電阻負載係數的精密測量
發布時間:2011-01-21
中心議題:
kaolvdaozaidianzujingmilingyu,qifuzaixiaoyingsuochanshengdedianzuwenshengyibandoubuda,yincizairuofuzaixiazhiquyicixiangjiuzugoule,zhegeyicixiangjiuchengweidianzudefuzaixishu,tongchangyongη表示,即電阻的單位耗散功率所產生的電阻溫升,其數學表達式為:
η=(t-t0)/P(1)
式中t—電阻在零負載時的溫度值;T0—P負載時的溫度值。
顯然,電阻在負載為P時所產生的溫升為t-t0,在隻考慮溫度係數的一次項有
RP=R0(1+αηP)(2)
式中R0—電阻在零負載時的電阻值;
RP—P負載時的電阻值;
α—電阻溫度係數一次項。
tongchangdianzudefuzaixiaoyingheduozhongyinsuyouguan,qizhongzhuyaoyoudianzucailiaomichengshoudedianliumidu,dianzuzaimianxingzhuang,raozhiqingkuang,dianzudejiegouchicun,gujiadejiegouchicunhecailiaoyijizhouweijiezhidezhonglei(通常是空氣或變壓器油)和狀態。因此電阻負載係數的測量狀態應當和其工作狀態一致。
傳統的負載係數測量方法
按負載係數的定義式
(1)可分為直接測量溫升和間接測量溫升兩種方法,習慣上把直接法稱為測溫法,間接法稱為測阻法。
在弱負載狀態溫升不大,因此用測溫法的誤差太大,故一般不用測溫法。
測阻法式(2),當分別測出電阻在P負載下和零負載下的電阻值,即可按式(2)計算,即
η=(RP-R0)/αPR0(3)
但零負載下的電阻值是無法測量的,因此實際的負載係數是在P1和P1兩個負載下(相應的阻值為R1、R2)進行的,於是由(2)式可得
η=(RP-R0)/α(P1R2-P2R1)(4)
通(tong)常(chang)的(de)測(ce)量(liang)方(fang)法(fa)基(ji)於(yu)不(bu)等(deng)臂(bi)電(dian)橋(qiao)測(ce)量(liang)法(fa),按(an)加(jia)負(fu)載(zai)的(de)方(fang)不(bu)同(tong)又(you)有(you)直(zhi)流(liu)加(jia)載(zai)法(fa)和(he)交(jiao)流(liu)加(jia)載(zai)法(fa)兩(liang)種(zhong)。這(zhe)裏(li)隻(zhi)僅(jin)介(jie)紹(shao)不(bu)等(deng)臂(bi)單(dan)橋(qiao)說(shuo)明(ming)通(tong)常(chang)的(de)測(ce)量(liang)方(fang)法(fa)的(de)不(bu)足(zu)。

圖1不等臂單橋
如圖1所示,當改變Rx負載改變時組成電橋的其餘三個橋臂的負載也隨之而改變,因此測量結果是四個橋臂的負載效應的總體結果。為了突出Rx的負載效應所占的比重,則在參數的選擇上就滿足條件Rx》Rd,Ra》Rx。一般的取值是Rx≥(10~100)Rd,Rx≤0.01Ra。這樣Rd和Ra的負載電阻隻是Rx負載電阻的二分之一到百分之一,而Rc的電阻隻是Rx電阻的百分之一到萬分之一。盡管顯著突出了Rx的負載效應,但其餘電阻影響始終存在,這就是通常的測量方法不足之處了。
精密分壓器
在直流精密測量中,由名義值相同、結構尺寸相同和材料相同的N個電阻所組成的分壓器能準確地提供k/n的比例,其中k值在(1~n)之間選取。這種分壓器的特點是不但誤差可以自校,而且其誤差受環境變化的影響小,這是因為它們的電阻溫度係數、負載係數基本都一致的緣故。
在本文中用到的分壓器可以借用“電阻比例量具”,它是一般由10或11個名義值相同的電阻組成,每個電阻的實際值與其名義值之間的偏差小於0.01%,因此它提供的比例k/n的誤差最大值小於0.02%,在引進修正值以後,能進一步把誤差減小支1×(10-6~10-7)數量級,因此能滿足負載係數的測量要求。
在實際負載係數測量時,P1和P2相差在20倍左右即可,因此所用分壓器由3~5個電阻組成便夠了。當n=3時,允許的阻值變化為9倍;當n=5時,則為25倍。從現在有的電阻比例量具中任取3~5個電阻就組成了符合測量要求的精密分壓器。
新的負載係數測量方法
如圖2所示,圖中是本文提出的一種新的測量電阻負載係數的原理線路。它主要由直流恒流源、被測電阻Rx、精密分壓器、直流電位差計和7位半直流數字表(DVM)組成,其中分壓器1和Rx並連,其中分壓器1中的電阻1大於10Rx;分壓器2串連到電路中,其中分壓器中的電阻1小於0.1Rx。兩個分壓器各自由n個電阻組成。現取n=4扼要說明其工作原理。

圖2負載係數測量原理線路
令兩台分壓器的比例都為n/n,使恒流源的輸出電流為I1=U1/R2(設DVM測得分壓器2上的電壓為U1)在Rx中流過的電流為I1’,則功率P1=(I1’)2•Rx,用電位差計測量分壓器的輸出電壓
A=I1’Rx(5)
式中A—為電位差計的讀數。
- 傳統的負載係數測量方法
- 使用精密分壓器測量
- 采用新的負載係數測量方法
kaolvdaozaidianzujingmilingyu,qifuzaixiaoyingsuochanshengdedianzuwenshengyibandoubuda,yincizairuofuzaixiazhiquyicixiangjiuzugoule,zhegeyicixiangjiuchengweidianzudefuzaixishu,tongchangyongη表示,即電阻的單位耗散功率所產生的電阻溫升,其數學表達式為:
η=(t-t0)/P(1)
式中t—電阻在零負載時的溫度值;T0—P負載時的溫度值。
顯然,電阻在負載為P時所產生的溫升為t-t0,在隻考慮溫度係數的一次項有
RP=R0(1+αηP)(2)
式中R0—電阻在零負載時的電阻值;
RP—P負載時的電阻值;
α—電阻溫度係數一次項。
tongchangdianzudefuzaixiaoyingheduozhongyinsuyouguan,qizhongzhuyaoyoudianzucailiaomichengshoudedianliumidu,dianzuzaimianxingzhuang,raozhiqingkuang,dianzudejiegouchicun,gujiadejiegouchicunhecailiaoyijizhouweijiezhidezhonglei(通常是空氣或變壓器油)和狀態。因此電阻負載係數的測量狀態應當和其工作狀態一致。
傳統的負載係數測量方法
按負載係數的定義式
(1)可分為直接測量溫升和間接測量溫升兩種方法,習慣上把直接法稱為測溫法,間接法稱為測阻法。
在弱負載狀態溫升不大,因此用測溫法的誤差太大,故一般不用測溫法。
測阻法式(2),當分別測出電阻在P負載下和零負載下的電阻值,即可按式(2)計算,即
η=(RP-R0)/αPR0(3)
但零負載下的電阻值是無法測量的,因此實際的負載係數是在P1和P1兩個負載下(相應的阻值為R1、R2)進行的,於是由(2)式可得
η=(RP-R0)/α(P1R2-P2R1)(4)
通(tong)常(chang)的(de)測(ce)量(liang)方(fang)法(fa)基(ji)於(yu)不(bu)等(deng)臂(bi)電(dian)橋(qiao)測(ce)量(liang)法(fa),按(an)加(jia)負(fu)載(zai)的(de)方(fang)不(bu)同(tong)又(you)有(you)直(zhi)流(liu)加(jia)載(zai)法(fa)和(he)交(jiao)流(liu)加(jia)載(zai)法(fa)兩(liang)種(zhong)。這(zhe)裏(li)隻(zhi)僅(jin)介(jie)紹(shao)不(bu)等(deng)臂(bi)單(dan)橋(qiao)說(shuo)明(ming)通(tong)常(chang)的(de)測(ce)量(liang)方(fang)法(fa)的(de)不(bu)足(zu)。

圖1不等臂單橋
如圖1所示,當改變Rx負載改變時組成電橋的其餘三個橋臂的負載也隨之而改變,因此測量結果是四個橋臂的負載效應的總體結果。為了突出Rx的負載效應所占的比重,則在參數的選擇上就滿足條件Rx》Rd,Ra》Rx。一般的取值是Rx≥(10~100)Rd,Rx≤0.01Ra。這樣Rd和Ra的負載電阻隻是Rx負載電阻的二分之一到百分之一,而Rc的電阻隻是Rx電阻的百分之一到萬分之一。盡管顯著突出了Rx的負載效應,但其餘電阻影響始終存在,這就是通常的測量方法不足之處了。
精密分壓器
在直流精密測量中,由名義值相同、結構尺寸相同和材料相同的N個電阻所組成的分壓器能準確地提供k/n的比例,其中k值在(1~n)之間選取。這種分壓器的特點是不但誤差可以自校,而且其誤差受環境變化的影響小,這是因為它們的電阻溫度係數、負載係數基本都一致的緣故。
在本文中用到的分壓器可以借用“電阻比例量具”,它是一般由10或11個名義值相同的電阻組成,每個電阻的實際值與其名義值之間的偏差小於0.01%,因此它提供的比例k/n的誤差最大值小於0.02%,在引進修正值以後,能進一步把誤差減小支1×(10-6~10-7)數量級,因此能滿足負載係數的測量要求。
在實際負載係數測量時,P1和P2相差在20倍左右即可,因此所用分壓器由3~5個電阻組成便夠了。當n=3時,允許的阻值變化為9倍;當n=5時,則為25倍。從現在有的電阻比例量具中任取3~5個電阻就組成了符合測量要求的精密分壓器。
新的負載係數測量方法
如圖2所示,圖中是本文提出的一種新的測量電阻負載係數的原理線路。它主要由直流恒流源、被測電阻Rx、精密分壓器、直流電位差計和7位半直流數字表(DVM)組成,其中分壓器1和Rx並連,其中分壓器1中的電阻1大於10Rx;分壓器2串連到電路中,其中分壓器中的電阻1小於0.1Rx。兩個分壓器各自由n個電阻組成。現取n=4扼要說明其工作原理。

圖2負載係數測量原理線路
令兩台分壓器的比例都為n/n,使恒流源的輸出電流為I1=U1/R2(設DVM測得分壓器2上的電壓為U1)在Rx中流過的電流為I1’,則功率P1=(I1’)2•Rx,用電位差計測量分壓器的輸出電壓
A=I1’Rx(5)
式中A—為電位差計的讀數。
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