一种交流电阻分压器的校准数据与分析

作者： 国自电气 时间：2024-11-16 09:34:54 阅读：22

1 分压电阻的设计

1MHZ高准确度宽频交流分压器基于二倍率设计，每只分压器有固定分压比例，共10只，额定输入电压 从 小 到 大 分 别 为2Ｖ，4Ｖ，8Ｖ，16Ｖ，32Ｖ，64Ｖ，120Ｖ，240Ｖ，480Ｖ，600Ｖ，输出电压均为 0.8Ｖ，保证高量程电压是低量程电压的两倍，输入阻抗为（0.5～150）ｋΩ 之间，工作电流4mA。 为保证分压比例具有良好的长期稳定性，宽频交流电阻分压器选用的电阻元器件关注了准确度、长期稳 性、频响特性 、温度系数 、功率系数几项主要技术指标。

在电阻器类型确定后，根据工作电压、阻值、功率、温度系数和电压系数等确定所需电阻的各项参数。由于使用采样测量分压比例，交流电阻分压器除了要考虑分压器的稳定性和分压器比例误差外，还要考虑分压器的相角误差影响，同时考虑到分压器相角误差能通过半电压负载递推法进行校准，分压器的结构采用最基本的电阻串联式分压的原理，提高可靠性的同时，减小温度以及开关泄漏电流的影响。 为达到良好的屏蔽效果，文章设计采用全同轴型电阻分压器。 电流从位于与轴线对称的电阻流入，并通过外部圆筒导体返回，下臂电阻采用圆盘形同轴结构设计。 根据麦克斯韦电磁场理论 ，5或5的倍数下的电磁场可近似为圆，文中电阻分压器上臂电阻和下臂电阻都采用5 线并联形式。 经测试，同轴型电阻分压器分布参数更小，与已有交流电阻分压器产品相比，具有更优异的比例误差和相角误差。 在1MHZ 高频下，突破交流电阻分压器频率为100kHz 的频率上限，并且在1MHz 频率下，仍保持较高的技术指标。

2 校准结果与数据分析

使用自校准采样分析系统装置对交流电阻分压器的比例误差和相角误差进行校准，系统由多功能标准源 FlUKE5270（含放大器）、NI高精度数字采集控制器和计算机组成。 由于宽频电阻分压器的输出阻抗较大（一般存在几百欧姆的电阻和几十皮法到几百皮法的电容），如果直接使用宽频交流电压测量设备进行测量，会引入较大的误差。 因此在测试过程中，使用 １：１ 的缓冲放大器置于分压器末端用于阻抗变换。 在测试中把缓冲放大器当作电阻分压器的一部分，对电阻分压部分、电容盒、缓冲放大器进行整体误差校准。

利用交直流转换标准装置对采样分析系统进行校准测试，然后5270A／5725A多功能标准源输出的交流电压信号通过被测宽频电阻分压器分压后，进入采样分析系统，经过采样分析后得到的测量值为分压器的输出值。 起始分压器2V／0.8Ｖ的校准依靠高精度数字采样系统在满量程点与半量程点具有良好的线性作保证。 电阻分压器的输入值，由交直流热电转换装置向直流电压溯源得到。整个系统采用半电压负载递推法进行，首先校准装置零点，使用多功能标准源输出0.8Ｖ 电压，不经过分压器，直接接入高精度数字采样控制器的CH0和CH1 两个通道运行测试，记录此时系统测试得到的比例误差和相角误差，对系统进行零点误差的修正。 然后继续使用高精度数字采样控制器，从同一 0.8Ｖ 信号校准2V／0.8V分压器，再用2V／0.8V在半负载电压下校准4V／0.8Ｖ，确定了4Ｖ／0.8Ｖ 后，在半负载电压下校准8V／0.8Ｖ，依次递推到600V／0.8Ｖ。 在此过程中，始终以 CH0通道为参考，CH1通道为被测。 校准软件采用 Labview 语言编程，将分压器输入与输出电压相比得到分压器的实际比例值，运算过程基于非整周期补偿算法。 校准过程利用了同一信号下的电压比例为 1:1及相角为 ０°的这个自然标准，保证了系统测试的准确度与稳定度。