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LCR電橋校準(zhǔn)規(guī)程(4)

發(fā)布時間:2012-12-06瀏覽次數(shù):2284返回列表

      準(zhǔn)     
34   直流電橋的校準(zhǔn)周期一般為一年。
      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(diào)節(jié)測量盤R,使指零儀指零,B、D兩點(diǎn)電位相等,電橋達(dá)到平衡,則R1、Rx上的電壓分別等于R2、R上的電壓。
I1R1I2R2                                                                                  (1)
I1RxI2R                                                                                  (2)
兩式相除
                                                                                 (3)
圖1   單電橋原理圖
       從式(3)可知,已知R1R2R就可求得未知電阻Rx。
       對式(3)作對數(shù)并進(jìn)行微分運(yùn)算,可求得以下公式:
ξRx=ξR1+ξR-ξR2
式中   ξRx、ξR1、ξR、ξR2——分別為Rx、R1、R、R2的相對誤差。
       顯然被測電阻的相對誤差取決于R1、R2R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(guān)。其中有些電橋的指零儀、電源是內(nèi)附的,有的是外配的。
       圖1中A、B、C、D四點(diǎn)稱為橋頂(有時亦稱節(jié)點(diǎn)),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(lián)的,所以當(dāng)被測電阻較小時,會產(chǎn)生較大的誤差。如果將被測電阻做成四端鈕結(jié)構(gòu),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(diào)節(jié)測量盤R1(R1′),使電橋達(dá)到平衡,則將三角形DEF化成等值星形DEF,根據(jù)單電橋原理可得:

R1(RSRβ)=R2(RxRα)
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(jié)構(gòu)上組成R1R1R2R2′,并盡量減小跨線電阻Rp,略去第二項得
                                                                                 (5)
由(5)可知,若已知Rs、R1、R2,即可求得Rx。對式(4)作微分運(yùn)算,并取相對值可得:
ξRx=ξRs+[(1+KR1KξR1′]-[(1+KR2KξR2′]
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R1R2為外臂,R1′,R2′為內(nèi)臂。
      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(guān); P2表示測量電壓轉(zhuǎn)換開關(guān);Rx表示被測電阻。該方法是用電位差計測量被測電阻(Rx)和標(biāo)準(zhǔn)電阻(Rs)上的電壓降uxus,并計算其值。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)電阻值與電壓降之比皆為已知,則被測電阻值可按下式進(jìn)行計算:
                                                                                  (1)
圖1
       此法的特點(diǎn)是:連接被測電阻與電位差計之間的導(dǎo)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(zhǔn)確度也比較高。如用低電勢電位差計來進(jìn)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(zhǔn)確度,還應(yīng)注意以下幾點(diǎn):
a.用電位差計測量電阻時,由標(biāo)準(zhǔn)器引入的系統(tǒng)誤差為:’
ξRx=ξRs+ξux-ξus                                                                 (2)
式中   ξRx、ξRs——RxRs的相對誤差;
           ξux、ξus——電位差計測量uxus的相對誤差。
       如果比較同標(biāo)稱值電阻,通過的工作電流保持恒定,使ux、us的前三位數(shù)字不變,則可達(dá)到較高的測量準(zhǔn)確度,因?yàn)榇藭rξux≈ξus,那么ξRx≈ξRs即電位差計的測量誤差幾乎不影響測量結(jié)果。
       如果被檢電橋的單個電阻標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)(Rs)進(jìn)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(biāo)稱值,其余與上述相同。如果沒有過渡電阻箱,仍用標(biāo)準(zhǔn)電阻作標(biāo)準(zhǔn),則要求Ux的示值也為1、2、3倍于us,由于ξux≠ξus,則電位差計的示值誤差就要引入若用方和根法合成,得應(yīng)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(wěn)定。
       c.為減小測量回路熱電勢的影響,在電壓回路內(nèi)應(yīng)選擇熱電勢較小的開關(guān),并用同軸單股銅導(dǎo)線架空連接以及避免多余的接頭和動觸點(diǎn)。
當(dāng)RxRs為同標(biāo)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。
RxRsCR(αxαs)                                                                         (3)
式中   ——電阻常數(shù);
                       αx、αs——開關(guān)P2分別轉(zhuǎn)向RxRs時指零儀上讀出的偏轉(zhuǎn)格數(shù);
                       α1α2——求電阻常數(shù)時,分別在電位差計上示值為u1、u2時指零儀上讀得的偏轉(zhuǎn)格數(shù);
                         u1u2——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(biāo)準(zhǔn)化要求不高。
 
 
      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Mx表示被檢電橋,Ms表示標(biāo)準(zhǔn)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Rp的測量方法如下,將橋臂R1切斷,則雙電橋轉(zhuǎn)化成一個單電橋,RpRx共處于一個橋臂,重新平衡電橋R1R(1),則Rp
式中   Rs——已知固定標(biāo)準(zhǔn)電阻。
圖2   雙電橋測量電阻接線圖
 
      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(jié)構(gòu)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(biāo)稱值的標(biāo)準(zhǔn)電阻以及兩用電橋置換法進(jìn)行。當(dāng)然也可用比較電橋、直讀電橋等其它方法進(jìn)行。
       下面的公式推導(dǎo)將會看出,采用置換法進(jìn)行實(shí)質(zhì)上就是被測電阻元件通過電橋與標(biāo)準(zhǔn)電阻進(jìn)行比較,它的測量準(zhǔn)確度主要取決于標(biāo)準(zhǔn)電阻。而且在測量結(jié)果中不包括連接導(dǎo)線電阻與被測量盤的殘余電阻。
       當(dāng)被檢電橋測量盤單個電阻大于100Ω時,可用單電橋進(jìn)行測量,如圖1。
圖1   單電橋置換法測量電阻
圖中     Rs——標(biāo)準(zhǔn)電阻,其兩根電位端導(dǎo)線電阻應(yīng)盡量相等;
Mx——被檢電橋測量盤,圖中僅畫出一個;
r——連接導(dǎo)線電阻;
K——開關(guān),接解電阻要??;
Rs′——標(biāo)稱值與Rs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(guān)K倒向1,被檢測量盤示值置零;
       2.用電橋測量得Rx0;
Rx0RsrR0                                                                             (1)
       3.開關(guān)K倒向2,被檢電橋測量盤示值置1;
       4.再次平衡電橋,測得Rx1
Rx1R(1)rR0                                                                           (2)
(1)-(2)移項得:
R(1)RsRx1Rx0
                                                                         ΔRRx1Rx2
                                                                    R(1)RsΔR
式中   R(1)——被檢測量盤的只電阻實(shí)際值。
       根據(jù)同樣的方法可檢得被檢測量盤第二至第十只電阻實(shí)際值,然后將R(1)、R(2)R(n0)相加,即為被檢測量盤各輸出點(diǎn)電阻累計實(shí)際值。
       對于電阻值≤100Ω的測量盤,可用雙電橋置換法進(jìn)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
Mx—被檢測量盤; R—標(biāo)準(zhǔn)電阻; M′—輔助電阻箱xs
      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(shí)際使用情況不相符合,這時必須對電橋進(jìn)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(zhǔn)確度等級的標(biāo)準(zhǔn)電阻,接入被檢電橋測量端進(jìn)行測量,測得的數(shù)據(jù)引入電橋的相應(yīng)修正值,然后將引入修正后的測量數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)電阻實(shí)際值相比較,它們之間的相對差值不應(yīng)超過(a/2)%。

式中   Rs′——在被檢電橋上測得標(biāo)準(zhǔn)電阻的數(shù)據(jù)(注意必須引入被檢電橋相應(yīng)各橋臂的修
正值);
Rs——標(biāo)準(zhǔn)電阻實(shí)際值,一般為標(biāo)準(zhǔn)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。
 
 
   準(zhǔn)   結(jié)  
一 全檢量程
測量盤(Ω)
盤序數(shù)
實(shí)
1
           
2
           
3
           
4
           
5
           
6
           
7
           
8
           
9
           
10
           
  其它量程相對于全檢量程的量程系數(shù)比
標(biāo)準(zhǔn)值
           
實(shí)際值
           
溫度(℃)相對濕度(%)
   1.上述數(shù)據(jù)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(jié)果
 
   量程變換器電阻(Ω)
標(biāo)稱值
             
實(shí)際值R1
             
實(shí)際值R2
             
 
   測量盤電阻(Ω)
盤序數(shù)
1
             
2
             
3
             
4
             
5
             
6
             
7
             
8
             
9
             
10
             
內(nèi)
1
             
2
             
3
             
4
             
5
             
6
             
7
             
8
             
9
             
10
             
測量盤殘余電阻:外臂     Ω;   內(nèi)臂     Ω;   溫度        ℃;相對濕度        %
   1.上述數(shù)據(jù)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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