测试测量

专家说:直流电压和直流电流(七)

ainet.cn   2017年10月12日

  扩展电压的量值

  无论我们是用约瑟夫逊阵列、一组固态参考电压标准或者是一组饱和标准电池来作为本地的主(primary)直流电压标准,我们都需要把主标准的量值扩展到具有各种不同量值的几个工作标准上去。通常使用直流电压比率和定标(scaling)的方法,来把主标准的量值扩展到其它量值的标准(如10 V到100 V)上去。通常用工作标准来保存这些扩展的量值。

  比率技术

  固态电压标准的量值是很容易传播或扩展的。这是因为固态电压标准驱动分压器时,其输出电压不会变化。但是应当注意,导线上的IR压降会改变分压器输入端的电压。例如,福禄克公司的732B的10 V输出可以由752A分压而得到1.0 V或0.1V,或者由720A开尔文-瓦利分压器以10V的分辨率分成其它的数值。见图7-17和图7-18。

 

  此外,752A还可以把1 000 V和100 V分成10 V。这时,可以用732B的10 V输出和752A的输出对顶。当对顶平衡以后,732B的输出就扩展到100V和1 000 V。使用福禄克公司的720A能够以更好的不确定度进行类似的比例分压。

  我们还可以用外部的分压器把电压分到标准电池的电平。但是,必须小心从事,避免把电池损坏。

  工作标准

  可以使用像福禄克公司的732A或732B这样的固态参考电压标准作为二级标准,把固定的直流电压电平从本地一级电压标准传播到工作标准(如校准器)上去。可以很容易地把固态参考标准从一级实验室运送到工作标准的所在地。

  工作标准可以是多功能校准器,如福禄克公司的5700A和5100B。

  直流电流

  虽然安培是国际单位制中的电学单位,但是国家实验室并不保存电流的国家标准。相反,电流的数值是根据在可溯源的电阻器两端的可溯源的电压降在本地导出的。流过电阻器的电流由欧姆定律按下式决定:I=E/R

  式中:

  I——以安培为单位的电流强度

  E——以伏特为单位的电动势

  R——以欧姆为单位的电阻

  连接电路时的考虑

  用来连接各种标准的电缆和连接器应当具有很低的串联电阻,同时,其接触电阻应当很低,在连接处的热电动势也应当很低。电缆的绝缘电阻应当非常高,以减少泄漏电流及其它与介电有关的误差。

  直流探奥

  这里给出一些信息作为本章的历史和技术的背景知识。

  知识饱和及不饱和惠斯登电池

  不饱和惠斯登电池和饱和惠斯登电池实际上是一样的。其唯一的区别是,不饱和电池不含硫酸镉晶体,所以其电解液在低达4℃的温度下是不饱和的。和饱和电池相比,不饱和电池的电压大约高0.05%,并且稳定性也差得多,但是具有较好的温度系数。

  在福禄克公司早期的几个差分电压表(800、801、803型)中,使用不饱和标准电池来作电压参考基准。在福禄克公司早期的斩波稳定输出的301C和301E型校准器中也用它作参考基准。

  标准电池的历史

  早期的电学实验使人们认识到需要一种可以再现的(reproducible)电压标准。进而着手开发一种实物(artifact)标准。在当时,具有化学生成的电动势的伏打(voltaic)电池是最实际的方法。人们曾经试验过由铜和锌电极以及硫酸铜和硫酸锌电解液组成的丹尼尔(Daniel)电池,但是发现不够稳定,而且寿命很短。1872年,拉提莫∙克拉克(Latimer Clark)发明了一种稳定得多的电池。这种电池具有汞和锌汞齐的电极、硫酸锌的饱和溶液,密封在玻璃外壳内以避免电解液的蒸发。虽然克拉克电池的稳定性和再现性都比丹尼尔电池好得多,但是其温度系数较高。

  1892年惠斯登制造了镉电池,进一步提高了电池的再生性和稳定性。今天,过了100多年之后,这种电池仍然广泛地用作一级标准来表示伏特。

  NBS保存伏特的方法

  1906年NBS将12个饱和惠斯登镉电池投入使用,直到1910年5月之前,一直用它们来表示伏特的赋值。赋给这些电池的电动势的数值,是根据与NBS在1906年以前制造的一些克拉克电池进行比较而确定的。克拉克电池的电动势则是由1894年通过的法律确定的。

  到1910年5月,通过银电解式电量计(silver voltammeter)和汞柱的实验确定了国际安培和国际欧姆的数值。这时发现,由惠斯登电池保存的NBS的伏特比国际伏特低852μV。所以,1911年1月1日,NBS按这个差值的大小修改了它的惠斯登电池的数值。

  此后61年来,伏特一直是由一组饱和标准电池来保存的。这期间,由于电动势随着时间变得不稳定,电池组中时常有某些个别的电池被替换下来。由于这种不稳定性,1933、1937、1944年都对电池组电压的平均值进行了修改。从1972年7月1日开始,NBS(现在的NIST)已经使用交流约瑟夫逊效应来保存伏特的国家表示。

  电压标准的比较

  表7-2根据在溯源性链中的地位,按照一级标准、二级标准或工作标准的下降次序,列出并简要地介绍了几种直流电压标准。

(转载)

标签:福禄克 直流电压 直流电流 我要反馈 
泰科电子ECK、ECP系列高压直流接触器白皮书下载
亿万克
专题报道