原创 高精度数字万用表揭秘系列（二）：接地回路对测量精度的影响

 有不少工程师和我谈起过弱信号电压测量的问题，例如传感器的信号。他们在测量过程中经常遇到难以忍受的巨大误差和测量不确定度，特别是现场和产线上，有时甚至影响大批产品的质量。

如果出现这种情况，你务必关注一下测试设备、被测件和测量夹具的接地状况。根据以往的经验，出现这些测量问题最多的原因，就是接地出问题了。 我们来看下面这张图。

在图中，虚线框中的部分就是我们的数字万用表测量电路。 Vtest 是被测电压，RL 是测量线上的电阻。通常这个电阻很小。Ri 是万用表的对地阻抗，这个阻抗可以大于10G欧姆. Ci 是万用表与地之间的隔离电容。Vground 是万用表的接地点与被测件接地点之间的地噪声电压。理想状态下，如果Vground仅是直流电压，由于万用表Ri 的阻值非常高，Vground造成的电流（有时我们称之为共模电流）很小， Vtest 产生的误差可以忽略不计。安捷伦的34401A和34410A， 在相对湿度小于80% 的时候，都能确保该隔离电阻的阻值不小于10G欧姆。在通常的实验室环境中，该电阻还远大于10G欧姆。因此，要降低这种DC地环干扰，尽量缩短被测件和万用表之间的地线长度，是非常好的办法，特别是将其短路。我们称之为“共地”。

但在实际测量过程中，更多地环路的噪声源和测量误差是来自交流。由于数字表内部电容型器件的存在， 即Ci 的存在， 与Ri 是并联的，导致数字表对地的交流阻抗要低得多。Ci是由数字表内部变压器的线圈造成的。 Ci 的典型值是250pF. 因此，如果工作在50Hz公频的供电电源状态下，阻抗大约为10M欧姆，要远小于10G欧姆的直流阻抗。为了抑制这个噪声，我们通常要把数字电压表的积分时间设置在工频的整倍数。

但如果在供电电源中有其他更高频的噪声，例如马达或其它大功率继电器造成的地线上的噪声，数字万用表就很难对此进行有效的抑制。这就需要对测试系统的接地进行认真的考虑。也就是说，不要将一些大型设备的地，如空气压缩机，贴片机，波峰焊等大型设备的地和测试系统共地。如果周围又这些设备，就需要单独为测试系统拉一条干净的地线来。

总之，对于一些小信号电压的测量，例如利用热电偶测量温度，其电压基本是在微伏级。温度变化1度时，电压也就变化50微伏左右。如果我们在测量过程中，如果不考虑地回路的干扰，将有可能带来很大的误差。所以，良好的接地是确保高精度测量的前提。

建立良好接地的最基本原则是：

1. 要尽量减少被测件和测试设备之间的地线长度，最好是单点接地
2. 地线上的噪声必须尽量小，也就是我们常说的要“尽量干净”
3. 浮地可以减少地环路的影响，但易产生静电积累而导致静电放电，可能造成静电击穿或强烈的干扰

对高精度测量来说，不仅是数字万用表，其它的测试系统同样需要良好的接地。关于接地的问题，我会在将来的文章中专门介绍