準(zhǔn)確測量四端電阻時間常數(shù)的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、建立四端電阻時間常數(shù)標(biāo)準(zhǔn)是實(shí)現(xiàn)交流阻抗準(zhǔn)確測量及交流電量計量量值統(tǒng)一的關(guān)鍵,同時也是目前國際上在脈沖電流和寬頻功率研究方向的熱點(diǎn)問題。早在二十世紀(jì)初,國際上提出了幾種特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計的計算樣品,而樣品中等效電感計算往往涉及到復(fù)雜的電磁場理論,且計算結(jié)果受樣品本身結(jié)構(gòu)尺寸測量準(zhǔn)確性的影響而引起較大的不確定度。隨著測量技術(shù)和儀器儀表的不斷發(fā)展,國際上開始采用測量的方法直接對四端電阻的正交分量進(jìn)行絕對定值,然而儀表誤差及容性泄漏等影響是制約測量準(zhǔn)

2、確性的主要因素。目前,國際上普遍采用step-up(爬臺階)法來實(shí)現(xiàn)四端電阻量程擴(kuò)展,該方法中所存在的串聯(lián)“浮地”影響、測量儀表線性誤差及多步傳遞所造成的不確定度累積是主要的影響因素。本論文工作回歸問題的本質(zhì),靈活地應(yīng)用了精密電磁測量中的替代法,針對準(zhǔn)確測量四端電阻時間常數(shù)若干關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究。
　　針對目前已有測量儀表無法滿足在較大水平分量下直接準(zhǔn)確測量四端電阻等效電感的問題,本文采用了結(jié)構(gòu)替代法,即在相同結(jié)構(gòu)下,將自行研

3、制的“同軸拉線”結(jié)構(gòu)四端電阻中高電阻率電阻絲替換成低電阻率電阻絲,從而減少了水平分量對正交分量所引起的影響,便于測量。為了進(jìn)一步減少測量儀表的影響,本文研制了Q值高的四端互感,并深入分析了該互感結(jié)構(gòu)中寄生電容、殘余電感及引線電阻等參數(shù)的影響,采用電流電壓轉(zhuǎn)換法實(shí)現(xiàn)對互感的準(zhǔn)確測量。采用替代法將四端電阻等效電感與已知的互感進(jìn)行相互比較,將其溯源至我國已有的交流電壓和交流電流國家標(biāo)準(zhǔn),從而準(zhǔn)確測量四端電阻中微小正交分量,確定該四端電阻的時間

4、常數(shù),為四端電阻量值傳遞提供了溯源依據(jù)。
　　針對四端電阻串聯(lián)連接時低端電位不一致而受有源儀表“浮地”影響而引起容性泄露誤差的問題,本文采用二進(jìn)制感應(yīng)分流器的方法實(shí)現(xiàn)兩路共地電流輸出。詳細(xì)分析了二進(jìn)制感應(yīng)分流器受比例繞組的激磁誤差、容性誤差及外接負(fù)載誤差的影響,提出了電流一致性自校驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)方法,同時研制三級感應(yīng)分流器級聯(lián)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)三路共地等電流輸出,為四端電阻相互比較時提供了準(zhǔn)確且關(guān)系已知的電流。
　　針對目前國際上普遍采用s

5、tep-up方法實(shí)現(xiàn)電阻量程擴(kuò)展中存在的多步傳遞而引起測量不確定度累積的問題,本文采用電壓比例技術(shù),將不同阻值的四端電阻在相同電流下進(jìn)行等電壓測量,通過一步傳遞實(shí)現(xiàn)量程擴(kuò)展。深入分析了二進(jìn)制感應(yīng)分壓器和串并聯(lián)結(jié)構(gòu)電阻分壓器的參數(shù)模型,并對其電壓比例的相角偏差進(jìn)行了自校驗(yàn)。結(jié)合二進(jìn)制感應(yīng)分流器和電壓比例技術(shù),建立四端電阻量值傳遞裝置,滿足1A~100A四端電阻時間常數(shù)和相角偏差的溯源需求。
　　本文采用該傳遞裝置對實(shí)驗(yàn)室自行研制的1

6、0m?~1?鼠籠結(jié)構(gòu)四端電阻、100A互感式電流電壓變換器和薄膜結(jié)構(gòu)四端電阻的相角偏差進(jìn)行了準(zhǔn)確測量,其相角測量標(biāo)準(zhǔn)不確定度在200kHz頻率下優(yōu)于100μrad。針對四端電阻在傳遞過程中測量電流和工作電流不一致而引起的電流系數(shù)問題,本文采用三種不同類型的四端電阻1A~100A電流范圍進(jìn)行相互比較,評估了四端電阻相角偏差的電流系數(shù)。因此,所建立的四端電阻時間常數(shù)標(biāo)準(zhǔn)和量值傳遞裝置,實(shí)現(xiàn)了高頻大電流四端電阻相角偏差的準(zhǔn)確測量,也為我國今后