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LCR電橋校準規程（4）

發布時間：2012-12-06瀏覽次數：2325返回列表

六校準周期

34 直流電橋的校準周期一般為一年。

附 錄 1

直流電橋工作原理

1 單電橋

單電橋的原理線路如圖1所示，通過調節測量盤R，使指零儀指零，B、D兩點電位相等，電橋達到平衡，則R₁、R_x上的電壓分別等于R₂、R上的電壓。

I₁R₁＝I₂R₂ (1)

I₁R_x＝I₂R (2)

兩式相除

(3)

圖1 單電橋原理圖

從式(3)可知，已知R₁、R₂和R就可求得未知電阻R_x。

對式(3)作對數并進行微分運算，可求得以下公式：

ξ_Rx＝ξ_R₁＋ξ_R－ξ_R₂

式中 ξ_Rx、ξ_R₁、ξ_R、ξ_R₂——分別為R_x、R₁、R、R₂的相對誤差。

顯然被測電阻的相對誤差取決于R₁、R₂、R的相對誤差，并且與線路中的熱電勢、緣電阻、指零儀靈敏度等因素有關。其中有些電橋的指零儀、電源是內附的，有的是外配的。

圖1中A、B、C、D四點稱為橋頂(有時亦稱節點)，R₁、R₂稱為量程變換器，R稱為測量盤。

2 雙電橋

圖2 雙電橋原理線路圖

由于單電橋中引線電阻是直接和被測電阻相串聯的，所以當被測電阻較小時，會產生較大的誤差。如果將被測電阻做成四端鈕結構，如圖2所示的雙電橋線路，則被測電阻的電流引線、電位引線分別接入電流回路和較高的電阻值橋臂中去，從而減小引線電阻對被測電阻的影響。如調節測量盤R₁(R₁′)，使電橋達到平衡，則將三角形DEF化成等值星形DEF，根據單電橋原理可得：



R₁(R_S＋R_β)＝R₂(R_x＋R_α)

代入并簡化：

(4)

由(4)可知，為了使公式簡化并減少測量誤差，在結構上組成R₁＝R₁，R₂＝R₂′，并盡量減小跨線電阻R_p，略去第二項得

 (5)

由(5)可知，若已知R_s、R₁、R₂，即可求得R_x。對式(4)作微分運算，并取相對值可得：

ξ_R_x＝ξ_Rs＋［(1＋K)ξ_R₁－Kξ_R₁′］－［(1＋K)ξ_R₂－Kξ_R₂′］

式中

顯然與單電橋一樣，被測電阻的誤差取決于各電阻元件的誤差、線路熱電勢、緣電阻等因素。

圖2中R₁，R₂為外臂，R₁′，R₂′為內臂。

附 錄 2

用電位差計法測量電阻圖

1 電位差計測量電阻原理圖

用電位差計法測量電阻可按圖1所示的線路連接，圖中以P₁表示電流回路換向開關； P₂表示測量電壓轉換開關；R_x表示被測電阻。該方法是用電位差計測量被測電阻(R_x)和標準電阻(R_s)上的電壓降u_x和u_s，并計算其值。當標準電阻值與電壓降之比皆為已知，則被測電阻值可按下式進行計算：

(1)

圖1

此法的特點是：連接被測電阻與電位差計之間的導線電阻和接觸電阻不會引起測量誤差，測量電阻的范圍寬，測量電阻的準確度也比較高。如用低電勢電位差計來進行測量，測量裝置的指零儀靈敏度也較高。

為了獲得較高的電阻測量準確度，還應注意以下幾點：

a.用電位差計測量電阻時，由標準器引入的系統誤差為：’

ξ_R_x＝ξ_R_s＋ξu_x－ξu_s (2)

式中 ξ_R_x、ξ_R_s——R_x、R_s的相對誤差；

 ξ_u_x、ξ_u_s——電位差計測量u_x、u_s的相對誤差。

如果比較同標稱值電阻，通過的工作電流保持恒定，使u_x、u_s的前三位數字不變，則可達到較高的測量準確度，因為此時ξ_u_x≈ξ_u_s，那么ξ_R_x≈ξ_R_s即電位差計的測量誤差幾乎不影響測量結果。

如果被檢電橋的單個電阻標稱值為1、2、3…示值，或測量盤無電位插孔(觸頭)，則測量時可利用過渡電阻箱作為標準(R_s)進行元件，過渡電阻箱電位端鈕間能得到與被測電阻相同的標稱值，其余與上述相同。如果沒有過渡電阻箱，仍用標準電阻作標準，則要求U_x的示值也為1、2、3倍于u_s，由于ξ_u_x≠ξu_s，則電位差計的示值誤差就要引入若用方和根法合成，得應要求不超過被測電阻允許測量誤差。

b.E₁、E₂兩個回路電流要保持足夠的相對穩定。

c.為減小測量回路熱電勢的影響，在電壓回路內應選擇熱電勢較小的開關，并用同軸單股銅導線架空連接以及避免多余的接頭和動觸點。

當R_x和R_s為同標稱值時，用電位差計測量電阻，可以采用完全平衡法或不完全平衡法。上面式(1)是完全平衡法公式，下面的式(3)是不完全平衡法公式。

R_x＝R_s＋C_R(α_x－α_s) (3)

式中 ——電阻常數；

α_x、α_s——開關P₂分別轉向R_x、R_s時指零儀上讀出的偏轉格數；

α₁、α₂——求電阻常數時，分別在電位差計上示值為u₁、u₂時指零儀上讀得的偏轉格數；

u₁、u₂——電位差計示值。

另外說明一下，用電位差計法測量電阻時，電位差計工作電流標準化要求不高。

附 錄 3

用電橋法測量電阻

1 用單電橋測量電阻元件時可按圖1的線路連接。圖中M_x表示被檢電橋，M_s表示標準電橋。

圖1 單電橋測量電阻接線圖

對于不能按單個電阻元件測量的電橋，可用置換法測量電阻，見附錄4。

2 用雙電橋測量電阻元件，可按圖2線路連接。

電阻R_p的測量方法如下，將橋臂R₁切斷，則雙電橋轉化成一個單電橋，R_p和R_x共處于一個橋臂，重新平衡電橋R₁得R₍₁₎，則R_p為

式中 R_s——已知固定標準電阻。

圖2 雙電橋測量電阻接線圖

附 錄 4

用置換法測量電阻

在對電橋測量盤按元件，而被測量盤的結構上不允許按單個元件測量(無法獲得每個電阻元件電位觸頭)的情況下，可用與被測電阻同標稱值的標準電阻以及兩用電橋置換法進行。當然也可用比較電橋、直讀電橋等其它方法進行。

下面的公式推導將會看出，采用置換法進行實質上就是被測電阻元件通過電橋與標準電阻進行比較，它的測量準確度主要取決于標準電阻。而且在測量結果中不包括連接導線電阻與被測量盤的殘余電阻。

當被檢電橋測量盤單個電阻大于100Ω時，可用單電橋進行測量，如圖1。

圖1 單電橋置換法測量電阻

圖中 R_s——標準電阻，其兩根電位端導線電阻應盡量相等；

M_x——被檢電橋測量盤，圖中僅畫出一個；

r——連接導線電阻；

K——開關，接解電阻要小；

R_s′——標稱值與R_s相同的輔助電阻。

此外，R₀為被檢電橋測量盤的殘余電阻(圖中未畫出)。

步驟

1.開關K倒向1，被檢測量盤示值置零；

2.用電橋測量得R_x0；

R_x₀＝R_s＋r＋R₀ (1)

3.開關K倒向2，被檢電橋測量盤示值置1；

4.再次平衡電橋，測得R_x1

R_x₁＝R₍₁₎＋r＋R₀ (2)

(1)－(2)移項得：

R₍₁₎＝R_s＋R_x1－R_x0

令 ΔR＝R_x₁－R_x₂

則 R₍₁₎＝R_s＋ΔR

式中 R₍₁₎——被檢測量盤的只電阻實際值。

根據同樣的方法可檢得被檢測量盤第二至第十只電阻實際值，然后將R₍₁₎、R₍₂₎…R_(n0)相加，即為被檢測量盤各輸出點電阻累計實際值。

對于電阻值≤100Ω的測量盤，可用雙電橋置換法進行，其測量原理和步驟與單電橋相同，見圖2。

圖2 雙電橋置換法測量電阻圖

M_x—被檢測量盤； R—標準電阻； M′—輔助電阻箱_x_s

附 錄 5

半整體及按元件電橋的整體核對方法

由于半整體及按元件的電橋與實際使用情況不相符合，這時必須對電橋進行整體核對，整體核對的方法如下。

在被檢電橋總有效量程的電阻測量上、下限，選用比較檢電橋高二個以上的準確度等級的標準電阻，接入被檢電橋測量端進行測量，測得的數據引入電橋的相應修正值，然后將引入修正后的測量數據與標準電阻實際值相比較，它們之間的相對差值不應超過(a／2)％。



式中 R_s′——在被檢電橋上測得標準電阻的數據(注意必須引入被檢電橋相應各橋臂的修

正值)；

R_s——標準電阻實際值，一般為標準電阻證書值(注意測量時溫度影響的修正)。

若上式＞(a／2)％，則必須找出原因后重檢。

校準結果

一全檢量程
測量盤（Ω）
盤序數		Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	Ⅳ	Ⅴ	Ⅵ
實際值 ⌒ 或修正值︶	1
	2
	3
	4
	5
	6
	7
	8
	9
	10

二其它量程相對于全檢量程的量程系數比

標準值
實際值
溫度(℃)相對濕度(%)

注 1.上述數據的總不確定度(2σ)為允許基本誤差的1／3。

2.下次送檢時必須帶此證書(或通知書)。

按元件封里格式

結果

一量程變換器電阻(Ω)
標稱值
實際值R₁
實際值R₂

二測量盤電阻(Ω)

盤序數		Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	Ⅳ	Ⅴ	Ⅵ	Ⅶ
外臂	1
	2
	3
	4
	5
	6
	7
	8
	9
	10
內臂	1
	2
	3
	4
	5
	6
	7
	8
	9
	10
測量盤殘余電阻：外臂 Ω；內臂 Ω；溫度 ℃；相對濕度 %

注 1.上述數據的總不確定度(2σ)為允許誤差的1／3。

2.下次送檢時必須帶此證書(或通知書)。

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LCR電橋校準規程（4）