當 100A dc 突然施加到下面描述的完整電流測量系統時，測量平均直流增益中的開啟瞬變。在前 10 分鐘內電流下降 12 mA/A 后，從 10 分鐘到 30 分鐘會出現約 ±3 mA/A 的“類似噪聲”變化。這些隨時間和溫度的變化比使用大多數“精密”100 A 分流器或大多數其他商用 100 A 電流源或跨導放大器可以獲得的變化小十到一百倍。

圖 1. 100A 系統平均直流增益的相對誤差變化。每 1.1 分鐘閱讀一次。“零”點讀數在 100A 電流開啟后 30 秒開始。

系統描述

100A 電流由 5100B 型校準器產生，作為 ±1 V 電壓源，驅動在 100A 范圍內運行的 Clarke-Hess 8100 型跨導放大器。輸出電流通過單匝輸入 Danfysik 866-150 型零通量、rx直流測量、100 A 輸入輸出為 133.3333 mA 的電流傳感器降低。該電流由 Clarke-Hess 7.500 W、功率系數極低的負載電阻器檢測。負載電阻兩端的電壓由 hp3458A 直流電壓表檢測。

該系統通過計算機運行，當系統以 +1 V 和 -1V 輸入交替驅動時，該計算機會找到平均電流輸出。每個正負讀數本身就是四個獨立讀數的平均值。在每組正負讀數之前獲取兩個“虛擬”讀數。輸出平均值的總循環時間約為 66 秒或 1.1 分鐘。開始測量時，所有設備都已開啟超過 12 小時，但跨導放大器在整個期間一直處于待機狀態。在測量之前，放大器仍處于待機狀態，系統會運行幾個循環，校準器直接進入儀表。這決定了平均直流校準器輸出的誤差。

然后設置測量程序并準備就緒，hp3458A 輸入跨 7.5 W 電阻器連接，跨導放大器打開，100A 電流通過主電纜，133.33 mA 電流通過負載電阻器。然后每 1.1 分鐘提供一次讀數，程序將繼續直到停止或預定循環數。

結果分析

除了系統增益的變化之外，系統還產生相對于第一次讀數的絕對平均直流增益和直流偏移。在 30 分鐘周期結束時，測量的絕對直流電流誤差為 -10 mA/A。如下所述，在這種絕對測量中可能存在 10-15 mA/A 的不確定性。

平均直流增益

直流增益誤差的可能因素包括輸入直流校準器、跨導放大器、電流傳感器、電流傳感器負載電阻和輸出電壓表。電壓表在測量前 20 天內由 Hewlett Packard 驗證。當時發現+1V dc 誤差為-1.7 mV，-1V dc 誤差為+4.4 mV，平均誤差為+1.4 mV。此電壓表錯誤在本討論的其余部分被忽略，即假設 hp3458A 是完美的。平均校準器電壓誤差在 1 伏電平下測量為 -34 mV，多個讀數之間的差值為 ±0.2 mV。電流傳感器的指定比率誤差為 1 mA/A。

hp3458A 在 10 W 級別測得的電阻誤差，經惠普驗證，小于 0.1 mW。當該儀表用于測量 Clarke-Hess 標稱 7.5 W 時，發現測量值低約 6 mW/W。在 30 分鐘時間段結束時流出系統的 100 A 電流的測量誤差約為 -44 mA/A。如果輸入電壓源提供 34 mA/A，傳感器負載電阻提供 6 mA/A，則跨導放大器增益似乎已設置在預期值的 ±5 mA/A 之內。（實際8100 型每個量程的前面板增益調整分辨率僅為 10 mA/A。）

傳感器負載電阻在承載 133.33 mA 電流時必須耗散 133 mW，因此為了穩定輸出，其功率系數必須小于 7.5 ppM/W。該值比許多所謂的“標準電阻器”小得多。通過用 150 mA 電流加熱電阻器，然后用大量流動空氣冷卻它來顯示 Clarke-Hess 負載電阻器達到所需穩定性。此練習的輸出電壓變化通常小于 1-2 ppm。

直流偏移

在整個 30 分鐘時間段內（從第一個讀數到最后一個讀數），輸出電流中直流偏移的變化范圍為 +7 mA/A 到 +21 mA/A。7 出現在第一次閱讀時。如果第一項被忽略，則總直流偏移范圍從 +11 mA/A 到 +21 mA/A，在 30 分鐘的時間段內有輕微的向上漂移。（雖然系統的短期直流偏移非常小，而且顯然幾乎不受短期內部溫度影響，但系統某些部分的長期變化尚不完全清楚。）

除了跨導放大器之外，直流偏移的可能來源還包括輸入電壓源和電流傳感器及其電子設備。在這種情況下，輸入源被測量為具有大約 -5 mV/V 的直流偏移。電流傳感器具有小于 ±8 mA 的指定初始直流偏移。在 133.333 mA 輸出的基礎上，這相當于 ±60 mA/A。測量值 - 在過去，而不是在這次測量時 - 顯示該設備的值低于 ±40 mA/A。8100 型直流偏置通常非常保守的規格是范圍的 ±500 mA/A。8100 型具有前面板數字控制功能，可在每個量程上設置直流偏移。用于生成此測試數據的生產線儀器（序列號 153）未進行特殊調整。

結論

100A 電流測量系統已被證明具有整體增益穩定性，從“冷”啟動到 30 分鐘，100 A 流過，優于 20 mA/A。還測量了整個系統的絕對平均直流增益誤差和直流偏移，發現它們非常低。這種商用系統的存在允許通過簡單地將要測量的新設備替換為“良好”系統中的對應設備，輕松測量或驗證其他組件，例如分流器或電流傳感器或電流源或放大器。在測試所有 Clarke-Hess 8100 型跨導放大器時遵循此程序。圖 1 中顯示的結果是生產中的每個 8100 型的典型結果。