要了解8位半这种目前精度最高的数字万用表，就不能不了解8位半万用表的历史，但限于个人认知，很多历史背景并不了解，所以错误在所难免，如果您知道事实，敬请指正。虽然我可能不是最适合写这篇文章的人，但我仍然愿意抛砖引玉，吸引更多大牛参与进来，相互学习。
1. 历史
第一台8位半万用表相信是英国Solarton生产的7081，采用多斜积分转换技术。Solartron的万用表部门后被Schlumberger收购。下图即为Solartron/Schlumberger推出的7081。但现在schlumberger的网页上已查不到7081，市面上只有二手流通。要了解Schlumberger,就不得不提及Willtek，且看下面的介绍。
威尔泰克通讯技术有限公司的发展轨迹可以追溯到1957年，当时由一群工程师在慕尼黑南部创办了最初的公司。几年后该公司被Schlumberger收购，并管理公司达36年之久。
1994年Schlumberger把公司卖给了Wavetek公司，同时将美国印第安那州的团队并入。
1998年，Wavetek公司与德国的Wandel&Goltermann公司合并成立WWG公司。两年后美国Dynatech公司买下了WWG公司，并将它与其子公司TTC合并。Acterna公司由此诞生，该公司在世界各地拥有员工4800名。其无线网络部的一个分部——无线电仪器部2001年接管了英国的Chase通讯公司以及它的无线空中接口业务。
在2002年，Acterna公司管理层通过MBO，剥离了它的无线仪器部门。
2003年3月，Investcorp公司购得其多数股权，为Willtek公司融资，用于开拓公司的新产品和新市场。
Willtek 于2005年7月成为Wireless Telecom Group, Inc. 的全资子公司。

图1，Solartron/Schlumberger 7081
英国的Datron是第二个推出8位半万用表的厂商，最早型号是1271,同样采用了多斜积分技术。Datron在92年被wavetek收购，推出了共有品牌的1281。2000年Fluke又收购了wavetek，在1281的基础上，进行了改进，于2002年推出了自有品牌的8位半万用表8508A，号称要与Agilent的3458A火拼。这款仪表的命名也是以考级数字多用表命名，瞄准的目标用户是校准实验室。

图2 Datron 1271

图3 Datron 1281

图4 Wavetek 1281

图5 Fluke 8508A
德国Prema也推出过8位半万用表6048。关于prema 我知之甚少，只了解到它是一家老牌的精密数字仪表生产厂家，代表产品为万用表。天水长城电工仪器厂曾组装生产过其5000，6000系列5位半，6位半，以及5017 7位半万用表。由于引进的早现国内仍有使用。网上关于Prema 6048的介绍很少，以下链接有比较详细的介绍。
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不过可惜的是，prema目前已退出测试测量市场，关注于模拟IC和混合信号ASIC和ASSP市场，网站XXXXXXXXXXXXX。也就是说目前市场上流通的prema万用表均为二手。

图6 Prema 6408
Agilent在很早之前就推出了8位半万用表3458A，一推出就以其无与伦比的稳定性和高速测量成为实验室的传递标准，这个情况一直持续到2002年Fluke推出8508A。但其0.1ppm的积分线性、0.01ppm的微分线性（类似No missing code）指标，目前还是无人能比。

图7 Agilent 3458A
Keithely后来也推出了8位半万用表2002，这款仪表的突出优势在于直流电压档跟它的很多纳伏表一样具有1nV的灵敏度，电阻档具有100nOhm的灵敏度，以及-200℃--1820℃温度测量范围，并在整个范围内都保持了最小0.001℃分辨率，保持了8位半模式下最快的测量速度。

图8 Keithley 2002
日本的Advantest也推出了自己的8位半万用表 R6581，大体参数和Agilent的3458A差不多，最有特色的是其电流档，直流电流有最高灵敏度100fA,但交流电流档的频响却只有5kHz,比其它表差了很多。目前的最新型号R6581D，去掉了R6581的所有交流测量能力，只支持直流和电阻档位。
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图9 Advantest R6581
所以现在市面上能见到的在产的8位半万用表就只有4种：
R6581,2002,3458A,8508A
2. 对比
常规参数
这里只对比共同特性，对某一型号特有的功能不做比较。
Advantest R6581
最大显示1,199,999,999, 可测试DC/ACV，DC/ACI，R，F，T。性能参数大体和Agilent3458A相当。
Keithley 2002
最大显示210,000,000，可测试DC/ACV,DC/ACI，R，F，T。温度测试支持RTD，热电偶两种传感器，而且在-200℃~1820℃测量范围内都保持了最小0.001℃分辨率。但据说其电流档不怎么样。
Fluke 8508A
最大显示199,999,999,可测试DC/ACV,DC/ACI，R,T,不支持频率周期测量。定位为实验室参考级别的8508A的确有最宽的测量范围和最高准确度，尤其是电阻和电流档。电阻最高支持到20GΩ，电流档不需要分流器就能支持到20A。但其的缺点是测量速度慢，在8位半模式下需要6秒才能得到一个读数。
Agilent 3458A
最大显示120,000,000，DC/ACV，DC/ACI，R，F，可以通过数学运算测量温度，支持热敏电阻和RTD。。3458A可谓是经久不衰，在所有8位半万用表里有最快的反应速度。在长期稳定性上比8508A稍差，但在短期稳定性，线性度，噪音以及转移特性方面都有最好表现，并提供了极其丰富的数学功能。
表1，基本规格对比

表2，特性对比

表3，测量速度对比

附：八位半万用表不寻常特性极其应用 作者：lymex
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一、八位半万用表不寻常特性
八位半万用表是业界最高分辨的常用电磁计量仪器，基本档最高年稳定度在3ppm左右（Fluke 8508, 10V/20V档），差一些的有10ppm的（Keithley 2002, 10V/20V档），而且必须每年检定。这样的指标在很多场合下是不够的，不仅因为心理上的1ppm的不确定度上限，更主要是类似的仪器都具备类似的稳定度，互相不能测量。因此看来直接用八位半万用表来进行计量工作是无能为力了，也就是说，自己不能校准自己。然而，八位半万用表具备一些不寻常的指标超高的特性，而且不需要校准，可以在整个生命周期内由设计或由生产厂家保证，这些特性包括：
1、分辨力很高，与准确度比余量很大。
以最末位字数为单位，3位半到4位半万用表稳定度一般为几个字到十几个字，例如某万用表测量19.99V时，准确读为0.5%为0.1V，为10个字。对于6位半的，一般为几十个字，例如34401A，10V档年稳定度35ppm，分辨为1ppm，因此为35个字。而8位半的就非常高，比如3458A，10V档年稳定度8ppm，但分辨0.01ppm，因此为800个字。
2、线性度非常好
线性度是高位万用表追求的指标之一，一般其指标远远高于其年稳定度，比如3458A达到0.1ppm，是年稳定度的80倍。线性度好，类似一把尺子，不仅平直，而且刻度均匀（尽管每一个刻度绝对准确度不很高）。
3、噪音小
例如3458A，10V量程，当NPLC=100时（常用），RMS噪音达到了惊人的0.01ppm。
4、转移特性非常好，短期稳定性比较高。
转移特性即短期测量对比特性，能够在多大不确定程度上对比测量两个相似的量。这一方面要求噪音小、短期稳定性高，另一方面，也要求有足够高的线性度。例如3458A的10V转移特性为0.1ppm。
几种典型万用表不寻常特性对比表

二、八位半万用表不寻常特性的验证
1、零点的稳定性
零点用短路环测量，实测变动特性不大于0.2μV，对于10V就是0.02ppm。
零点测量时往往有一个固定偏差，一般在0.2μV到0.5μV之间，可以自用校准消除，采用低热电动势测试线也可以减少测量的不确定度。这个零点即便不进行消除，也可以在随后的计算中减去，不影响线性度。
2、线性度
采用高稳定度固态电压基准Fluke 732B和线性度指标达到0.1ppm的KVD分压器Fluke 720A，做了多点对比，结果在0.1ppm范围内相符。
对比时注意，720A的输出电阻最大为66k，同时与其0.03ppm最大负载误差上限，要求负载不小于1E12Ω，万用表的输入电阻达不到这个要求，因此需要增加一级高输入阻抗、低失调的缓冲跟随器。
3、稳定性（可重复性）
我们知道，万用表读数的不稳定性不仅取决于信号源的不稳定性（A），而且取决于万用表自身的不稳定性（B），合成不稳定性的计算方法，是A和B取平方和，再开方，与合成不确定度的计算方法一样。因此，只要读数稳定，就证明信号源和万用表自身都稳定性。更具体的说，万用表自身的不稳定性不大于其（对任何信号源测量时）读数的不稳定性。
不稳定性一般用阿伦方差来表示，以一定间隔测量出一组数据，就可以计算出阿伦方差。
使用经过彻底预热的3458A，对高稳定度10V基准源（Fluke 732B）和高稳定度标准电阻（IET SRX-10k）进行采样测量，闸门周期2秒，采样周期4秒，结果是均为0.1ppm之内（有录像数据）。
稳定性（可重复性）的一个直观理解：
比如阿伦方差为1ppm，就是正态分布σ=1ppm，意味着读数有68%的概率落在中心±1ppm的范围内，或者有95%的概率落在中心±2ppm的范围内，或者有98.8%的概率落在中心±3ppm的范围内。

三、八位半万用表不寻常特性的应用
1、转移和传递
转移和传递就是对比传递两个很相近的量。计量中常用到10V电压基准和10kΩ电阻基准的对比，就可以利用八位半万用表不寻常特性来解决。
电压的对比。若被对比的电压是独立的，那么就可以采用直接比对的方法，即负极接到一起，正极用小范围量程的万用表来测量，这样分辨很高，对比准确度也高。但是，有的时候被对比的电压是不共地的，比如一个多段分压器，就需要在线分段测量。
电阻的对比。可采用四线法直接测量。与DCC和电桥对比法相比，此方法具有速度快和使用方便的特点。
2、同量程量的精确对比
比如一个10V和一个7V，需要准确知道其比例，就不能或不方便用别的方法来对比，而利用万用表10V档的超级线性度，就可以很方便的完成，对比的不确定度可以达到0.2ppm（两次转移不确定度）。
这样对比的一个实际应用，就是可以大大提高Fluke 732A/732B的稳定性。实际上Fluke 732A/B内部是采用7V基准，然后采用两只电阻分压/升压成10V，因此其稳定性取决于两个部分分别稳定性。事实上7V内部基准是非常稳定的，但分压电阻就很难稳定，比如标价3万多的Fluke标准电阻742A-10k，其年稳定性才4ppm，那么732A/B内部采用的电阻不太可能超过独立的电阻基准，或者说电阻器件稳定到4ppm已经接近极限。因此可以确定，732A/B不稳定指标中，大部分是分压/升压电阻的问题。只要我们精确的测定7V/10V比例，就知道了这两个电阻的分压值的变化，就可以进行自修正，从而大大提高732A/B的稳定性指标。
3、温度系数的测量
高稳定、低温飘的基准和仪器，其温度系数非常小，甚至有的远小于1ppm/℃。因此如果进行测量，需要很高的分辨，这样八位半万用表就有了用武之地。
4、老化的测量
老化就是电压、电阻等参数随时间长期的变化，一般常用90天、半年、1年作为时间测量单位。高稳定度的基准和仪器，其稳定度一般很高，有的每年变化不了几个ppm，要在短时间内进行测量，则变化更小，更需要高分辨的测量。另外，要想进行老化测量，必需具备比被测物更稳定的基准做对比。因为八位半万用表本身的稳定性并不好，不能以其直接测量的结果为依据，而是利用其线性度好、转移特性高的特点来测量。如果不具备这样的基准，那么就很难测量，或者需要非常长的时间累计才能得到结果。
举个例子，一个10kΩ标准电阻，第一次测量值是10,000.123Ω，第2次间隔90天后再次测量为10,000.130Ω，即增大了0.7ppm，这就是90天的稳定性。假设用直线外延，那么1年的稳定性就是0.7*4=2.8ppm/年。由此可以看到，进行老化测量时其测量值变化特别小，因此对读数的不确定度要求就更高。
再举个具体的例子，我的一个国产标准电阻BZ3C/8-10k，稳定度指标为20ppm/年，出厂检验日期为2001年3月。但是，根据生产技术人员介绍，他们不对稳定度进行测量，原因是没有相应的测量手段。因此，这20ppm是指标值。实际上，电阻出厂时有在20℃的准确测量值10000.19Ω，现在再次测量，阻值（折算成20度）为10000.20Ω。因此，只变化了2ppm，老化仅为0.3ppm/年。由此看来，这样的电阻老化很小。事实上，该电阻生产规格比较高，填充与金属密封效果很好，因此老化才比较好。另外，也正因为老化小，因此很难在短时间内测量出老化结果。要不是利用了出厂准确值以及出厂后经历了多年，该电阻的老化结果也不可能知道。
四、结束语
以上这些八位半万用表不寻常的特性，主要不寻常在某些参数的高性能，比稳定度指标高出很多。另外，这些指标不需要检定和校准，因为：
A、是厂家保证的，很难出问题；
B、出了问题就属于大问题，即损坏，应修理；
C、检定项目不包含；
D、不能通过校准程序来改善。
理解了万用表的这些不寻常的特性指标，就可以更好的发挥其作用。