CN102522176B - 一种改善负载效应的可计算交直流差电阻 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种改善负载效应的可计算交直流差电阻，有效改善了可计算交直流差电阻在通电时电阻丝由于温度变化产生的负载效应，提高了可计算交直流差电阻的稳定性；包括同轴的内金属套筒和外金属套筒，电阻丝位于内金属套筒的中心轴线上，电阻丝为单根直线形组合丝，组合丝包括相互对接而成的前段部分和后段部分，前段部分与后段部分具有相反的电阻温度系数，即其中一段为正温度系数而另一段为负温度系数；组合丝的电阻温度曲线的顶点区呈平台状；沿所述外金属套筒的外表面设置有温度控制装置，所述温度控制装置用于根据组合丝的电阻温度系数曲线的平台区控制所述组合丝的工作温度范围。

Description

一种改善负载效应的可计算交直流差电阻

技术领域

本发明涉及电学计量技术领域，特别是涉及一种改善负载效应的可计算交直流差电阻。

背景技术

电阻是最常见的电学元器件之一，高准确度的电阻不仅是高精度仪器仪表的核心部件，也被广泛运用于许多科研场合。为了提高电阻量值的准确度，国际计量界从1990年开始就陆续启动了以量子化霍尔电阻标准代替传统的实物电阻标准的研究。实验证明，采用直流量子化霍尔电阻标准后，直流电阻单位量值的复现准确度及国际一致性比用实物计量基准提高了2个数量级以上，并且从根本上消除了电阻单位的量值随时间变化的现象，使直流电阻量值有了可靠的溯源依据。

但是，大部分实际场合中，电阻器件多用于交流和高频电路。在交流状态下，电阻器件中会存在寄生电感、寄生电容，此外还存在交流电磁场中的导线的趋肤效应、导线之间的邻近效应、周围介质损耗等附加损耗，使交流电路中电阻元件的阻抗实部并不等于直流状态下的电阻量值。所以交流电阻的量值不能简单地搬用该电阻器件在直流状态下的电阻值，需要确定交流电阻的频率特性以适应日益发展的高精度仪器仪表的需要及科研工作的需要。

到目前为止，在国际上仅有德国PTB(国家物理研究院)用交流量子化霍尔效应实现了交流电阻自然基准，量值近13kΩ，准确性还不能充分确定，且对于电流测量使用的低值电阻要经过多级传递，引入新的误差，因此当前确定交流电阻特性的有效办法是研制“可计算交直流差电阻”。交流状态下，电阻器件中存在的寄生电感和寄生电容以及各种附加损耗主要与电阻器件的导线形状、位置和周围的电磁环境有关。因此，如果能研制出一种几何形状规则的电阻器件，其中的电磁场可以准确计算，就可计算出其寄生电感和寄生电容以及各种附加损耗，从而准确求出交流电阻量值与直流电阻的差别，这样就可以从可溯源的直流电阻量值导出其交流电阻量值了，使交流电阻量值也具有了可溯源性。这种特殊研制出的电阻器件就称为“可计算交直流差电阻”。因此，确定交流电阻频率特性的重要工作内容就是研制“可计算交直流差电阻”。

现有技术中，已经实现了几种类型的“可计算交直流差电阻”，如单丝同轴形、四回线形、八回线形和螺旋形等，其中单丝同轴形是将电阻丝置于金属圆筒中心处做成的同轴状可计算交直流差电阻，该结构最规则，是计算最准确的方法之一，这种情况下的电磁场可以准确计算。但是这种形状，相对于多回线结构，总长度较短，同时为了减小趋肤效应的影响，电阻丝直径一般会选的非常小，电阻率较高，通电后，电阻丝由于温度变化产生的负载效应很明显，导致可计算交直流差电阻的稳定性较差。

发明内容

本发明根据现有技术存在的缺陷，提出一种改善负载效应的可计算交直流差电阻，改善通电时电阻丝由于温度变化产生的负载效应，提高可计算交直流差电阻的稳定性。

本发明的技术方案是：

一种改善负载效应的可计算交直流差电阻，包括同轴的内金属套筒和外金属套筒，电阻丝位于内金属套筒的中心轴线上，从所述电阻丝上引出电流正极端引出线和电压正极端引出线，从所述内金属套筒前端面上引出电流负极端引出线，从所述外金属套筒前端面上引出电压负极端引出线；其特征在于，所述电阻丝为单根直线形组合丝，所述组合丝包括相互对接而成的前段部分和后段部分，所述前段部分与所述后段部分具有方向相反的电阻温度系数，即其中一段为正温度系数而另一段为负温度系数；所述对接而成的组合丝的电阻温度系数曲线的顶点区呈平台状；沿所述外金属套筒的外表面设置有温度控制装置，所述温度控制装置用于根据组合丝的电阻温度系数曲线的平台区控制所述组合丝的工作温度范围。

所述电阻丝为两段电阻率相同、长度相等、正温度系数和负温度系数的量值基本相同的电阻丝对接而成的组合丝。

所述温度控制装置包括与外金属套筒同轴套装的加热套筒，所述加热套筒外围还同轴套装有保护外壳，所述保护外壳和加热套筒之间具有隔热层；所述加热套筒外壁上缠绕有加热丝，内壁上具有温度传感器，所述温度传感器连接控制加热丝工作的控制器。

所述加热套筒与外金属套筒之间具有绝缘垫块，分布在加热套筒内壁上。

所述内金属套筒和外金属套筒之间具有绝缘垫块，分布在外金属套筒内壁上。

所述内金属套筒的前端面中心位置处和外金属套筒的前端面中心位置处具有前端面中心孔，所述电阻丝从内金属套筒前端面中心孔穿出后引出电流正极端引出线，电流正极端引出线从外金属套筒前端面上的一个偏孔穿出后连接位于保护外壳前端面上的电流正极接线端子；所述内金属套筒前端面上的电流负极端引出线从外金属套筒前端面上的另一个偏孔穿出后连接位于保护外壳前端面上的电流负极接线端子；所述电阻丝依次从内金属套筒前端面中心孔和外金属套筒前端面中心孔穿出后引出的电压正极端引出线连接位于保护外壳前端面上的电压正极接线端子；所述外金属套筒前端面上的电压负极端引出线连接位于保护外壳前端面上的电压负极接线端子。

所述电阻丝的前段部分和后段部分采用压接的方式对接。

所述电阻丝与内金属套筒和外金属套筒的后端面的连接点均为压接方式的连接点。

所述电流负极端引出线与内金属套筒前端面的连接点、电压负极端引出线与外金属套筒前端面的连接点、电流正极端引出线与电阻丝的连接点均为压接方式的连接点。

所述内金属套筒和外金属套筒均采用紫铜材料制成。

本发明的技术效果：

本发明提供的一种改善负载效应的可计算交直流差电阻，是将两段分别具有正温度系数特性的电阻丝和负温度系数特性的电阻丝对接形成的组合丝置于金属圆筒中心处做成的同轴状可计算交直流差电阻，特别是选择两段电阻率相同、长度基本相等、且正温度系数和负温度系数的量值基本相同的电阻丝对接形成组合丝，使具有负温度系数特性的电阻丝与具有正温度系数特性的电阻丝进行温度补偿，抵消电阻丝在通电后由于温度变化产生的阻值变化，组合丝组合后形成的新的电阻温度系数曲线的曲率很低，在顶点附近的温度系数趋于零，即形成一个顶点区呈平台状的电阻温度系数曲线；这样再通过设置温度控制装置，将组合丝的工作温度控制在其温度系数曲线的顶点区温度范围内，由于组合丝在其新的电阻温度系数曲线顶点附近的温度系数趋于零，所以当组合丝的工作温度处于顶点区温度范围内时，其电阻值随温度的变化达到最小，几乎为零，有效改善了可计算交直流差电阻在通电时电阻丝由于温度变化产生的负载效应，提高了可计算交直流差电阻的稳定性。另外电阻丝的对接点、电阻丝与电流正极端引出线的连接点，以及电阻丝与内金属套筒和外金属套筒后端面的连接点，电流负极端引出线、电压负极端引出线与内金属套筒和外金属套筒的前端面的连接点均为压接方式的连接点，避免了两种不同金属材料由于焊接引起的热电势，从而减少了由热电势引入的交直流变差。

附图说明

图1是本发明改善负载效应的可计算交直流差电阻的实施例示意图。

图2是本发明温度控制装置的示意图。

附图标记列示如下：1-电阻丝，2-内金属套筒，3-外金属套筒，4-绝热垫块，5-加热套筒，6-加热丝，7-隔热层，8-保护外壳，9-温度传感器，10-前端面中心孔，11-前端面偏孔，12-接线端子。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。

如图1、图2所示，一种改善负载效应的可计算交直流差电阻，包括同轴的内金属套筒2和外金属套筒3，电阻丝1位于内金属套筒2的中心轴线上，从电阻丝1上引出电流正极端引出线I+和电压正极端引出线V+，从内金属套筒2的前端面上引出电流负极端引出线I-，从外金属套筒3的前端面上引出电压负极端引出线V-；其中，电阻丝1为单根直线形组合丝，组合丝1包括相互对接而成的前段部分和后段部分，前段部分与后段部分具有方向相反的电阻温度系数，即其中一段为正温度系数而另一段为负温度系数；本实施例中，选择组合丝1的电阻率相同，且前段部分与后段部分的长度基本相等，其中一段为正温度系数而另一段为基本等量值的负温度系数；组合丝对接后形成的新的电阻温度系数曲线的曲率很低，在顶点附近的电阻温度系数趋于零，即形成一个顶点区呈平台状的电阻温度系数曲线；沿外金属套筒的外表面设置有温度控制装置，温度控制装置用于根据组合丝的电阻温度系数曲线的平台区控制组合丝的工作温度范围。本发明实施例的温度控制装置包括与外金属套筒同轴的加热套筒5，加热套筒5外围还同轴套装有保护外壳8，保护外壳8和加热套筒5之间具有隔热层7；加热套筒5外壁上缠绕有加热丝6，加热套筒5内壁上具有温度传感器9，温度传感器连接控制加热丝工作的控制器(图中未画出)。当组合丝所处环境温度低于组合丝温度系数曲线的顶点平台区温度时，加热丝开始工作。

另外，本实施例中，内金属套筒的前端面中心位置处和外金属套筒的前端面中心位置处具有前端面中心孔10，电阻丝1从内金属套筒2的前端面中心孔10穿出后引出电流正极端引出线I+，电流正极端引出线I+从外金属套筒3的前端面上的一个偏孔11穿出；内金属套筒2的前端面上的电流负极端引出线I-从外金属套筒3的前端面上的另一个偏孔11穿出；电阻丝1依次从内金属套筒前端面中心孔10和外金属套筒前端面中心孔10穿出后引出电压正极端引出线V+；电流正极端引出线I+、电流负极端引出线I-、电压正极端引出线V+和电压负极端引出线V-分别连接在位于保护外壳8前端面的接线端子12上，电流正极端引出线I+连接电流正极接线端子，电流负极端引出线I-连接电流负极接线端子，电压正极端引出线V+连接电压正极接线端子，电压负极端引出线V-连接电压负极接线端子；另外电流负极端引出线I-与内金属套筒2前端面的连接点、电压负极端引出线V-与外金属套筒3前端面的连接点、电流正极端引出线I+与电阻丝1的连接点均为压接方式的连接点，电阻丝1与内金属套筒2和外金属套筒3的后端面的连接点也为压接方式的连接点，避免了两种不同金属材料由于焊接引起的热电势；相互对接而成的组合丝的前段部分和后段部分也是采用压接的方式对接；另外加热套筒5与外金属套筒3之间具有绝缘垫块4，分布在加热套筒5内壁上；内金属套筒2和外金属套筒3之间也具有绝缘垫块4，分布在外金属套筒3内壁上；内金属套筒2和外金属套筒3均采用紫铜材料制成。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。

Claims (8)

1.一种改善负载效应的可计算交直流差电阻，包括同轴的内金属套筒和外金属套筒，电阻丝位于内金属套筒的中心轴线上，从所述电阻丝上引出电流正极端引出线和电压正极端引出线，从所述内金属套筒前端面上引出电流负极端引出线，从所述外金属套筒前端面上引出电压负极端引出线；其特征在于，所述电阻丝为单根直线形组合丝，所述组合丝包括相互对接而成的前段部分和后段部分，所述前段部分和后段部分采用压接的方式对接；所述前段部分与所述后段部分具有方向相反的电阻温度系数，即其中一段为正温度系数而另一段为负温度系数；所述对接而成的组合丝的电阻温度系数曲线的顶点区呈平台状；沿所述外金属套筒的外表面设置有温度控制装置，所述温度控制装置用于根据组合丝的电阻温度系数曲线的平台区控制所述组合丝的工作温度范围；所述温度控制装置包括与外金属套筒同轴套装的加热套筒，所述加热套筒外围还同轴套装有保护外壳，所述保护外壳和加热套筒之间具有隔热层；所述加热套筒外壁上缠绕有加热丝，内壁上具有温度传感器，所述温度传感器连接控制加热丝工作的控制器。

2.根据权利要求1所述的改善负载效应的可计算交直流差电阻，其特征在于，所述电阻丝为两段电阻率相同、长度相等、正温度系数和负温度系数的量值基本相同的电阻丝对接而成的组合丝。

3.根据权利要求1或2所述的改善负载效应的可计算交直流差电阻，其特征在于，所述加热套筒与外金属套筒之间具有绝缘垫块，分布在加热套筒内壁上。

4.根据权利要求1或2所述的改善负载效应的可计算交直流差电阻，其特征在于，所述内金属套筒和外金属套筒之间具有绝缘垫块，分布在外金属套筒内壁上。

5.根据权利要求1或2所述的改善负载效应的可计算交直流差电阻，其特征在于，所述内金属套筒的前端面中心位置处和外金属套筒的前端面中心位置处具有前端面中心孔，所述电阻丝从内金属套筒前端面中心孔穿出后引出电流正极端引出线，电流正极端引出线从外金属套筒前端面上的一个偏孔穿出后连接位于保护外壳前端面上的电流正极接线端子；所述内金属套筒前端面上的电流负极端引出线从外金属套筒前端面上的另一个偏孔穿出后连接位于保护外壳前端面上的电流负极接线端子；所述电阻丝依次从内金属套筒前端面中心孔和外金属套筒前端面中心孔穿出后引出的电压正极端引出线连接位于保护外壳前端面上的电压正极接线端子；所述外金属套筒前端面上的电压负极端引出线连接位于保护外壳前端面上的电压负极接线端子。

6.根据权利要求1或2所述的改善负载效应的可计算交直流差电阻，其特征在于，所述电阻丝与内金属套筒和外金属套筒的后端面的连接点为压接方式的连接点。

7.根据权利要求6所述的改善负载效应的可计算交直流差电阻，其特征在于，所述电流负极端引出线与内金属套筒前端面的连接点、电压负极端引出线与外金属套筒前端面的连接点、电流正极端引出线与电阻丝的连接点均为压接方式的连接点。

8.根据权利要求1所述的改善负载效应的可计算交直流差电阻，其特征在于，所述内金属套筒和外金属套筒均采用紫铜材料制成。

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