LCR電橋校準(zhǔn)規(guī)程（4）

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六校 準(zhǔn) 周期

34 直流電橋的校準(zhǔn)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(guò)調(diào)節(jié)測(cè)量盤(pán)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、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(duì)式(3)作對(duì)數(shù)并進(jìn)行微分運(yùn)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(duì)誤差。

顯然被測(cè)電阻的相對(duì)誤差取決于R₁、R₂、R的相對(duì)誤差，并且與線路中的熱電勢(shì)、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(shí)亦稱節(jié)點(diǎn))，R₁、R₂稱為量程變換器，R稱為測(cè)量盤(pán)。

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(cè)電阻相串聯(lián)的，所以當(dāng)被測(cè)電阻較小時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。如果將被測(cè)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(cè)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(duì)被測(cè)電阻的影響。如調(diào)節(jié)測(cè)量盤(pán)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(R_S＋R_β)＝R₂(R_x＋R_α)

代入并簡(jiǎn)化：

(4)

由(4)可知，為了使公式簡(jiǎn)化并減少測(cè)量誤差，在結(jié)構(gòu)上組成R₁＝R₁，R₂＝R₂′，并盡量減小跨線電阻R_p，略去第二項(xiàng)得

 (5)

由(5)可知，若已知R_s、R₁、R₂，即可求得R_x。對(duì)式(4)作微分運(yùn)算，并取相對(duì)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(cè)電阻的誤差取決于各電阻元件的誤差、線路熱電勢(shì)、緣電阻等因素。

圖2中R₁，R₂為外臂，R₁′，R₂′為內(nèi)臂。

附 錄 2

用電位差計(jì)法測(cè)量電阻圖

1 電位差計(jì)測(cè)量電阻原理圖

用電位差計(jì)法測(cè)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(kāi)關(guān)； P₂表示測(cè)量電壓轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)；R_x表示被測(cè)電阻。該方法是用電位差計(jì)測(cè)量被測(cè)電阻(R_x)和標(biāo)準(zhǔn)電阻(R_s)上的電壓降u_x和u_s，并計(jì)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(cè)電阻值可按下式進(jìn)行計(jì)算：

(1)

圖1

此法的特點(diǎn)是：連接被測(cè)電阻與電位差計(jì)之間的導(dǎo)線電阻和接觸電阻不會(huì)引起測(cè)量誤差，測(cè)量電阻的范圍寬，測(cè)量電阻的準(zhǔn)確度也比較高。如用低電勢(shì)電位差計(jì)來(lái)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量裝置的指零儀靈敏度也較高。

為了獲得較高的電阻測(cè)量準(zhǔn)確度，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

a.用電位差計(jì)測(cè)量電阻時(shí)，由標(biāo)準(zhǔn)器引入的系統(tǒng)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(duì)誤差；

 ξ_u_x、ξ_u_s——電位差計(jì)測(cè)量u_x、u_s的相對(duì)誤差。

如果比較同標(biāo)稱值電阻，通過(guò)的工作電流保持恒定，使u_x、u_s的前三位數(shù)字不變，則可達(dá)到較高的測(cè)量準(zhǔn)確度，因?yàn)榇藭r(shí)ξ_u_x≈ξ_u_s，那么ξ_R_x≈ξ_R_s即電位差計(jì)的測(cè)量誤差幾乎不影響測(cè)量結(jié)果。

如果被檢電橋的單個(gè)電阻標(biāo)稱值為1、2、3…示值，或測(cè)量盤(pán)無(wú)電位插孔(觸頭)，則測(cè)量時(shí)可利用過(guò)渡電阻箱作為標(biāo)準(zhǔn)(R_s)進(jìn)行元件，過(guò)渡電阻箱電位端鈕間能得到與被測(cè)電阻相同的標(biāo)稱值，其余與上述相同。如果沒(méi)有過(guò)渡電阻箱，仍用標(biāo)準(zhǔn)電阻作標(biāo)準(zhǔn)，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(jì)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(guò)被測(cè)電阻允許測(cè)量誤差。

b.E₁、E₂兩個(gè)回路電流要保持足夠的相對(duì)穩(wěn)定。

c.為減小測(cè)量回路熱電勢(shì)的影響，在電壓回路內(nèi)應(yīng)選擇熱電勢(shì)較小的開(kāi)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(dòng)觸點(diǎn)。

當(dāng)R_x和R_s為同標(biāo)稱值時(shí)，用電位差計(jì)測(cè)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(shù)；

α_x、α_s——開(kāi)關(guān)P₂分別轉(zhuǎn)向R_x、R_s時(shí)指零儀上讀出的偏轉(zhuǎn)格數(shù)；

α₁、α₂——求電阻常數(shù)時(shí)，分別在電位差計(jì)上示值為u₁、u₂時(shí)指零儀上讀得的偏轉(zhuǎn)格數(shù)；

u₁、u₂——電位差計(jì)示值。

另外說(shuō)明一下，用電位差計(jì)法測(cè)量電阻時(shí)，電位差計(jì)工作電流標(biāo)準(zhǔn)化要求不高。

附 錄 3

用電橋法測(cè)量電阻

1 用單電橋測(cè)量電阻元件時(shí)可按圖1的線路連接。圖中M_x表示被檢電橋，M_s表示標(biāo)準(zhǔn)電橋。

圖1 單電橋測(cè)量電阻接線圖

對(duì)于不能按單個(gè)電阻元件測(cè)量的電橋，可用置換法測(cè)量電阻，見(jiàn)附錄4。

2 用雙電橋測(cè)量電阻元件，可按圖2線路連接。

電阻R_p的測(cè)量方法如下，將橋臂R₁切斷，則雙電橋轉(zhuǎn)化成一個(gè)單電橋，R_p和R_x共處于一個(gè)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(biāo)準(zhǔn)電阻。

圖2 雙電橋測(cè)量電阻接線圖

附 錄 4

用置換法測(cè)量電阻

在對(duì)電橋測(cè)量盤(pán)按元件，而被測(cè)量盤(pán)的結(jié)構(gòu)上不允許按單個(gè)元件測(cè)量(無(wú)法獲得每個(gè)電阻元件電位觸頭)的情況下，可用與被測(cè)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(huì)看出，采用置換法進(jìn)行實(shí)質(zhì)上就是被測(cè)電阻元件通過(guò)電橋與標(biāo)準(zhǔn)電阻進(jìn)行比較，它的測(cè)量準(zhǔn)確度主要取決于標(biāo)準(zhǔn)電阻。而且在測(cè)量結(jié)果中不包括連接導(dǎo)線電阻與被測(cè)量盤(pán)的殘余電阻。

當(dāng)被檢電橋測(cè)量盤(pán)單個(gè)電阻大于100Ω時(shí)，可用單電橋進(jìn)行測(cè)量，如圖1。

圖1 單電橋置換法測(cè)量電阻

圖中 R_s——標(biāo)準(zhǔn)電阻，其兩根電位端導(dǎo)線電阻應(yīng)盡量相等；

M_x——被檢電橋測(cè)量盤(pán)，圖中僅畫(huà)出一個(gè)；

r——連接導(dǎo)線電阻；

K——開(kāi)關(guān)，接解電阻要小；

R_s′——標(biāo)稱值與R_s相同的輔助電阻。

此外，R₀為被檢電橋測(cè)量盤(pán)的殘余電阻(圖中未畫(huà)出)。

步驟

1.開(kāi)關(guān)K倒向1，被檢測(cè)量盤(pán)示值置零；

2.用電橋測(cè)量得R_x0；

R_x₀＝R_s＋r＋R₀ (1)

3.開(kāi)關(guān)K倒向2，被檢電橋測(cè)量盤(pán)示值置1；

4.再次平衡電橋，測(cè)得R_x1

R_x₁＝R₍₁₎＋r＋R₀ (2)

(1)－(2)移項(xiàng)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(cè)量盤(pán)的只電阻實(shí)際值。

根據(jù)同樣的方法可檢得被檢測(cè)量盤(pán)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(cè)量盤(pán)各輸出點(diǎn)電阻累計(jì)實(shí)際值。

對(duì)于電阻值≤100Ω的測(cè)量盤(pán)，可用雙電橋置換法進(jìn)行，其測(cè)量原理和步驟與單電橋相同，見(jiàn)圖2。

圖2 雙電橋置換法測(cè)量電阻圖

M_x—被檢測(cè)量盤(pán)； R—標(biāo)準(zhǔn)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(duì)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(shí)必須對(duì)電橋進(jìn)行整體核對(duì)，整體核對(duì)的方法如下。

在被檢電橋總有效量程的電阻測(cè)量上、下限，選用比較檢電橋高二個(gè)以上的準(zhǔn)確度等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)電阻，接入被檢電橋測(cè)量端進(jìn)行測(cè)量，測(cè)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(cè)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(duì)差值不應(yīng)超過(guò)(a／2)％。



式中 R_s′——在被檢電橋上測(cè)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)；

R_s——標(biāo)準(zhǔn)電阻實(shí)際值，一般為標(biāo)準(zhǔn)電阻證書(shū)值(注意測(cè)量時(shí)溫度影響的修正)。

若上式＞(a／2)％，則必須找出原因后重檢。

校 準(zhǔn) 結(jié) 果

一全檢量程
測(cè)量盤(pán)（Ω）
盤(pán)序數(shù)		Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	Ⅳ	Ⅴ	Ⅵ
實(shí) 際值 ⌒ 或修正值︶	1
	2
	3
	4
	5
	6
	7
	8
	9
	10

二其它量程相對(duì)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(duì)濕度(%)

注 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(shí)必須帶此證書(shū)(或通知書(shū))。

按元件封里格式

結(jié)果

一量程變換器電阻(Ω)
標(biāo)稱值
實(shí)際值R₁
實(shí)際值R₂

二測(cè)量盤(pán)電阻(Ω)

盤(pán)序數(shù)		Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	Ⅳ	Ⅴ	Ⅵ	Ⅶ
外臂	1
	2
	3
	4
	5
	6
	7
	8
	9
	10
內(nèi) 臂	1
	2
	3
	4
	5
	6
	7
	8
	9
	10
測(cè)量盤(pán)殘余電阻：外臂 Ω；內(nèi)臂 Ω；溫度 ℃；相對(duì)濕度 %

注 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(shí)必須帶此證書(shū)(或通知書(shū))。

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