一种实现四端对阻抗的端对定义的方法及应用技术

本发明专利技术提供了一种实现四端对阻抗的端对定义的方法及应用，属于精密计量测试领域。所述方法将双级跟随器的电流输出端通过同轴线与阻抗的高电流端连接，并将双级跟随器的电压输出端通过同轴线与阻抗的高电压端连接，使得阻抗的高电压端的电流为0、高电流端的芯皮电流等大反向。本发明专利技术能够自动满足四端对阻抗的端对定义；本发明专利技术通过加入跟随器还能够使得电桥比率可变并隔离四端对阻抗电桥中的电桥负载变化的影响，加快了四端对阻抗电桥的平衡速度，实现了可变比率、准确快速的四端对交流阻抗高精度比较测量。抗高精度比较测量。抗高精度比较测量。

【技术实现步骤摘要】
一种实现四端对阻抗的端对定义的方法及应用


[0001]本专利技术属于精密计量测试领域，涉及电磁计量中利用交流电桥实现四端对阻抗比较测量的方法，尤其涉及提高此种电桥平衡速度而采用的实现四端对阻抗的端对定义的方法及应用。

技术介绍

[0002]交流阻抗是基本电学量，其包括电容、电阻和电感，它们的单位法拉(F)、欧姆(Ω)和亨利(H)均为国际单位制(SI)中的重要导出单位。其准确溯源涉及能源、材料、航天军工等众多领域的需求。
[0003]精确的传递阻抗量值比较测量需要准确的交流阻抗定义和交流电桥技术。传统基于端子的阻抗定义和经典交流电桥技术已无法满足阻抗量值传递精度要求。为此，研究人员提出了两端对阻抗的交流阻抗定义和二端对交流电桥测量技术，通过在二端(二线)阻抗定义的基础上引入屏蔽，引入基于端对(同轴端口)的交流阻抗定义方法。
[0004]二端对阻抗定义的缺点是测量引线仍然参与了阻抗的定义。为了消除引线影响，研究人员进一步提出了交流阻抗四端对定义，并发展出了精度更高的四端对交流电桥测量技术，使得10
‑8‑
10
‑9量级的交流阻抗量值传递成为可能，并形成一系列基于感应比例的高准确度的交流阻抗电桥，并带动了整个精密电磁测量技术的快速发展。
[0005]四端对定义的提出，完善了交流阻抗的定义。但为了实现无定向的交流阻抗四端对定义结构，交流电桥的复杂程度将大大增加，且平衡条件增多。采用此类四端对电桥进行一次测量时，需要反复多次的调节，耗时且繁琐。而且，电桥操作对测量操作人员的要求高，易造成电桥平衡误差，影响交流阻抗测量精度，也不利于此类测量仪器的推广。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种实现四端对阻抗的端对定义的方法及应用，自动实现四端对阻抗电桥的被比较阻抗的四端对定义，只需简单完成电桥主平衡，即可实现交流阻抗的精密比较测量，极大提高四端对阻抗电桥的收敛速度，实现四端对阻抗的快速比较测量。
[0007]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0008]本专利技术的第一个方面，提供了一种实现四端对阻抗的端对定义的方法，所述方法将双级跟随器的电流输出端通过同轴线与阻抗的高电流端连接，并将双级跟随器的电压输出端通过同轴线与阻抗的高电压端连接，使得阻抗的高电压端的电流为0、高电流端的芯皮电流等大反向。
[0009]本专利技术的进一步改进在于：
[0010]所述双级跟随器包括：第一跟随器F1、第二跟随器F2和第三跟随器F3；所述第一跟随器F1作为第一级跟随器，所述第二跟随器F2和第三跟随器F3组合形成第二级跟随器；
[0011]所述第一级跟随器和第二级跟随器的供电电源
±
V
cc
和
±
V
cc2
相互独立，并且第一
跟随器F1的输出端与第二级跟随器的供电电源
±
V
cc2
的中心点连接；
[0012]所述第二跟随器F2的输出端与第三跟随器F3的同相输入端连接。
[0013]本专利技术的进一步改进在于：
[0014]所述双级跟随器的输入端V
Input
分别与第一跟随器F1、第二跟随器F2的同相输入端连接，同时双级跟随器的输入端V
Input
通过输入电阻R
in
与外皮连接；
[0015]所述第三跟随器F3的输出端与双级跟随器的电流输出端I
out
连接，第二跟随器F2的反相输入端与双级跟随器的电压输出端V
out
连接；
[0016]双级跟随器的电流输出端I
out
的外皮与第一级跟随器的供电电源
±
V
cc
的中心点连接；
[0017]双级跟随器的电压输出端V
out
的外皮与输入端V
Input
的外皮连接。
[0018]本专利技术的进一步改进在于：
[0019]所述双级跟随器的电流输出端I
out
的芯线通过第一电阻R1与电压输出端V
out
的芯线连接，电流输出端I
out
的皮线通过第二电阻R2与电压输出端V
out
的皮线连接。
[0020]本专利技术的第二个方面，提供了一种实现四端对阻抗电桥快速比较测量的方法，所述方法利用上述实现四端对阻抗的端对定义的方法来实现四端对阻抗电桥快速比较测量。
[0021]本专利技术的进一步改进在于：
[0022]所述方法包括：
[0023]将第一阻抗Z1的高电流端C
H1
与第一个双级跟随器F
Z1
的电流输出端连接、第一阻抗Z1的高电压端P
H1
与第一个双级跟随器F
Z1
的电压输出端连接；第一个双级跟随器F
Z1
的输入端通过切换连接能够与比率感应分压器的任意一个比率输出抽头连接，使得电桥比率可变；将第一阻抗Z1的低电压端P
L1
与开尔文平衡的高端连接；
[0024]将第二阻抗Z2的高电流端C
H2
与第二个双级跟随器F
Z2
的电流输出端连接、第二阻抗Z2的高电压端P
H2
与第二个双级跟随器F
Z2
的电压输出端连接；将第二阻抗Z2的低电压端P
L2
与开尔文平衡的低端连接；
[0025]在第二个双级跟随器F
Z2
的输入端串联一个微差信号注入变压器后与比率感应分压器连接。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0027]本专利技术能够自动满足四端对阻抗的端对定义；本专利技术通过加入跟随器还能够使得电桥比率可变并隔离四端对阻抗电桥中的电桥负载变化的影响，加快了四端对阻抗电桥的平衡速度，实现了可变比率、准确快速的四端对交流阻抗高精度比较测量。
附图说明
[0028]图1阻抗的四端对定义的原理图；
[0029]图2现有的用跟随器满足阻抗端对定义的原理图；
[0030]图3本专利技术实现四端对阻抗的端对定义的方法的原理图；
[0031]图4现有的四端对阻抗电桥原理图；
[0032]图5本专利技术的四端对阻抗电桥原理图。
具体实施方式
[0033]下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述：
[0034]四端对阻抗端对定义的原理如图1所示，当阻抗的四个端口电压和电流满足以下条件：高电压端U
H
的电流为0、低电压端U
L
的电压和电流均为0、高电流端C
H
的电流为I
H
、低电流端C
L
的电流为I
L
，则阻抗满足四端对定义条件，且该四端对阻抗定义为：Z＝U
H
/I
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种实现四端对阻抗的端对定义的方法，其特征在于：所述方法将双级跟随器的电流输出端通过同轴线与阻抗的高电流端连接，并将双级跟随器的电压输出端通过同轴线与阻抗的高电压端连接，使得阻抗的高电压端的电流为0、高电流端的芯皮电流等大反向。2.根据权利要求1所述的实现四端对阻抗的端对定义的方法，其特征在于：所述双级跟随器包括：第一跟随器F1、第二跟随器F2和第三跟随器F3；所述第一跟随器F1作为第一级跟随器，所述第二跟随器F2和第三跟随器F3组合形成第二级跟随器；所述第一级跟随器和第二级跟随器的供电电源
±
V
cc
和
±
V
cc2
相互独立，并且第一跟随器F1的输出端与第二级跟随器的供电电源
±
V
cc2
的中心点连接；所述第二跟随器F2的输出端与第三跟随器F3的同相输入端连接。3.根据权利要求2所述的实现四端对阻抗的端对定义的方法，其特征在于：所述双级跟随器的输入端V
Input
分别与第一跟随器F1、第二跟随器F2的同相输入端连接，同时双级跟随器的输入端V
Input
通过输入电阻R
in
与外皮连接；所述第三跟随器F3的输出端与双级跟随器的电流输出端I
out
连接，第二跟随器F2的反相输入端与双级跟随器的电压输出端V
out
连接；双级跟随器的电流输出端I
out
的外皮与第一级跟随器的供电电源
±
V
cc
的中心点连接；双级跟随器的电压输出端V
out
的外皮与输入端V...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨雁，黄璐，陆青，戴冬雪，刘夏，
申请(专利权)人：中国计量科学研究院，
类型：发明
国别省市：