扩展电阻的量值
我们用比率技术把1Ω或10 kΩ的一级标准的电阻量值扩展到工作标准的其它阻值。经常使用的两种比率技术是电位差计法和电桥法。本章对这两种方法进行简要的说明,还将介绍工作标准。
比率技术
图8—8说明使用比率技术把标准电阻器的阻值扩展到其它阻值的方法。把标准电阻器Rstd和另一个电阻器Rmeas相串联,给这两个电阻器加以一个直流电压或电流。测量两个电阻器相应的电压降Vstd和Vmeas,然后用二者之比乘以Rstd以求得Rmeas。其公式如下:

对于10 kΩ及其以下的电阻器,使用恒流源来进行测量。对于更高阻值的电阻器,使用恒压源来进行测量。(有关这种方法的更详细的信息,请参见一种比较1Ω到几kΩ的电阻标准的自动化系统,和计算机时代的惠斯登电桥。此两篇文章可以从福禄克公司得到)。

电位差计法
在使用这种方法时,加在这两个电阻器上的电压必须是准确的、稳定的。这两个电阻器上的电压降的数值也必须准确地测出。
电桥法
电桥法也使用比例电压降的原理。但是把Rstd和Rmeas上的电压降和另外两个已知比率的串联电阻器上的电压降进行比较。使用这种方法时,所加的电压既不需要十分准确,也不需要十分稳定。使用一个检零计来对电桥两臂上的电压降进行差动测量。
工作标准
电阻的工作标准可以有各种不同的结构,范围十分广泛。其中有一级标准实验室用作传递标准的,单值的NBS型的标准电阻器,也有自动测试系统中用来校准欧姆表的,可程控的、多值的成套电阻器(如福禄克公司的5450A或5700A)。
像福禄克公司的742A这样的工作标准电阻器,是为了在普通的实验室条件下,在空气中使用而设计的。与用较高温度系数的锰铜丝制造的托马斯1 Ω标准电阻器不同,这种工作标准电阻器的电阻元件常常是由埃弗诺姆镍铬合金制造的。这种合金具有一些很好的性质:除了具有在室温条件下比较低、比较线性的电阻温度系数之外,还具有比较高的电阻率、较低的对铜的热电动势,以及很高的抗拉强度。高抗拉强度对于把合金材料拉成细丝,以便制造高阻值电阻器是很重要的。由于埃弗诺姆镍铬合金的温度系数曲线,在通过零温度系数区时大致是线性的,所以就可以对电阻丝进行处理以得到正、负两种温度系数的电阻器。这样就可能对电阻进行分组选配,以得到总温度系数接近于零的成套电阻器。
现有的商品标准电阻包括ESI SR 104电阻和供校准实验室使用的各种不同结构的成套电阻器,如成套十进电阻器和等值成套分压器等。大多数标准实验室都保存一套电阻标准,在1Ω直到100 MΩ数值范围内,每个十进阻值都有一个或多个电阻器。很多实验室还保存从1.9Ω到19 MΩ的十进阻值电阻器,以方便多功能校准器的校准工作。如果实验室需要校准大电流分流器,那么还可能需要保存1 mΩ、10 mΩ、100 mΩ的低阻值电阻标准。
福禄克公司的742A
福禄克公司的742A是覆盖1Ω到10 MΩ阻值范围的一系列十进阻值的标准电阻器。此外还有1.9Ω到19 MΩ的标准电阻器。见图8-9。

使用比率技术可以对这些阻值进行扩展。
742A电阻器是使用钴和铝改性的镍/铬合金丝(MOL3丝)绕制而成的。电阻器密封在干燥的氮气环境中以提高其稳定性。其电阻的阻值通常由多个电阻器并联而成。使用电阻标称值相同,但具有相等、相反温度系数的成对的电阻器来达到低的温度系数。根据电阻值的不同,使用多个电阻器,并使用低阻值的线绕电阻器进行微调来得到742A最后的阻值。这种电阻标准设计在(23±5)℃的空气环境下使用,不需要浸在油槽中。有了这种标准,计量工作人员能够把准确的电阻标准带到生产现场。

福禄克公司的DMM校准标准
为了校准高准确度DMM的电阻量程,福禄克公司的5700A多功能校准器中备有电阻工作标准。
电阻工作标准的各种阻值通过5700A内部的矩阵开关加到DMM的输入端。图8—10所示的福禄克公司的5450A是一种专用的电阻校准器,能够给出一套比5700A更加准确的、已知的、可以开关切换的电阻器。
为了把5450A当作可程控的二级电阻标准使用,一些计量学家已经使用统计技术来减少5450A的不确定度。
连接电路时要考虑的问题
进行电阻测量时使用的电缆和测试线,在其连接处应当具有很低的热电动势和很低的接触电阻。测量高阻值的电阻时应当使用绝缘电阻非常高的电缆。另外,高阻值的电阻和用来进行连接的电缆都应当用连续的、接地的法拉第屏蔽包围起来,以避免“拾取噪声(noise pickup)”。
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