电子测量技术基础论文

1 滨江学院 课程论文 题 目 电子测量技术基础

专 业 电子信息工程 班 级 09电信3班 学生姓名 曹广成 学 号 ***********

二Ｏ一二 年 12月 15 日 2

目录 摘要 .................................................................................................................................................. 3 一. 高值电阻准确测量方法（改进惠普顿电桥法） .................................................................... 3 1.1惠普顿电桥的结构图 ......................................................................................................... 3 1.2惠普顿电桥的工作原理 ..................................................................................................... 3 1.3高值电阻的计算 ................................................................................................................. 4

二. 高值标准电阻器电压系数的测量 ............................................................................................ 5 2.1高值电阻器的定义 ............................................................................................................. 5 2.2使用6517A确定电压系数 ................................................................................................ 6 2.3 6517A静电计 ............................................................................................................... 6 2.4使用6517A进行电压系数测量 ........................................................................................ 7

三.高值电阻器电压系数的校准方法及意义 .................................................................................. 7 3.1电压系数 ............................................................................................................................. 8 3.2电压系数的校准 ................................................................................................................. 8 3.3获得准确电压系数意义 ..................................................................................................... 8

四.小结.............................................................................................................................................. 9 五.参考文献 ...................................................................................................................................... 9 3

摘要 通常阻值大于10^5Ω的电阻称为高值电阻。在物理学研究和工业生产中广泛应用着各类高值电阻，需要对其测量，高值电阻常应用于分压器， X射线设备，低信号检测电路，放大电路，测试设备，高压电路等电路中，用于电路中一般起分压或者放电作用，普通电路中相当于绝缘。然而高值电阻在电路中的作用至关重要，例如：电力设备的绝缘高值电阻高起着绝缘作用，绝缘电阻下降，表示其绝缘已经受潮或发生老化和劣化，所以测量绝缘电阻可以及时发现电力设备绝缘是否存在整体受潮，整体劣化和贯通性缺陷。要想得到高值电阻的准确测量结果，提高电阻的精度，减少误差，下面给出惠普顿改进电桥测量方法，同样，提高电阻的精度，也会提高电压系数的准确度。

一. 高值电阻准确测量方法（改进惠普顿电桥法）

1.1惠普顿电桥的结构图 如图：其中R1为电阻箱，R2、RN为已知电阻，RX为待测电阻，中间G为检流计。

1.2惠普顿电桥的工作原理 工作原理：通过中间的检流计检测a、b两端的电流，入如果a、b两端的电流为0，则电桥平衡。这时可通过式（1），（2）求出待测电阻的阻值。 4

测量时，根据待测电阻的大致范围选择合适的比例臂RN/R2，在适当调节R1，使电桥平衡，即检流计G指针指向0，便可通过上面2个公式计算出待测电阻，由于RX的阻值太大，这样势必 会导致电流几乎无法从RX两端流过，RX两端断路。所以要用此方法测量高值电阻，关键在于如何产生标准的高值电阻。 用3只已知阻值的标准电阻（<=1MΩ），组成Y型网络，利用Y-△变换，形成一个含有等效高值电阻的△形网络，Y-△变换如图所示：

图：3Y-△变换

从Y-△变换公式可以看出，利用阻值不超过1MΩ的3个标准电阻可形成高达10^10Ω以上的等效标准高值电阻，若取R3为10Ω，R4和R5均为1MΩ，则Rbc的数量级可达10^11Ω。

1.3高值电阻的计算 将惠普顿电桥与Y-△变换相结合，则惠普顿电桥可改进为一种桥臂上有等效高值电阻的电桥，如图： 5

图：等效高值电阻电桥 测出b和d两端的电压差，然后通过电压差的大小用计算出待测电阻的阻值。电压差与待测电阻的转换公式如下：

即可求出待测电阻。 二. 高值标准电阻器电压系数的测量

2.1高值电阻器的定义 当施加的电压变化时，非常高值电阻器的阻值可能会发生很大的变化。这种现象称为电阻器的电压系数。电压系数就是每单位电压变化所引起的电阻值的百分变化量，并定义为：

另外，电压系数也可以用ppm为单位来表示如下： 6

其中：R1 = 施加第一个电压（V1）时计算出的电阻值。 R2 = 施加第二个电压（V2）时计算出的电阻值。 V2 >V1 一个10GΩ电阻器电压系数的典型值大约为-0.008%/V 或者- 80ppm/V。所以，如果一个测量电路需要使用高阻值电阻器的话，在进行误差分析的时候，除了考虑所有其它的时间和温度等误差因素之外，还必须考虑由电阻器电压系数所引起的误差。

2.2使用6517A确定电压系数 测量高电阻的电压系数需要输出电压并测量小电流。这时需要使用诸如6517A这样的静电计来进行此项测量工作。6517A具有内置的测试程序来决定电压系数。该测试在两个不同的电压之下进行电阻测量，然后计算出电压系数。电压系数显示为每伏的电阻值百分比变化量。

2.3 6517A静电计 如图： 7

2.4使用6517A进行电压系数测量 下图4-34 是使用6517A进行电压系数测量的典型配置。为了尽量降低噪声和泄漏电阻的影响，应当将电阻器放在一个屏蔽、保护的测试夹具中。将测试夹具的屏蔽端连到静电计的LO端，再将静电计的LO 端连到源的LO端。将静电计的HI端连到电阻器的一端，将电压源的HI端连到电阻器的另一端。

首先在测试电压V1之下测量电阻器，得到R1。接着在测试电压V2之下（V2大于 V1）测量电阻器，得到R2。接着利用概述中给出的公式计算电压系数KRV。

三.高值电阻器电压系数的校准方法及意义 在高值标准电阻器的校准过程中，测量准确度会受到各种因素的影响。除了导线泄露电阻及其他泄露电阻、并联电容、读书稳定时间、温度系数、机械振动等因素外，其中一个比较重要的影响量就是电阻器的电压系数。 我们知道，电阻器在制造过程中由于成分以及颗粒分布不均匀、不紧密等原因，当施加不同的电压时，颗粒分布和紧密度会发送变化，从而引起电阻器阻值发生变化，尤其是对于 8

高值电阻器，这个变化尤为明显，这种现象称为电阻的电压系数。 3.1电压系数 电压系数常定义为：

R1-电压为V1时电阻器的电阻值；R2-电压为V2时电阻器的电阻值。 当K>0;称此时电阻器的电压系数为正电压系数，电阻器阻值会随电压升高而变大； 当K<0;称此时电阻器的电压系数为负电压系数，电阻器阻值会随电压升高而变小；

3.2电压系数的校准 校准如下： 在规定条件下：(1)对电阻器施加参比电压V0，测量此电压下的电阻值R0； (2)对电阻器施加另一电压Vx(Vx

(3)计算KRV:若要得到更准确的KRV,取得较平滑的曲线，可以在0~V0的范围内将V0均匀分成n个电压间隔，即进行n组同样的操作得到n个KRV，依据所得数据可以得到较平滑的KRV-V曲线，便于直观了解和准确使用KRV。也可以采用统计的方法，按下式计算KRV的平均值。

综上所述，我们在高值标准器的校准和使用过程中，必须注意电压系数的影响。只有这样高值电阻器的电阻值校准结果才有意义，若有需要还可以对电压系数KRV进行校准；使用时，也应注意使用电压，若不是参比电压的允差范围内，则要根据参比电压下的电阻值R0和已获得的电压系数KRV进行相应电压下的电阻值换算。