mile米乐集团 无缝实现电子元件质量控制的测量仪器

米乐m6官方网站（以下简称“AIST”）物理测量标准研究部丸山道隆，研究组组长，金子信久，首席研究员，浦野千春，研究部附件是与 ADC Corporation（以下简称“ADC”）合作的可拆卸且高度稳定的产品参考电压源数字万用表(DMM) 是世界上首次。

在生产需要高性能的电子元件（例如安装在各种IT设备中的片式电容器和片式电阻器）的工厂中，使用高性能DMM进行检查以保持产品的电气质量。这些数字万用表定期在校准组织中参考更高的标准校对您需要将其从场景中移除才能接收8798_9076|在校准期间，必须停止部分生产过程或者必须单独准备替换的数字万用表，导致生产率下降和生产成本增加。此外，运输过程中的振动和环境变化会降低数字万用表的精度并增加故障风险。此外，高精度数字万用表内置参考电压源，是保证测量精度的“心脏”，但运输过程中断电时所经历的温度波动会导致重新上电时的电压稳定性变差，这也是决定数字万用表测量精度极限的因素之一。

所开发的DMM的参考电压源具有内置电池，可以在通电的情况下取出，因此可以在保持高电压稳定性的同时进行校准。除了可拆卸的参考电压源外，数字万用表还内置了另一个可确保短期稳定性的参考电压源，因此在校准可拆卸的参考电压源时，可以使用数字万用表进行测试。这样无需将数字万用表主体带出生产现场即可实现高效生产。指标可追溯性，既可以保证电子元件的品质，又可以提高生产率。

这项研究成果的详细内容将在2024年精密电磁测量会议上公布，该会议将于2024年7月6日至11日（当地时间）在美国科罗拉多州丹佛市举行。此外，ADC开发的DMM也将很快发布。

先进电子设备中使用的电子元件是在严格的质量控制下制造的，使用高性能测量仪器的检测过程对于维持电子元件的质量至关重要。包括半导体在内的这些电子元件正变得越来越低电压和低功耗，需要在低电压下进行测试，从而难以获得测量精度。片式电容器和片式电阻器的使用量很大，一部智能手机内置了大约1,000个片式电容器，为了检查全部片式电容器，需要高速测量以实现快速测量。对于电子元件的国际贸易，检验过程中使用的计量器具必须采用与国家标准对接的上位标准进行校准，即必须保证计量溯源。

为了确保计量可追溯性，用于测量的测量仪器必须定期校准。对于数字万用表，参考电压源内置于设备中，因此必须将数字万用表本身从现场取出进行校准。在执行校准时，必须使用替代的数字万用表，或者必须停止部分生产过程。这可能导致生产成本增加或生产率降低。此外，为了进行校准，需要在运输前关闭DMM的电源，这会带来当时参考电压源断电的困境，以及DMM本身的振动和环境变化，这会降低DMM的精度并增加故障风险。

AIST 通过维护和提供长度、质量和其他物理量的国家标准，为计量可追溯性做出贡献。对于电压，约瑟夫森电压标准作为直流电压国家标准，并通过校准机构为需要开发产品和产品质量控制的场所使用的测量仪器提供标准供应。

提供标准，即校准企业和用户拥有的标准和测量仪器，对于维护计量追溯系统至关重要。另一方面，对于在生产过程中引入测量仪器的企业来说，对其进行校准在运营和成本方面造成了相当大的负担。为了响应现场的要求，AIST 和 ADC 一直在考虑确保减轻负担和高效计量可追溯性的方法。

AIST 和 ADC 开发了一种新机制并获得了专利，该机制可以模块化和分离 DMM 中内置的参考电压源。用于参考电压源齐纳二极管由于器件的输出随温度变化，因此必须在温控烘箱中保持恒温，以实现高输出稳定性。此外，当试图实现低噪声电源时，电路尺寸往往会增加。我们成功开发了一种技术，通过绝缘设计、温度控制方法和电源电路的改进，使参考电压源模块进一步小型化和分离，同时保持高精度。 ADC致力于提高绝缘性能、省电、降噪以及提高A/D转换器线性度，而AIST则致力于使用约瑟夫森电压标准进行高精度评估。

这项研究与开发得到了关东经济产业局的战略性基础技术进步支援项目“研究开发使用小型可拆卸基准电压源来降低校准（操作）成本的高精度电子测量仪器”（2019-2021），该项目委托给都市区产业振兴协会作为项目管理机构。

首先，我们创建了一个带有可拆卸参考电压源的原型数字万用表，并评估了其特性。参考电压源模块尺寸为 54 cm x 54 cm x 86 cm，小到可以放在手掌中。该模块具有内置电池，即使从 DMM 主机上拆下，也能保持供电约 30 分钟。送去校准时，装在电池盒上运输可供电约5天，也可连接交流电源持续供电。 DMM电压校准是通过将校准后的参考电压源模块连接到DMM上并执行校准命令来完成的。 DMM的基本功能与传统85位DMM相同，即使去掉参考电压源模块，DMM内置的另一个参考电压源也能保证短期稳定性，因此DMM可以正常使用。安装在电池箱内的基准电压源模块还可作为高精度直流标准电压发生器使用。

为了确认原型机的性能，我们使用国家标准约瑟夫森电压标准进行了评估。评价项目是DMM的重要性能指标之一增益误差随时间的变化和环境依赖性，以及参考电压源模块单独的输出稳定性。

首先，图1显示了DMM增益误差随时间变化特性的比较结果。如果在每次测量前仅进行传统的内部校准（使用数字万用表内置的固定参考电压源的自调节功能），则增益误差每年会增加约2μV/V。另一方面，通过在每次校准后安装参考电压源模块，我们确认全年始终再现±04μV/V以内的增益误差。我们还评估了温度特性、压力特性、湿度特性等，并确认这些特性与传统数字万用表一样好或更好。

接下来，图2显示了单独参考电压源模块的输出稳定性的评估结果。该模块显示输出值的变化似乎每天在约±02μV/V的范围内波动，平均值（使用一阶最小二乘法拟合直线）显示出每年约033μV/V的相对电压下降趋势。迄今为止对多个原型参考电压源模块的评估结果证实，尽管各个模块之间存在差异，但它们表现出良好的老化特性，相对电压变化每年在2μV/V以内。

基于上述结果，所开发的具有可拆卸参考电压源的数字万用表表现出与传统类型相同或更好的特性，同时允许参考电压源（测量仪器测量精度的关键）可拆卸。该数字万用表有助于提高各种精密电气测量的精度并降低成本，包括安装在各种IT设备中的电子元件的检查过程，并有助于提高电量计量追溯系统的效率。

ADC 计划在本财年发布参考电压源可拆卸 DMM。

我们还将不仅将参考电压源模块化，还将标准电阻和参考频率源模块化，并致力于开发包含这些的多参考源模块。

发布会：2024 年精密电磁测量会议
演示标题：具有可拆卸电压基准的数字万用表的开发
演讲者：Michitaka Maruyama、Chiharu Urano、Nobu-Hisa Kaneko、Takahiro Kanai、Kei Imai、Eiji Sannomaru、Jun Honjo 和 Isao Tanaka

适用国家/地区：日本
专利号等：（日本）专利号6536781（注册日期2019年6月14日（令和1））
申请号等：专利申请2015-013004（申请日2015年1月27日）
发明名称：参考源模块、电气/电子设备、远程校准方法

参考电压源

输出恒定电压作为测量标准（测量）的发生器。高精度数字万用表内置有这个发生器，这是保证电压测量精度的关键。使用在烘箱中保持恒温的齐纳二极管元件实现高度稳定的参考电压源。虽然它高度稳定，但随着时间的推移不可避免地会出现输出的微小变化（漂移波动），因此需要定期校准以保持高精度。另一方面，当发送数字万用表进行校准时，通常需要在关闭电源的情况下运输它，并且由于在运输过程中无法控制烤箱，因此元件会受到温度冲击，这会导致精度下降。[返回来源]

数字万用表

一种电子测量仪器，可以测量电压、电阻、电流等多种电量。用于零件评价、产品检查、研究开发等各种测量目的。为了保证测量精度，需要定期校准，例如每年一次。[返回来源]

校对

使用具有已知值的标准设备来检查标准设备的输入值与测量设备显示的显示值之间的关系的工作。[返回来源]

指标可追溯性

指从用户称重测量设备到国家标准的无缝校准链。它对于确保产品安全和进出口等商业交易的顺利进行至关重要。[返回来源]

约瑟夫森电压标准

一种电压标准，可以利用超导电子对的隧道效应和相关的量子力学效应（约瑟夫森效应）进行高度通用的校准。约瑟夫森效应是由英国物理学家布赖恩·D·约瑟夫森发现的，他于1973年获得了诺贝尔物理学奖。[返回来源]

齐纳二极管

一种整流元件（二极管），利用P型半导体和N型半导体之间的结界面，利用反方向施加一定值以上的电压时电流急剧增加的现象（击穿特性），可以产生稳定的基准电压。[返回来源]

增益误差

输入值和输出值（显示值）之间的关系（比例系数）称为增益，其误差。通常，对于数字万用表和电压表，希望输入值与显示值匹配，因此理想的增益为1，任何偏离1的偏差都是增益误差。例如，如果输入10V电压，显示值与10V偏差+1μV，则增益误差表示为+01μV/V。[返回来源]

开发了具有世界最高性能水平的紧凑型直流电压标准（AIST 新闻稿，2015 年 6 月 24 日）
什么是“计量溯源”？（AIST 杂志，2024 年 5 月 15 日）