数字多用表，最多可以显示的测量分辨率为1200000计数。
这相当于满刻度的0.0001％（1ppm）。
精度
精度是测量的“正确性”，由于可求得相对于校准参考水平的数字多用表测量不确定性,绝对精度等于数字多用表的相对精度指标加上校准参考水平相对与国家标准（例如，美国国家标准技术局，U.S.NationalInstituteofStandardandTechnoloyg）的已知误差。
精度指标必须在有效的条件下才有意义，这些条件应该包含温度、湿度和时间.
在数字多用表的制造厂商之间，没有约定俗成的标准，来规范制定多用表技术指标的可靠程度。
下表列出了在特定的假设情况下，每种技术指标的失败概率。
规格标准失败概率
Mean±2sigma4.5%
Mean±3sigma0.3％
Mean±4sigma0.006%
读数之间和仪器之间的性能差异，在指定技术指标中，会随着sigma数目的增加而减少。
这表明我们可以确定sigma数目的大小，来获得最大的实际测量精度.HP34401A设计和测试的性能，比上表中±4sigma的精度指标还要好。
传递精度
传递精度是指多用表由于噪声和短期漂移所造成的误差。
当“传递”一个已知精度元器件上的信号到另一个元器件上，而必须比较两个几乎相等的信号时，这种误差就会变得很明显。
24小时准确度
24小时准确度指标是指在稳定的环境中,短暂的时间内，多用表在全部的测量量程范围上的相对准确度.短期准确度通常是指在24小时期间和±1度温度范围内的准确度.
90天和1年准确度
长期的准确度指标适用于23℃±5℃的温度范围。
这些指标包含起始校准误差，加上多用表的长期漂移误差.
温度系数
准确度指标通常适用于23℃±5℃的温度范围，这也是许多操作环境的共同温度范围.如果在23℃±5℃以外的温度环境中操作数字多用表，必须将额外的温度系数误差加到准确度指标上.
二．数字多用表技术指标
DC特性
DC电压量程24小时90天1年
DCV100.0mV0。
003+0。
0030.004+0。
00350.005+0。
0035
1。
000V0.002+0。
00060。
003+0.00070.004+0.0007
10.00V0。
0015+0.00040.002+0。
00050.0035+0.0005
Resistance100.0ohm0.003+0.0030.010+0.004
1。
000Kohm0。
002+0。
00050。
008+0.0010.010+0.001
1.000Mohm0.002+0.0010.008+0。
0010.010+0.001
DCCurrent10.000mA0.005+0.0100。
030+0。
0200.050+0。
020
精度指标（读数的％+量程的%）
AC特性
AC电压量程24小时90天1年频率
ACV100.0mV0。
35+0.030。
35+0。
040。
35+0.045-10Hz
0。
04+0。
030。
05+0。
040。
06+0。
0410—20kHz
0。
10+0.050.11+0.0050。
12+0。
00520—50kHz
1-1000V0.35+0.020.35+0.030.35+0。
035—10Hz
0。
04+0.020。
05+0.030。
06+0.0310-20kHz
0。
10+0.040。
11+0.050.12+0。
0520—50kHz
ACCurrent1.000A0.30+0.040。
30+0。
040.30+0。
045—10Hz
3.00A0.35+0。
060。
35+0。
060.35+0.065-10Hz
精度指标（读数的%+量程的%）
频率和周期特性
低频误差（读数的%）
频率分辩率61/251/241/2
3Hz—5Hz00。
120.12
5Hz-10Hz00。
170。
17
10Hz-40Hz00.20.2
40Hz-100Hz00.060.21
100Hz—300Hz00.030。
21
300Hz—1kHz00。
010。
07
>1kHz000.02
通用规定
表1—1通用规定
Generalspecification
Powersupply:
100V/120V/220V/240V
Powerlinefrequency:
45Hz—66Hz
Powerconsumpltion：
25VA（10Waverage）
Operationenvironment:
0—55℃
〈80%R。
H
Storageenvionrment：
—40-70℃
Rackdimension:
88。
5mm*212。
6mm*348.3mm
Weight：
3.6kg
Warranty:
3yearstandard
Remoteinterface:
HP—IB（IEEE-488.1,IEEE—488.2）andRS-232C
三．计算测量误差总和
数字多用表的精度指标可表述如下：
（读数的%+测量范围的％）
除了读数误差和测量范围误差之外，可能还必须加入某些操作条件造成的额外误差。
如果多用表在规定的23℃±5℃温度范围以外操作，需加上额外的温度系数误差。
在DC电压、DC电流和电阻测量中,可能必须加上额外的读取速率误差或自动归零OFF（关闭）误差.
在AC电压AC电流的测量中，可能必须加上额外的低频误差或峰值因数误差。
读数误差
读数误差用来补偿选定功能和测量范围或输入信号水平的不确定性所造成的误差。
读数误差会按照选定测量范围的输入信号不同而改变.这种误差是以读数的百分比来表示的.下表中所示为多用表24小时DC电压指标的读数误差。
测量范围输入水平读数误差（%ofreading）读数误差电压
10VDC10VDC0.0015≦150μV
10VDC1VDC0.0015≦15μV
10VDC0.1VDC0.0015≦1。
5μV
范围误差
范围误差用来补偿选定功能和测量范围的不确定性所造成的误差。
测量范围误差为一个固定误差，不因输入信号的大小而改变,它是以测量范围的百分比来表示。
下表中所示为数字多用表在24小时的DC电压指标的测量范围误差。
测量范围输入水平量程误差（％ofranging）测量范围误差电压
10VDC10VDC0.000440μV
10VDC1VDC0。
0004≦40μV
10VDC0.1VDC0。
000440μV
总合测量误差
读数误差和测量范围误差相加，就是测量总合误差。
我们可以利用下面的公式，将测量误差总合转换成“输入信号的％”误差或“输入信号的ppm（每百万分之"误差。
“输入信号的%"误差=（测量误差总合）/（输入信号水平）×100
输入信号的ppm误差=（测量误差总合）/（输入信号水平）×1000000
假定使用数字多用表测量范围为10VDC,输入信号为5VDC。
使用90天准确度指标，计算测量误差总合为±（读数的0。
0020%+测量范围的0.0005%）。
读数误差=0。
0020%×5VDC=100μV
测量范围误差=0。
0005%×10VDC=50μV
误差总合=100μV+50μV=±150μV
=±0.0030%of5VDC
=±30ppmof5VDC
第二节组成与工作原理
这里我们以电路模块的形式介绍数字多用表的组成和工作原理。
HP34401A数字多用表的组成模块如下图所示:
从图中我们可以看出，HP34401A数字多用表的组成可分成两个主要组成部分，浮动电路部分和地参考电路部分.数表的全部测量功能、控制功能和显示功能都包含在浮动电路部分，同时，它也含有输入信号转接装置、测量功能选择、各种测量电路和仪器的中央处理器（CPU）.完成全部模/数转换功能的A/D转换器也在浮动电路部分。
在数表中的各种测量功能都是将被测信号变化到±12V之间的直流电压,然后，A/D转换器再将直流电压转换到数字量的形式.这个数字量能够被仪器的中央处理器（CPU）进行处理，使用存储在数表中的校准数据对测量数据进行修正后，将该数据送到数表的前面板处理器按规定的格式显示,或送到地参考电路部分的输入/输出处理器作为远控接口输出.
地参考电路部分主要由作为中央处理器（CPU）的从处理器构成。
从处理器通过光纤串行通信电缆与中央处理器（CPU）建立通信联系。
该处理器设置有HP-IB（IEEE—488）和RS—232通信接口,它也处理数表的外部触发信号和提供与外部设备连接的握手信号。
数表电源分别为浮动电路部分和地参考电路部分提供所需的电源。
一．前/后面板选择
前/后面板选择电路的作用就是允许操作者按需要选择数表的前面板输入端口或数表的后面板输入端口.前/后面板端口的选择由前/后开关装置控制。
每个端口设有输入保护电路，用以防止测量时高电压和外部高能量干扰对数表造成的损坏。
在数表的电流输入端设置有防止过电流的保险装置,它可保护数表免于大电流造成的损坏.
二．功能开关
功能开关部分的目的是连接数表的输入高端的各种不同的测量功能。
这主要由继电器来完成。
另外,在4线电阻测量时的敏感输入端HI和LO由也是由继电器来完成。
当选择数表的输入电阻大于10000Mohm时,继电器设置为上电的初始状态。
三．直流放大器
除了频率和周期测量功能外，直流放大器电路被用于各种测量。
模拟量通道选通不同的输入信号到A/D转换器。
在直流电压功能，量程的选择由输入继电器和固态继电器两者来完成.对于每个测量量程,输入到A/D转换器的电压通常满刻度均为10V，对于直流输入放大器电路,选择反馈电阻和开关装置使直流放大器的增益为×1,×10,和×100。
在数表的各个测量功能，放大器的直流输出信号连接到A/D转换器的输入端进行模—数转换.
在直流电流功能，电流输入连接在I和LO两端，由于在电流输入端连接有一个阻值已知的电阻（短路器），该电阻上的电压与被测电流成正比。
这个电压由数字多用表内的直流电路进行测量。
使用施加已知电流到未知电阻来进行电阻的测量。
在这个未知电阻上的电压由数字多用表中的直流电路测量。
在2线电阻测量功能，施加在输入HI和LO两端的电压被测量。
在4线电阻测量功能，施加在输入敏感HI和LO两端的电压被测量，这样可以消除串联在电路中的导线电阻对测量电阻的影响。
四．交流电路
HP34401A数字多用表使用真有效值交直流转换器（TrueRMSAC—to—DCconverter）测量交流电压和交流电流。
交直流转换器将输入的交流电压变化到直流电压，对于数表的全部交流量程，都是将输入的交流信号变为2V的直流电压信号，输入的数表的直流电路进行处理。
直流放大器通常也配置成×1增益的形式,用以完成交流电压、交流电流、频率和周期的测量.
FLOATINGCIRCUITRYGROUNDREFERENCED
CIRCUITRY
Opto-couplers
18V-18V5V-5V
图1-1HP34401A组成框图
五．A/D转换器
数字量到模拟量的转换装置（ADC）用于将直流电压转换到数字量信息。
A/D转换器由综合放大器、电流开关距阵、电阻网络、标准电压、控制器和其它电路组成。
当HP34401A数表开始测量时，数字量到模拟量的转换装置就开始工作.A/D转换器启动转换由控制器发出信号进行驱动。
六．浮动逻辑
浮动公共逻辑控制数字多用表的全部工作。
数表所有测量控制和总线命令都由中央处理器负责管理。
前面板处理器和地参考电路部分处理器作为中央处理器的从处理器。
浮动公共逻辑电路由中央处理器、逻辑门电路、可编程存储器（ROM，RAM）、校准存储器（EERAM）和12MHz晶体震荡器组成。
七．地参考逻辑电路部分
地参考逻辑电路提供数表的全部后面板输入/输出功能。
地参考逻辑电路中处理器通过HP—IB（IEEE—488）接口芯片控制该总线信号.RS-232接口信号也是通过地参考逻辑电路中处理器进行控制和管理。
通过双向通讯光缆完成地参考电路部分和浮动测量逻辑电路部分的相互联系。
八．电源
数字多用表使用两种规格的电源:
浮动部分电源和地参考部分电源.浮动部分电源可输出±18VDC，+5VDC和5Vrms,其中前两中提供给浮动电路的供电,后一种为数表的真空荧光显示提供电源。
地参考电路由一个单独的+5VDC电源供电。
九．前面板
前面板电路由真空荧光显示控制电路、显示高压驱动电路和键盘扫描电路组成.在前面板电路和浮动逻辑电路之间的通讯通过一个4线双向串行接口完成。
使用常规的逐行扫描键盘距阵来完成键盘扫描功能,通过扫描键盘输出数据到移位寄存器，以便查询被按下的键。
逐行扫回的键盘数据并行装入到移位寄存器中，再移入前面板处理器进行解码,最后，传送到浮动逻辑电路部分去执行。
第三节数表菜单
这一部分将逐步介绍操作数字多用表的前面板菜单.讲解每种菜单的功能和怎样使用数表的前面板菜单。
数表菜单是一个由上而下、具有三层（功能、命令和参数）树状结构所组成。
在菜单树上,可以移动“∨”下或“∧”上，从菜单的一层进入另一层，每一个层次都有若干项水平选择项，可以使用“〈"或“>”左右移动，进入到每个水平项.
功能
命令
参数
图1-2菜单结构
打开数表的菜单，按“shift”“<”键。
关闭数表的菜单，按“shift"“〈”，或按前面板第一列中的任一功能键或数学键.
若要执行菜单命令，按“Auto/Man”。
一．前面板菜单介绍
A:
MEASMENU→B:
MATHMENU→C：
TRIGMENU→D:
SYSMENU→E：
I/OMENU→F:
CALMENU
A：
MEASurementMENU
1：
ACFILTER→2:
CONTINUITY→3:
INPUTR→4:
RATIOFUNC→5：
RESOLUTION
1:
ACFILTER选择慢、中、快交流滤波器
2：
CONTINUITY设置连续性蜂鸣器阀值（1ohm到1000ohm）.
3：
INPUTR设置直流电压测量输入电阻
4：
RATIOFUNC打开直流电压比例功能
5:
RESOLUTION选择测量分辨率
B：
MATHMENU
1：
MIN—MAX→2：
NULLVALUE→3:
dBREL→4：
dBmREFR→5：
LIMITTEST→6：
HIGHLIMIT→7:
LOWLIMIT
1：
MIN—MAX读回存储的最小值、最大值、平均值和读数计数值.
2:
NULLVALUE读回或设置存储零值在空存储器。
3:
dBREL读回或设置dB值在dB相关寄存器..
4:
dBmREFR选择dBm的参考电阻值。
5:
LIMITTEST打开或取消极限测试.
6：
HIGHLIMIT设置极限测试的上限。
7：
LOWLIMIT设置极限测试的下限。
C：
TRIGgerMENU
1：
READHOLD→2：
TRIGDELAY→3:
NSAMPLES
1：
READHOLD设置读保持灵敏带。
2：
TRIGDELAY指定测量之前插入的时间间隔。
3:
NSAMPLES设定每次触发的取样的数量。
D：
SYStemMENU
1：
RDGSSTORE→2:
SAVERDGS→3:
ERROR→4:
TEST→5:
DISPLAY→6：
BEEP→7：
COMMA→8:
REVISION
1：
RDGSSTORE打开或关闭读数存储器。
2：
SAVEDRDGS读取存储器中的数据（最多可有512个读数）。
3:
ERROR从错误队列中查询错误（最多可有29个错误）。
4：
TEST执行数表自测试。
5:
DISPLAY打开或关闭前面板显示器。
6：
BEEP打开或关闭蜂鸣器功能。
7:
COMMA起用或消除显示器上数位之间的逗号分割符。
8:
REVISION显示数表的软件修改代码。
E：
Input/OutputMENU
1：
HP-IBADDR→2：
INTERFACE→3:
BAUDRATE→4：
PARITY→5：
LANGUAGE
1:
HP—IBADDR设置HP-IB总线地址（0到31）。
2：
INTERFACE设置HP-IB或RS-232接口。
3:
BAUDRATE设置RS—232通讯的传输速率。
4：
PARITY设置RS-232通讯的奇、偶或无奇偶校验.
5:
LANGUAGE设定程控语言，SCPI,HP3478,或FLUKE8840/42。
F：
CALibrationMENU
1：
SECURED→[1:
UNSECURED]→[2:
CALIBRATE]→3：
CALCOUNT→4：
MESSAGE
1:
SECURED数字多用表处于保护状态，无法进行校准，请输入密码以解除保护。
1：
UNSECURED数字多用表处于无保护状态,可进行校准,请输入密码以进入保护.
2：
CALIBRATE执行数表规定的校准功能，此时必须处于解除保护状态.
3：
CALCOUNT读出执行校准数表的总次数.
4:
MESSAGE读出程控端输入的校准字符串（最多12个字符）。
注意：
除非数字多用表处于解除校准状态以备校准，否则,以方括号（[］）内的两个命令是“隐藏"起来的。
二．数表菜单使用中显示的信息
Topofmenu在功能层，当我们按下“∧”键时，这已是菜单表中的最高层，不能在进入更高层。
若要关闭菜单，请按“shift”“〈”（菜单打开或关闭）.若要在同一层次上移动，请按“<"或“〉"键。
若要往下移动一个层次，请按“∨"键。
Menu为我们正位于“功能”层。
如果要观察该层的选项，请按“<"或“〉"键。
Command为我们正处于“命令”层。
若要观察在功能层所选择菜单选项，请按“〈”或“〉”键。
Parameter为我们正处于“参数”层。
若要观察或编辑在命令层所选择命令选项,请按“〈”或“>”键。
MenuBottom当我们在“参数”层中，按下了“∨”键，这已是菜单表中的最低层，不能在进入更低层.
若要关闭菜单表，请按“shift”“〈”键（菜单打开或关闭）。
若要往上移动一层，请按“∧”键。
ChangeSaved我们在“参数"层中所做的变动，都将储存在存储器里。
该信息将在我们按下“Auto/Man”（菜单输入）键后，执行命令之后显示出来。
MinValue在“参数”层次上指定的值太小，数表无法执行所选的命令。
系统允许的最小值会显示在显示器上供操作人员编辑。
MaxValue在“参数”层次上指定的值太大，数表无法执行所选的命令。
系统允许的最大值会显示在显示器上供操作人员编辑。
ExitingMenu当我们按下“shift”“<”键或前面板功能/数学键以关闭菜单时,都会看到这个信息。
在“参数”层，不能更改任何数据，而且所有的更改也不会储存
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