P6015A是一種高壓探頭，可用于測量交流DC電壓和各種脈沖峰值電壓，特別是其獨特的高頻特性，在電子行業得到了廣泛的應用。然而，在某些情況下，由于P6015A探頭誤差、示波器誤差和合成誤差，很難滿足上述測試方法的要求。介紹的測試方法主要針對DC高壓的測量，可以在0~20kv范圍內更好地解決這個問題。該方法使用數字電壓表作為P6015A的輸出顯示器，通過一只補償電阻使P6015A與數字電壓表獲得最佳阻抗匹配的同時，也使P6015A的衰減比(1000:1)的誤差趨于最小，從而達到預期的使用要求。

一，P6015A分壓結構及誤差分析

P6015A由高壓探頭和補償盒兩部分組成，探頭與補償盒以及連接導線采用了等電位屏蔽技術,在強電場環境中具有較好的抗干擾能力。在電路結構上采取了兩級分壓，如圖1所示(CC’左側部分)。

圖1 P6015A高壓探頭分壓示意圖

由圖可見，第一級分壓在探頭部分，由R、R構成，在A點獲得輸入電壓100:1的衰減電壓;第二級分壓在補償部分，由Ra、r,構成(略去高頻補償部分)，將A點的電壓再進行10:1的衰減，最終在B點獲得1000:1的衰減輸出電壓提供給顯示儀表。P6015A原本是與示波器配套使用的，由示意圖可見，當示波器輸入端等效電阻并接在CC'端時，相當于給R,并接了一個電阻,會對高壓探頭的衰減比產生直接影響。所以P6015A生產商是在考慮了示波器輸入阻抗的基礎上進行補償調整的。

在P6015A手冊中給出的高壓探頭直流特性參數如下:直流衰減比1000:1，直流衰減比的偏差為土3%;同時規定示波器的輸入阻抗為1MΩ，其偏差為士2%，在不考慮其他雜散因素影響的情況下，僅就上述兩項誤差對測量結果的影響進行評估。由于我們不能確切知道該兩項誤差的相關程度,不妨取其兩種極端情況進行分析[2}。假設該兩項誤差彼此獨立互不相關，即相關系數k=0，則系統誤差采用和方根法合成:Δ=±s2+δ，根據P6015A手冊給出的參數可計算出，在這種情況下，Δ=士3.6%;其次假設該兩項誤差強相關，即相關系數 k=1，則系統誤差應采用線性和法合成:Δ,=士(δ+δ,)，在這種情況下，Δ,=士5%。而實際情況并非強相關也非不相關，所以相關系數應在0與1之間，即0

二，P6015A與數字電壓表的阻抗匹配

P6015A的輸出之所以不能直接作為數字電壓表的輸入是因為二者的阻抗不匹配,前者是按1MΩ輸入阻抗技術要求設計的,而數字電壓表的輸入阻抗一般都遠大于該值。為了使P6015A探頭與數字電壓表能夠獲得合適的阻抗匹配,可以在探頭與數字電壓表之間并接一只補償電阻R，如分壓示意圖CC'右側部分所示,其中R;為補償電阻，r,是數字電壓表輸入阻抗的等效電阻。

在P6015A與數字電壓表之間并接R電阻正是本方法的獨特之處，從CC'向右側看過去，調整R。可以使R、R的等值電阻趨于1MΩ，盡可能滿足P6015A的阻抗匹配要求;從CC'向左側看過去，R、R 并接在分壓電阻R.上，調整R相當于改變了R、R、R。的等值電阻，也就是改變了高壓探頭的衰減比,這里的關鍵是如何確定R,的阻值。實踐證明,通過試驗確定R的阻值是一種切實可行的方法。R。調整配制的具體過程如下:首先確定欲測量電壓的上限以及期望達到的測量準確度和分辨率要求,選擇量程合適的數字電壓表，將P6015A的補償輸出與數字電壓表連接,并且在數字電壓表的輸入端并聯接入一只可調電阻(電阻箱或電位器)。其次選擇準確度等級符合要求的直流高壓源作為P6015A的輸入，由高壓源分別提供測量上限10%、50%、100%的標準信號，通過調整R進行系統校準，調整過程應反復數次，兼顧到上、中、下整個量限。這里校準的依據是使高壓源的輸出U與數字電壓表的指示值U之比即U:U,=1000:1,并使該比值誤差趨于最小。衰減比相對誤差按式(10000:-1)x100%計算。

當系統的測量誤差符合我們預期的要求時，記下電阻箱的讀數或測出電位器的阻值,該阻值就是待配制的R阻值(一般情況下略大于1MΩ)。由以上調試過程可以看到本測試。

方法有如下特點:

(1)通過調整R 將高壓探頭與數字電壓表的誤差歸結成為測試系統的綜合誤差,不必再分別考慮P6015A探頭的衰減比誤差和數字電壓表的誤差。

(2)R的配制是獨立的，對P6015A及其補償部分以及數字電壓表原技術狀況及參數未做任何變動，保持了各部分的獨立性,不影響P6015A和數字電壓表各自功能的正常使用。

(3)投入資金少,使用組合方便,如果選擇數字萬用表作為顯示儀表攜帶更加方便,尤其適合現場測試。

三，應用實例

主要目的是對直流火花試驗機和直流耐壓試驗設備進行現場校準測試,要求測量范圍1~10kv,準確度等級優于1.0%，分辨率0.001kv。根據要求,選擇與P6015A配套的數字電壓表以及校準用標準裝置的各項技術參數如下:

(1)數字電壓表:選擇FLUKE公司的187數字萬用表，DC50V量限的準確度等級為 0.03%+3D，分辨率 0.001V。

(2)校準裝置:選擇Zentech公司的9102 高壓校準裝置，直流電壓測量范圍0~10kv，準確度等級 0.2%，分辨率0.001kv。

(3)用ZX119-3電阻箱代替R，準確度等級 0.2%。在做好以上準備工作后,按照阻抗匹配介紹的方法進行系統校準。分別給P6015A輸入1.000kV、5.000kv、10.000kV的標準信號，調整電阻箱阻值，觀察數字電壓表讀數，在數字電壓表的讀數分別為1.004V、5.000V、9.998V時，衰減比誤差已經在士0.5%的范圍內,基本符合要求,記錄此時電阻箱的讀數為 1.155MΩ。按照 1.155 MΩ 的阻值配制 R.，將配制好的固定電阻R,代替電阻箱并接在測量回路中，進行最后系統校準，校準數據見表1。由校準數據可知該系統在1~10kv范圍內測量誤差小于或等于0.4%，如果同時考慮到9102校準裝置的誤差0.2%,該系統的測量誤差應小于或等于0.6%，為安全起見可將該系統的準確度等級定為1%,可以認為該系統可以滿足預期的技術要求。

上述方法簡單實用,安全可靠,利用現有設備，成本低。高壓探頭為無源器件,187數字萬用表是電池供電,由此組合的測試系統攜帶和使用都非常方便,尤其適合現場測量,與同類型的高壓衰減棒(如FLUKE的80K-40)相比，測量準確度大為提高，能夠滿足絕大多數場合的實際需要。如您使用中還有其他問題，歡迎登錄西安普科電子科技

審核編輯黃宇