电阻电容电桥研究进展

电阻电容电桥主要实现电阻和电容之间的比较和传递.首先回顾了电阻电容电桥在整个电学计量领域里所扮演的历史角色,然后详细分析了传统电阻电容电桥的基本原理和国内外在该领域的研究概况,最后通过深入分析,指出了这类电桥固有的若干缺点,并在此基础上提出了几种新的研究方案.     

交流量子电阻传递电桥的研制

国际单位制变革后,阻抗参数需溯源至量子化霍尔电阻,其中将交流量子电阻传递到被测交流标准电阻是主要难点之一,需要研制10^–8量级的阻抗电桥,而常规精密阻抗电桥的准确度在10^–4至10^–5量级,仅有四端对同轴阻抗电桥在理论上能实现10^–8量级的准确度,但结构十分复杂,需要多次平衡,其过程存在相互影响,使平衡收敛十分缓慢,测量效率很低,同时存在频点单一的问题。针对以上不足,提出微差补偿网络隔离供电和可调虚部补偿输入比例的措施,大幅提高电桥收敛速度,并实现用于交流量子电阻传递的多频点四端对同轴阻抗电桥。同时给出四端对同轴阻抗电桥的校验方法和整体验证的标准器,验证结果表明：研制的交流量子电阻传递电桥10∶1的测量不确定度达到10^–8量级。     

采用电补偿方案的新一代立式计算电容装置

针对立式计算电容最大不确定度来源的端部效应误差,中国计量科学研究院经过多年改进,研制出的最优中空电补偿电极在计算电容模型装置上,没有采用加装钉子头进行补偿的电补偿方案,并完成了诸如端部效应误差的补偿效果、偏心效应误差等电气性能验证试验,成功应用在新一代立式计算电容装置上。实验结果表明,采用电补偿方案的新一代立式计算电容装置复现1 pF电容单位的相对标准不确定度为1.0×10^-8。     

我国建成新一代计算电容装置

正由中国计量院承担完成的"十一五"国家科技支撑计划项目课题"精细结构常数测量关键技术及电容基准的研究",日前顺利通过专家组验收。该课题研制的国际新型立式可移动屏蔽电极计算电容装置测量精细结构常数,复现1皮法(pF)电容单位的标准不确定度达到2.0?10-8,接近国际最好水平。据课题负责人、中国计量院首席研究员陆祖良介绍,本课题研究过程通过国际合作,使我国在该领域的研究很快进入国际前沿。     

一种基于感应比例电桥平衡法的步分解标准器校准装置

针对工业自动化和国防军事领域同步分解电角度量值溯源需求,提出了一种基于多盘感应比例电桥平衡原理的同步分解电角度校准方法,并组建了一套同步分解标准器校准装置.该装置通过电桥的准电压平衡和不平衡误差电压解算的方法获得同步分解电角度的标准值,并通过相对简单的接线方式,实现同步和分解两种模式下0°～ 360°电角度的校准.对同...     

一种基于感应比例电桥平衡法的同步分解标准器校准装置

针对工业自动化和国防军事领域同步分解电角度量值溯源需求,提出了一种基于多盘感应比例电桥平衡原理的同步分解电角度校准方法,并组建了一套同步分解标准器校准装置。该装置通过电桥的准电压平衡和不平衡误差电压解算的方法获得同步分解电角度的标准值,并通过相对简单的接线方式,实现同步和分解两种模式下0°～360°电角度的校准。对同步模式下电角度校准装置的不确定度进行了评估,不确定度达到0.00013°(0.47″)。该方法具有准确度高、操作简单、测量速度快的特点,使同步分解电角度量值溯源到感应电压比例标准。     

基于改进型两次平衡对检法的感应分压器自校准方法

介绍了参考电势变压器和指零仪变压器设计原理,分析了屏蔽间泄漏对测量结果的影响;对常规两次平衡参考电势对检法进行了改进,使零平衡和段平衡测量过程中,参考电势和测差电路均可实现等电位保护;对自校准方法进行了推导,校准结果仅与段平衡和零平衡时锁相放大器测量的电压差值相关,与参考电势变压器、指零仪变压器、辅助变压器等的误差无关,屏蔽间泄漏的影响也得到消除。对1kV感应分压器进行了校准实验,并对校准结果进行了测量不确定度分析,其相对扩展不确定度的评估结果为5.4×10^-8(k=2)。     

电桥特性和定义的探讨

百余年来，电桥在电量和非电量电测量领域均得到了广泛的应用。从1843年开始，电桥经历了直流电桥，交流阻抗电桥、变压器比率臂电桥、双曲线函数电桥、阻抗中和电桥到同轴比率臂电桥几个历史阶段。对科学技术和计量学的发展起到了促进作用。然而，迄今为止，电桥的定义尚不明确，更谈不上电桥的科学分类。为此，笔者提出了建立电桥新定义的观点和方法：包括电桥的复合比率臂的性质、电桥按平衡方程分类等，欢迎同行进行讨论。[编者按]     

交流电压源毫伏级量值准确测量的技术研究

基于电压比例和交直流转换技术,提出了一种对交流电压源的毫伏级量值进行准确测量的方法。采用自行研制的二进制级联结构电压比例装置和792A交直流转换标准,将被测交流电压源的毫伏级量值溯源至交流电压国家基准。实验采用替代测量法,通过选用不同电压比例和不同792A量程的组合,在55Hz~5kHz频率范围内,对1台5720A多功能校准源10~200mV范围的交流电压进行准确测量。结果表明,各毫伏级交流电压示值相对误差的绝对值均不超过±40μV/V,测量结果扩展不确定度优于80μV/V,满足交流电压源毫伏级量值溯源需求。     

1V脉冲驱动型交流量子电压源研究

脉冲驱动型交流量子电压标准ACJVS通过高速脉冲序列驱动约瑟夫森结阵芯片的方式实现宽频带交流量子电压的合成,相比于可编程型交流量子电压标准PJVS,具有免台阶切换、频谱纯净、频带宽等优点。搭建的系统主要包括8位高速脉冲码型发生器、微波放大器、直流阻断、约瑟夫森结阵芯片等。通过驱动包含4个子阵列,每个子阵列含12810个约瑟夫森结的结阵芯片,并结合4通道联合低频补偿的方式,成功产生了1V有效值的脉冲驱动型交流量子电压,为进一步建立交流量子电压基准打下了坚实的基础。最后,展望了脉冲驱动型交流量子电压在量子阻抗桥、交流量子功率源、交流量子功率表方面的应用价值。     

交流注入式电池内阻测试仪电阻参数的校准方法

分析了基于交流注入式电池内阻测试仪电阻参数的测量原理,研究了采用标准交流电阻和感应分压器对其进行校准的方法,利用多位双级感应分压器对标准交流电阻的电压进行分压,模拟产生多值高准确度交流电阻箱,解决了电池内阻测试仪校准缺乏高准确度标准器的问题,分析了标准交流电阻的时间常数和感应分压器的相位误差对测量结果的影响。将该方法校准结果与采用实物标准电阻的校准结果进行了比较,在全量程范围内相差小于0.02%,表明该方法具有较高准确度。     

微小电容测量仪500fF/1MHz溯源方法研究

fF量级高频微小电容测量在军工电子产品领域有着重要作用,针对微小电容测量仪500fF/1MHz点无法溯源的现状,研制了惰性气体封装的500fF高频标准电容器作为传递标准。建立高频小电容测量模型,基于“反算法”估算出500fF高频标准电容器分布参数,称作“理论推导”溯源方案,不确定度优于0.15%;利用3台同等量级的高频微小电容测量传递标准,称作“计量比对”溯源方案,不确定度优于0.07%。利用以上2种方案对同1台仪器开展溯源,实验数据结果基本一致,能够满足用户使用要求,为更低容值、更高频率的微小电容的溯源提供了可参考的路径。