[00111346]数字式交流电阻精密测量装置的研制

“数字式交流电阻精密测量装置的研制”为国家质检总局科技计划项目（2013QK131）,立项时间为2013年7月,实际完成时间为2014年12月。项目于2015年1月23日通过了国家质检总局组织的验收鉴定,经鉴定委员会和上海市科学技术情报研究所科技查新认定,本项目达到国际先进水平。 项目的任务是建立数字式交流电阻精密测量装置,采用了准平衡式变压器电桥结构,以电子式有源感应分压器的电压比例为参考,将被测电阻与标准电阻的电阻比例与其进行比较,通过双路高速同步采样技术和非整周期DFT算法对不平衡差值电压进行测量,从而实现交流电阻值和电阻时间常数的精密测量。 准平衡电桥结构使得测量时无需调节平衡,实现方式是：利用电子线路和三绕组变压器将四端电阻串联节点的不平衡差值电压自动转移至变压器绕组,利用跟随器和放大器对不平衡电压处理后直接测量。其优点是一方面由于不平衡电压转移至变压器绕组,使得电阻串联节点的电位更接近地电位,消除泄漏电流的影响,保证流过两只串联电阻的电流相等;另一方面,消除了高值电阻测量时交流电压表的输入阻抗的影响,提高了高值电阻测量准确度;同时由于测量时无需繁琐的手动调节平衡过程,测量效率大大提高。 对于感应分压器在低频下工作时线圈Q值偏低的问题,项目研制了电子式有源感应分压器,使得在铁芯尺寸和绕组匝数不改变的情况下,感应分压器工作于低频时仍具有高准确度。设计原理是通过增加参考绕组和电子线路,对感应分压器激励绕组残余阻抗上的电压进行补偿,从而大大提高了比例绕组的输出阻抗,使得比例绕组中的电流显著减小,感应分压器在低频时获得高准确度。电子式有源感应分压器的研制扩大了测量装置的频率范围。 低值电阻测量时电流相对增大,电阻间串联引线同样具有一定阻值,测量电流在引线电阻上产生一定压降,影响了不平衡电压的获取,给交流电阻的测量带来误差。项目采用电子式引线补偿电路获得较小的等效串联电阻,显著降低了串联引线对低值电阻测量的影响,同时,利用开尔文支路进一步对等效串联电阻进行分压,使得电阻串联引线的影响可忽略。 对于不平衡电压和电阻上的电压,项目利用双路高速同步采样方法进行测量,并通过非整周期DFT算法计算信号幅值。高速同步采样降低了对激励电源稳定性的要求,非整周期DFT算法可提高基波电压信号的测量准确度,计算时去除了谐波干扰和噪声的影响,提高了测量准确度。 项目研制的交流电阻测量装置可以达到以下技术指标： 交流电阻测量范围1Ω~10kΩ,测量频率1kHz、400Hz、50Hz,电阻最佳测量不确定度为1.8×10-6,全量程范围内优于5×10-6,交流电阻时间常数测量范围为（1~500）ns,最佳测量不确定度为4ns,全量程范围内优于6ns。 项目已发表SCI、EI等科技论文4篇,申请发明专利两项（申请号分别为201410675485.4和201510134211.9）。2014年8月,项目组成员参加了在巴西举办的国际精密电磁计量大会（CPEM2014）,会上向来自世界各国主要计量实验室的技术专家们报告了本项目的研究成果,得到了专家们的肯定。