固態(tài)電壓標(biāo)準(zhǔn)的維護(hù)(maintenance)是通過對(duì)其輸出電壓時(shí)進(jìn)行比較以及測(cè)量和預(yù)計(jì)其隨時(shí)間的穩(wěn)定性來進(jìn)行的。
在以下的討論中，732B和732A可以互換使用。把未知參考電壓和已知參考電壓反向串聯(lián)，測(cè)量其差值，就可以對(duì)二者進(jìn)行比較。對(duì)于兩個(gè)參考電壓之差在10μV之內(nèi)的情況來說，最容易的方法是使用如福祿克公司的845AB或845AR這樣的檢零計(jì)和已知的電壓標(biāo)準(zhǔn)732B。
圖7—12給出了其設(shè)置的情況。
把被測(cè)732B的10V輸出的高端連到845AB的高端。已知標(biāo)準(zhǔn)的10V輸出的高端連到845AB的低端。已知標(biāo)準(zhǔn)的10V輸出的低端和被測(cè)732B的10V輸出的低端連到845AB的保護(hù)端，并將845AB保護(hù)端和低端之間的短路片去掉。
8215AB的兩個(gè)輸入端相對(duì)于測(cè)量公共端都大約為10V。被測(cè)732B和已知標(biāo)準(zhǔn)之間的幾個(gè)微伏的電壓差就在845AB上顯示出來。
845AB的分辨度為0.1μV。當(dāng)用它作為檢零計(jì)來比較10 V的參考電壓時(shí)，0.1μV相當(dāng)于。當(dāng)被測(cè)的電壓之差大于10μV時(shí)，應(yīng)當(dāng)使用具有0.1μV分辨度的DMM。
當(dāng)把固態(tài)參考電壓標(biāo)準(zhǔn)的電源切斷然后再接通時(shí)，或者當(dāng)其溫度發(fā)生變化時(shí)，固態(tài)參考電壓標(biāo)準(zhǔn)的輸出可能表現(xiàn)出一個(gè)小的永久性的變化。所以，作為最高準(zhǔn)確度的標(biāo)準(zhǔn)，固態(tài)參考電壓標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)總處于通電的狀態(tài)。在運(yùn)輸固態(tài)參考電壓標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，這一點(diǎn)特別重要。
輸出隨時(shí)間的穩(wěn)定性
我們使用統(tǒng)計(jì)技術(shù)來估計(jì)單個(gè)的732B的輸出以及其一組的平均值隨時(shí)間的穩(wěn)定性。這方面的內(nèi)容將在第21章“計(jì)量學(xué)中的統(tǒng)計(jì)學(xué)工具”中介紹。
通常使用線性回歸的方法，來預(yù)計(jì)在未來某一時(shí)間732B輸出電壓的數(shù)值，見圖7—13。
圖7-13表明，對(duì)于一個(gè)典型的標(biāo)準(zhǔn)來說，其回歸線Vx穿過它的輸出的變化范圍，我們可以很方便地把該輸出分為高頻噪聲和低頻噪聲。低頻噪聲的周期可能有幾天，如圖中即為10天。由于低頻噪聲的影響，進(jìn)行線性回歸時(shí)可能會(huì)對(duì)固態(tài)參考電壓標(biāo)準(zhǔn)的輸出不確定度估計(jì)不足。
1992年1月在測(cè)量科學(xué)大會(huì)上發(fā)表的文章“確定DC參考標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)指標(biāo)的新方法”中，介紹了一種方法(本文的重印本可以從福祿克公司得到)。這種方法使用7周期移動(dòng)平均來估計(jì)由低頻噪聲和高頻噪聲所引起的不確定度。采用這種方法，通過線性回歸得到的預(yù)計(jì)的輸出不確定度為：
式中：
Utot——總不確定度;
S1——回歸線的標(biāo)準(zhǔn)偏差;
t1——對(duì)n-2個(gè)自由度的學(xué)生統(tǒng)計(jì)分布t值;
t2——對(duì)(n/7)-2個(gè)自由度的學(xué)生統(tǒng)計(jì)分布t值
sra——移動(dòng)平均回歸線的標(biāo)準(zhǔn)偏差;
n——采樣數(shù)目;
x——預(yù)計(jì)不確定度的時(shí)間;
x——所有采樣的x的平均時(shí)間;
xi——第i個(gè)x的值(其中i=1到n)。
小結(jié)
和典型的飽和標(biāo)準(zhǔn)電池組相比，固態(tài)參考標(biāo)準(zhǔn)具有很多優(yōu)點(diǎn)。這種裝置的實(shí)用性使得它已經(jīng)在電學(xué)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室里成了標(biāo)準(zhǔn)電池組的流行的代替物，并且期待它最終取代標(biāo)準(zhǔn)電池組，作為人們選擇的直流電壓參考標(biāo)準(zhǔn)。由于上述的各種理由，在全世界的很多實(shí)驗(yàn)室里，732系列固態(tài)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成為主電壓標(biāo)準(zhǔn)。人們反映最多的是這種參考標(biāo)準(zhǔn)的牢固性。如果像隨意亂用732A或732B那樣來對(duì)待標(biāo)準(zhǔn)電池的話，標(biāo)準(zhǔn)電池可能需要幾個(gè)月的時(shí)間才能恢復(fù)，或者可能永久性的損壞了。
現(xiàn)在已經(jīng)設(shè)計(jì)了自動(dòng)化的系統(tǒng)，并編寫了相應(yīng)的軟件，可以以10 V的電平來保存和傳播本地的伏特單位。很多公司使用4個(gè)或者更多的固態(tài)參考標(biāo)準(zhǔn)，配合多通道掃描器、數(shù)字多用表和控制器，來進(jìn)行參考標(biāo)準(zhǔn)之間的比較以及向工作標(biāo)準(zhǔn)傳遞伏特單位。
圖7-14是福祿克公司的10 V工作電壓標(biāo)準(zhǔn)的照片。
圖7- 15是它的方框圖。圖中表明了最近用732B代替照片中的732A的情況。
