本发明专利技术为一种宽频开尔文双电桥及其测量方法和自控系统和方法及应用。该电桥用１ｋΩ双螺线型交、直流差电阻做比例元件，并采取“十字架形”的电桥总体布局，可在工作频率从直流到１００ｋＨｚ的宽广范围中进行同名义值电阻的比较测量。利用该电桥和１Ω、１０Ω、１００Ω、１ｋΩ、１０ｋΩ五种电阻量值的双螺线型交、直流差可计算电阻，测定了当前应用很广泛的１Ω、１０Ω、１００Ω、１ｋΩ、１０ｋΩ五种电阻量值的Ｔｉｎｓｌｅｙ５６８５型电阻的交、直流差。今后用这五种电阻量值的Ｔｉｎｓｌｅｙ５６８５型电阻开展交流电阻的检定工作。
Broadband Kelvin double bridge and measuring method, automatic control system and method and Application
The invention relates to a broadband Kelvin double bridge and a measuring method, an automatic control system and a method thereof. The bridge with 1K double helix type AC and DC differential resistance as proportion of components, and take \the overall layout of the cross shaped bridge, can compare the name of measuring resistance in broad frequency range from DC to 100kHz. Using the double helical line bridge and 1 ohm, 10 ohm, 100 ohm, 1K 10K, Omega five measurement values of AC and DC differential resistance calculation, determination of the current widespread application of 1, 10, 100, Omega Omega, Omega Omega 1K 10K five resistance values of type Tinsley5685 the difference between AC and DC resistance. In the future, we will carry out the verification of the AC resistance with the Tinsley5685 resistance of these five kinds of resistance values.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于一种在计量过程中的一种计量标准仪器及其方法，尤其涉及一 种宽频开尔文双电桥及测量方法、自控系统及方法和应用，是一种作为精密交流 电阻比较的比例量具。
技术介绍
电压标准和电阻标准是电磁计量的两种主要标准。原则上，只要有了这两 种标准，其它的电》兹量标准都可以从这两种标准导出。因此，建立稳定的高准 确度的电压标准和电阻标准是电磁计量科研课题中最为重要的内容。19世纪下半叶到20世纪上半叶，各国建立起了经典的电阻标准。经典的 电阻标准是一些电阻线圏。这些线圈一旦制成后，总会有一些不易控制的物理、 化学过程使其特性发生緩慢的变化，因而它们所保存的量值也会有所改变。另 一方面，最高等级的经典电阻标准全世界只有一套， 一旦由于天灾、战争或其 它原因发生意外损坏，就无法完全一模一样地复制出来，原来连续保存的单位 量值也会因之中断。针对这些问题，20世纪下半叶国际上开始了利用量子物理 学的成就研制量子计量标准的努力，并取得了相当大的成功。对于电阻单位， 20世纪80年代中根据德国物理学家冯克里青的重大发现研制成了量子化霍尔 电阻标准。经国际计量委员会推荐，1990年1月1日起在世界范围内启用量子 化霍尔电阻标准代替使用了几十年的电阻实物基准。我国也于2004年建成了量子化霍尔电阻标准。量子化霍尔电阻标准建成以后，所有的电学阻抗，包括直流电阻、交流电 阻、电容、电感、互感等的量值均需溯源到量子化霍尔电阻，以保证电学计量 标准体系的一致性。由于量子化霍尔电阻标准的量值本身就是一种直流电阻的 量值，所以直流电阻的溯源比较容易解决。但是，交流电阻、电容、电感、互 感这几种阻抗均是在交流状态下使用的。为了使这几种交流阻抗能够溯源到直 流电阻值，需要一种能准确联系直流电阻和交流阻抗量值的量具。这就是"交、 直流差可计算电阻"。 一方面，这种电阻的直流阻值可向量子化霍尔电阻溯源， 另一方面，这种电阻的交流电阻值和其直流电阻值的差别可以准确计算。因此， 把这种电阻向量子化霍尔电阻溯源所得到的直流阻值加上由计算得到的交、直 流电阻值之差，就可得到溯源到量子化霍尔电阻的交流电阻值，从而完成了交 流电阻值向量子化霍尔电阻溯源的过程。再通过适当的交流电桥方法，又可把 交流电阻值向电容、电感、互感这些交流阻抗的量值过渡，完成所有的交流阻 抗向量子化霍尔电阻溯源的过程。由上所述可见，"交、直流差可计算电阻"是 所有的交流阻抗向量子化霍尔电阻溯源的过程中的核心环节。除了在把交流阻抗向量子化霍尔电阻溯源的过程中"交、直流差可计算电阻" 起着重要作用，建立交流电阻标准对于电力工业、电子工业、仪器仪表工业等 方面也是非常重要的。在大部分上述实际场合中，电阻器件用于交流和高频电 路。由于电阻器件中的寄生电感、电容、导线中的趋肤效应、邻近效应、周围 介质的损耗等一系列因素，交流电路中电阻元件的阻抗实部并不等于直流状态下的电阻量值。所以交流标准电阻的量值不能简单地#:用该电阻器件在直流状态下的电阻值，应该直接建立"交流电阻标准"适应实际工作的需要。应用"交、直流差可计算电阻"就能从溯源到量子化霍尔电阻的直流电阻标准量值导出交 流电阻的标准量值。但是，"交、直流差可计算电阻"是一种很贵重的设备， 一般不能轻易使用。 通常是把它的电阻量值传递到 一些商品交流标准电阻作为工作标准，再用工作 标准开展实际的检定工作。另一方面，"交、直流差可计算电阻"是一种可计算 电阻，电阻丝要按照特定的方式绕制，使得电阻周围的电磁场分布是规则的， 从而可以准确地计算出电阻的交、直流转换差。例如国外发表的"交、直流差 可计算电阻"，常常设计成一根或几根极细的电阻丝悬挂着的状态，制作十分困 难。更大的问题是这样的电阻稳定性很差，特别是对机械冲击的抵抗能力弱， 稍一搬动电阻值就会变化。而实际检定工作中使用的交流标准电阻则经常需要 改变接线或搬动，"交、直流差可计算电阻"显然不适合在实际检定工作中使用。 而作为工作标准的商品交流标准电阻，价格便宜，稳定性很好，只是内部的电 磁场很复杂，其交、直流差很难计算，因此在交流状态下的电阻量值并不确切 知道。 一般需用电桥把商品交流标准电阻与"交、直流差可计算电阻"进行比 较，求出商品交流标准电阻在交流状态下的电阻量值。然后，这样的商品交流 标准电阻就能用于实际的检定工作。由上所述，对作为计算标准的"交、直流差可计算电阻"和作为工作标准 的商用交流标准电阻进行比较的电桥是实际工作中很需要的。设计用于此种目 的的电桥所遇到的主要困难是工作频带问题。现代的检定工作需要作为工作标 准的交流标准电阻的工作频带达到从直流到100kHz的宽广范围。因此用于比较 "交、直流差可计算电阻"和商品交流标准电阻的电桥的工作频带也需从直流一直扩展到100kHz。但是，工作频带这样宽广的电桥很难设计和制作，目前在文献中尚未见到过。国外一般是用几架不同的电桥分别在几个频段中对"交、 直流差可计算电阻"和商用交流标准电阻进行比较。这几个频段互相衔接，总的工作频段就能达到从直流到100kHz。现有技术中用于比较"交、直流差可计算电阻"和商用交流标准电阻的电 桥主要有两种类型。第一种是经典的开尔文双电桥。这种电桥使用直流或交流 电阻作为比例臂，能很好地解决精密的四端钮电阻的测量问题。用直流电阻作 为比例臂的优点是直流电阻的稳定性好，因此电桥的测量结果也有稳定性好的 优点。主要问题是直流电阻的交、直流误差大，用在交流状态下时会带来很多问题。如改用交流电阻作为比例臂，就可以把工作频率扩展到几kHz。但是交流 电阻的稳定性比直流电阻要差一些，所以用直流电阻作为比例臂的电桥仍有其 用途。但是用于比较"交、直流差可计算电阻"和商用交流标准电阻时就必须 用交流电阻做比例臂了 ，此时覆盖的工作频段是从直流到几kHz。对于交流频段，变压器电桥是一种更为优秀的电桥。比例准确度高，稳定 性好。变压器电桥的缺点是工作频带较窄。在直流下根本不能工作，要用一架 变压器电桥全部覆盖从几十Hz到几十kHz的频段也很困难， 一般需要做两架或 三架变压器电桥。每一架的绕组匝数不同，工作频段也随着不同。匝数较多时 工作频段为几十Hz到几百Hz,匝数较少时工作频段为几百Hz到几kHz。匝数 很少时则可覆盖几kHz到几十kHz的频段，甚至达到100kHz。从上所述，现有技术目前的技术需用三架到四架电桥方能覆盖从直流到 100kHz的工作频段。这样的做法不仅操作麻烦，更大的问题是把"交、直流差 可计算电阻"和商用交流标准电阻换接到几架不同的电桥上时，很容易对"交、 直流差可计算电阻"造成机械冲击，引起其阻值的变化，影响了比对结果的准 确性。如能设计并制作出一架能在从直流到lOOkHz的宽广范围中工作的电桥， 就避免了上述的电阻换接问题，比较结果的准确性和可靠性也就大大增加。设计和制作工作频段覆盖从直流到100kHz的宽广范围的电桥就是本专利技术的内容。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述存在的技术问题，设计和制作了工作频段为从直流到 lOOkHz的宽广范围的电桥，本专利技术之一，设计了一种宽频开尔文双电桥，结构特点是包括双电桥两对 比例臂电阻、标准电阻和待测电阻，以及电源和指零仪，尤其本专利技术的电桥采用十字架本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种宽频开尔文双电桥，包括双电桥两对比例臂电阻、标准电阻和待测电阻，以及电源和指零仪，其特征在于：所述电桥采用十字架形结构；十字架形结构包括中心连接板，所述中心连接板用于和各个电桥组件连接，所述中心连接板设置在十字架形结构的中心位置 ；所述电源设置在十字架形结构电桥的十字架头部，即所述电源构成十字架形电桥的上臂，电源的输出信号用双绞线输出到电桥上；所述宽频开尔文双电桥的两个外臂电阻构成十字架形电桥的左右两臂；所述宽频开尔文双电桥的两个内臂电阻构成十字架形 电桥的下臂；所述标准电阻和待测电阻设置在所述十字架形电桥左右两臂的上方，且两个电阻与十字架平面垂直；所述指零仪设置在十字架形结构外部，所述指零仪与所述中心连接板连接。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：黄璐，张钟华，李正坤，韩冰，贺青，
申请(专利权)人：中国计量科学研究院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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