國家電容標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展頻段計(jì)量技術(shù)研究.pdf

1、現(xiàn)代電學(xué)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)中，標(biāo)準(zhǔn)電容器被認(rèn)為是復(fù)現(xiàn)電容量值單位—法拉最好的實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)。電容器是一種基本的電路元件，被廣泛地應(yīng)用于電子設(shè)備與電氣工程等領(lǐng)域。電容容量計(jì)量是一項(xiàng)基礎(chǔ)性的研究工作，如果電容容量計(jì)量水平滿足不了需要，會直接影響到相關(guān)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步。因此，電容容量計(jì)量技術(shù)的研究具有特別重要的意義。
　　在低頻段（10kHz以下），我國電容計(jì)量水平已達(dá)到國際先進(jìn)，但隨著科技的發(fā)展，在頻率范圍、量值范圍等方面與國際先進(jìn)水平有較大的差距，特

2、別是在頻率范圍方面，不能滿足進(jìn)口阻抗計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器及其測量儀器的檢定測試要求，迫切需要在頻率范圍上進(jìn)行擴(kuò)展。十幾年來，發(fā)達(dá)國家的計(jì)量學(xué)者一直進(jìn)行音頻到微波段電容計(jì)量的研究，少數(shù)國家已經(jīng)建立了擴(kuò)展頻段電容標(biāo)準(zhǔn)及溯源體系。為了建立和完善國家現(xiàn)代電學(xué)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)中擴(kuò)展頻段電容標(biāo)準(zhǔn)和檢測體系，中國計(jì)量科學(xué)研究院立項(xiàng)進(jìn)行“電容擴(kuò)頻”技術(shù)的研究。本文是筆者在參加該科研項(xiàng)目的基礎(chǔ)上完成的。
　　本文研究的主要內(nèi)容是：在國家“電容基準(zhǔn)”的基礎(chǔ)上，選用四端

3、對電容器作為標(biāo)準(zhǔn)器，研究電容量值擴(kuò)展頻段的計(jì)量原理及方法，測定其頻率響應(yīng)，建立國家的擴(kuò)展頻段電容標(biāo)準(zhǔn)；以擴(kuò)展頻段的電容標(biāo)準(zhǔn)為量值標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行測量四端對電阻器和校準(zhǔn)單端口電容器頻率響應(yīng)的研究。
　　具體的工作為以下幾個(gè)方面：
　　1.四端對空氣電容器擴(kuò)展頻段頻率響應(yīng)的研究。在100kHz～13MHz的頻率范圍內(nèi)，針對1pF、10pF、100pF及1000pF四端對空氣電容器通用化模型，利用基于混沌思想的粒子群算法對模型中的參數(shù)加

4、以辨識，進(jìn)行頻率響應(yīng)分析和模型優(yōu)化；在國家“電容基準(zhǔn)”的基礎(chǔ)上，采用網(wǎng)絡(luò)分析法進(jìn)行四端對空氣電容器頻率響應(yīng)的進(jìn)行測量。
　　2.四端對固體介質(zhì)電容器擴(kuò)展頻段頻率響應(yīng)的研究。在10kHz～1MHz的頻率范圍內(nèi)，利用開發(fā)的傳遞測量系統(tǒng)，對標(biāo)稱值為0.01μF、0.1μF和1μF四端對固體介質(zhì)電容器進(jìn)行頻率響應(yīng)的測量。該系統(tǒng)由四端對電容器組、四端對寬頻比率網(wǎng)絡(luò)、四端對阻抗測量儀組成，適用于不同介質(zhì)四端對電容器量值的溯源；在對感應(yīng)比率網(wǎng)絡(luò)

5、寬頻段容性誤差進(jìn)行建模仿真的基礎(chǔ)上，對四端對寬頻比率網(wǎng)絡(luò)采用了避免容性誤差的措施；測量采用了1:10量值傳遞法。
　　3.四端對電阻器頻率響應(yīng)的研究。為解決阻抗計(jì)量中四端對標(biāo)準(zhǔn)電阻器在直流下標(biāo)定、交流下使用的問題，以建立的擴(kuò)展頻段電容標(biāo)準(zhǔn)為量值傳遞標(biāo)準(zhǔn)，研究四端對電阻器頻率響應(yīng)(100kHz～10MHz)的測量原理及方法。
　　4.單端口同軸電容器頻率響應(yīng)的研究。以建立的擴(kuò)展頻段電容標(biāo)準(zhǔn)為量值傳遞標(biāo)準(zhǔn)，提出一種校準(zhǔn)單端口電容