CN105067886B - 一种测量电阻负载系数的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种测量电阻负载系数的方法和装置，解决电阻负载系数的测定问题。基于一种新型的桥式电阻和高准确度的电流比较仪式电桥，实现大功率下电阻负载系数的准确测量。本发明的方法包括，选取四只标称值相同的电阻，组成具有四边形桥臂的桥式电阻，任意两个对角端的输出电阻与四个同标称电阻的标称值一致；首先测量桥式电阻的负载系数，使所述桥式电阻成为已知负载系数的桥式标准电阻；再通过已知负载系数的桥式标准电阻测得被测电阻的负载系数。

Description

一种测量电阻负载系数的方法和装置

技术领域

本发明涉及电学计量技术领域，特别是涉及一种测量电阻负载系数的方法和装置。

背景技术

电阻负载效应是其重要的特性之一，表现形式是当电阻通入电流时会使电阻发热，从而会使电阻值发生改变，随输入电流的不同其改变量也不同，即电阻的负载效应由负载系数表征。当电阻作为精密测量标准或仪器中的关键器件时，确定电阻的负载系数具有重要意义，如在电流和功率测量中，测量电流的常规方法是电流电压转换法，其中的关键环节是分流器，分流器是一个将电流转换为电压的电阻，应可通过较大的电流，因此阻值通常较小。由于电阻具有负载效应，当电阻作为分流器用于电流测量时，其功率往往较大，负载效应是产生测量误差的主要因素，但是电阻负载效应的确定是电学计量领域的难题，其主要原因是难以找到已知负载系数的标准电阻。目前，标准电阻的校准是在低功率下进行，对功率的要求仅是满足测量过程灵敏度即可，一般在毫瓦、微瓦量级，如图1所示，比例标准为直流电流比较仪式电桥，R_S为标准电阻，R_X为被测电阻，根据标准电阻的阻值，即可求得被测电阻的阻值。由于是在较低的功率下进行的测量，因此负载效应没有显著的影响。但用于电流、功率测量中的分流器电阻，其负载效应引入的不确定度成为测量结果不确定度的主要分量，随着对电流测量准确度要求的提高，必须明确给出电阻负载效应的影响，因此，国内外多家电学计量机构在加紧进行相关研究，近期国内报道了两种相关解决方法，一种是通过电阻串并联网络，用大量的电阻分散功率，大幅降低电阻的负载效应，其结构较复杂，成本较高；另一种是采用直流电流比较仪电桥两次测量被测电阻，实现被测电阻的倍流，可测得加大一倍电流后电阻的负载系数，其过程较繁琐，且只能测量两倍电流。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，提出一种测量电阻负载系数的方法和装置，解决电阻负载系数的测定问题。基于一种新型的桥式电阻和高准确度的直流电流比较仪式电桥，实现大功率下电阻负载系数的准确测量。

本发明的技术方案是：

一种测量电阻负载系数的方法，其特征在于，选取四只标称值相同的电阻依次连接成四 边形，每一个电阻作为桥臂电阻形成所述四边形的一个边，组成具有四边形桥臂的桥式电阻，所述四边形的四个顶角上分别设置输出端子，四边形中任意两个对角端子的输出电阻与四个同标称电阻的标称值一致；首先测量所述桥式电阻的负载系数，使所述桥式电阻成为已知负载系数的桥式标准电阻；再通过已知负载系数的桥式标准电阻测得被测电阻的负载系数。

所述桥式电阻的负载系数的测量方法，包括以下步骤：

1)选用直流电流比较仪式电桥，将所述桥式电阻的两个对角端接于直流电流比较仪式电桥的被测电阻端，将与桥式电阻任意两对角端输出电阻同标称值的标准电阻接于电流比较仪式电桥的标准电阻端；

2)在通常校准电阻的功率下用标准电阻校准桥式电阻，得到桥式电阻在低功率时的校准值，作为负载系数测量的起点；

3)在桥式电阻空置的两个对角端上接入一交流电流源，改变交流电源的输出电流，当交流电流按照相应功率改变时，直流电流比较仪式电桥测得桥式电阻阻值的变化量，得到桥式电阻随功率的变化曲线，即得到桥式电阻的负载系数。

所述通过已知负载系数的桥式标准电阻测得被测电阻负载系数的方法，包括以下步骤：

1)将所述已知负载系数的桥式标准电阻的两个对角端接于直流电流比较仪式电桥的标准电阻端，将被测电阻接于直流电流比较仪式电桥的被测电阻端；

2)改变直流电流比较仪式电桥的输出电流，分别测量当输出电流随相应功率变化时，被测电阻的变化量，即可由已知负载系数的桥式标准电阻测得被测电阻的负载系数。

一种测量电阻负载系数的装置，其特征在于，包括桥式电阻，所述桥式电阻包括标称值相同的四个子电阻，所述四个子电阻依次连接成四边形，每一个子电阻作为桥臂电阻形成所述四边形的一个边，所述四边形的四个顶角上分别设置输出端子，所述四边形中任意两个对角的输出端子之间的输出电阻值与所述标称值一致；还包括直流电流比较仪式电桥，当所述直流电流比较仪式电桥的被测电阻端接入桥式电阻任意两对角输出端，所述直流电流比较仪式电桥的标准电阻端接入与桥式电阻任意两对角端输出电阻同标称的标准电阻时，将所述桥式电阻的另两个对角端连接一交流电流源，通过改变交流电源的输出电流，即可由直流电流比较仪式电桥测得桥式电阻的阻值变化量，得到桥式电阻的负载系数曲线，所述桥式电阻成为已知负载系数的标准电阻；将已知负载系数的桥式电阻的两个对角端连接直流电流比较仪式电桥的标准电阻端，所述待测电阻负载系数的被测电阻连接于直流电流比较仪式电桥的被测电阻端，通过改变直流电流比较仪的输出电流，即可根据桥式电阻的负载系数测得被测电阻的负载系数。

所述电流比较仪式电桥的测量准确度达到10^-7量级。

所述桥式电阻的四个标称值相同电阻的阻值均偏差小于万分之一。

所述桥式标准电阻随功率变化的曲线可以表征为电阻的负载系数。

所述被测电阻可作为分流器的电阻。

本发明的技术效果：

本发明提供的一种测量电阻负载系数的方法和装置，有效解决了电阻负载系数的测定问题。采取的方法是选取四只标称值相同的电阻，组成具有四边形桥臂的桥式电阻，任意两个对角端的输出电阻与四个同标称电阻的标称值一致；首先测量桥式电阻的负载系数，使所述桥式电阻成为已知负载系数的桥式标准电阻；再通过已知负载系数的桥式标准电阻测得被测电阻的负载系数。本发明的装置包括直流电流比较仪式电桥和桥式电阻，其中，直流电流比较仪式电桥是采用磁调制与磁检测技术使二次电流按比例自动跟踪一次电流的高准确度电流比例标准，测量准确度通常可达10^-7量级，采用其作为电桥比例可以分辨出电阻负载效应的微小变化，实现负载系数的准确测量；桥式电阻由四个标称值相同的电阻组成四边形桥臂，在四个顶端有四个端钮，任意两个对角端的输出电阻与四个同标称电阻的标称值一致，即四个标称值相同的电阻组成桥式电阻后，其对角输出仍等同一个同标称的电阻，将该桥式电阻的一对对角端钮接于直流电流比较仪电桥的被测电阻端，将与之同标称的标准电阻接于直流电流比较仪电桥的标准电阻端，首先在通常校准电阻的功率下用标准电阻校准桥式电阻，得到桥式电阻在低功率时的校准值，之后，在桥式电阻空置的一对端钮上接入一交流电流源，按照一定相应的功率输出不同的电流。由于是交流电流，直流电流比较仪式电桥测量不到其电流量值，标准电阻侧功率也未发生改变，但桥式电阻的功率随着电流的增加而加大，因负载效应其电阻量值发生改变，从而得到桥式电阻随功率变化的曲线，即得到桥式电阻的负载系数，成为已知负载系数的标准电阻。以已知负载系数的桥式标准电阻为标准，可解决被测电阻的负载系数的测定问题。将桥式标准电阻接于直流电流比较仪电桥的标准电阻端，将被测电阻接于电流比较仪式电桥的被测电阻端，不断加大电流比较仪的输出电流，即可得到被测电阻的负载系数。

附图说明

图1是现有技术低功率下测量电阻的示意图。

图2是本发明的桥式电阻的结构示意图。

图3是本发明的装置测定桥式电阻负载系数的示意图。

图4是本发明的装置测量被测电阻的负载系数的示意图。

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。

本发明的主要应用对象是作为分流器的电阻，当电阻作为分流器用于测量电流时，其功率往往较大或很大，但对其校准却通常在低功率下进行，无法在大功率下对分流器电阻进行校准，不能得知分流器电阻的负载效应情况。但在大功率下分流器的负载效应成为电流测量误差的主要因素，其主要原因是难以找到已知负载效应系数的大功率标准电阻作为参考标准。本发明提出的方法和装置可得到在较大功率下参考电阻的负载系数，从而得到已知负载效应系数的参考电阻，再以此参考电阻为标准校准其他电阻的负载效应。

测量电阻负载系数的方法，其特征在于，选取四只标称值相同的电阻依次连接成四边形，每一个电阻作为桥臂电阻形成所述四边形的一个边，组成具有四边形桥臂的桥式电阻，所述四边形的四个顶角上分别设置输出端子，四边形中任意两个对角端子的输出电阻与四个同标称电阻的标称值一致；首先测量桥式电阻的负载系数，使所述桥式电阻成为已知负载系数的桥式标准电阻；再通过已知负载系数的桥式标准电阻测得被测电阻的负载系数。

如图2所示，是桥式电阻的结构示意图。四只标称值相同的电阻R1、R2、R3、R4依次连接成四边形，每一个电阻作为桥臂电阻形成所述四边形的一个边，组成具有四边形桥臂的桥式电阻，四边形的四个顶角上分别具有输出端子A、B、C、D。

桥式电阻的负载系数的测量方法，包括以下步骤：

1)选用直流电流比较仪式电桥，将所述桥式电阻的两个对角端接于直流电流比较仪式电桥的被测电阻端，将与桥式电阻任意两对角端输出电阻同标称值的标准电阻接于直流电流比较仪式电桥的标准电阻端；

2)在通常校准电阻的功率下用标准电阻校准桥式电阻，得到桥式电阻在低功率时的校准值，作为测量负载系数的起点；

3)在桥式电阻空置的两个对角端上接入一交流电流源，改变交流电源的输出电流，当交流电流按照相应功率改变时，直流电流比较仪式电桥测得桥式电阻阻值的变化量，得到桥式电阻随功率的变化曲线，即得到桥式电阻的负载系数。

测得桥式电阻的负载系数后，将其作为已知负载系数的标准电阻，测量被测电阻负载系数，包括以下步骤：

1)将所述已知负载系数的桥式标准电阻的两个对角端接于直流电流比较仪式电桥的标准电阻端，将被测电阻接于直流电流比较仪式电桥的被测电阻端；

2)改变直流电流比较仪式电桥的输出电流，分别测量当输出电流变化时，被测电阻的变化量，即可由已知负载系数的桥式标准电阻测得被测电阻的负载系数。

相应的，测量电阻负载系数的装置，包括桥式电阻，所述桥式电阻包括标称值相同的四个子电阻，所述四个子电阻依次连接成四边形，每一个子电阻作为桥臂电阻形成所述四边形的一个边，所述四边形的四个顶角上分别设置输出端子，所述四边形中任意两个对角的输出端子之间的输出电阻值与所述标称值一致；还包括直流电流比较仪式电桥，当所述直流电流比较仪式电桥的被测电阻端接入桥式电阻任意两对角输出端，所述直流电流比较仪式电桥的标准电阻端接入与桥式电阻任意两对角端输出电阻同标称的标准电阻时，将所述桥式电阻的另两个对角端连接一交流电流源，通过改变交流电源的输出电流，即可由直流电流比较仪式电桥测得桥式电阻的阻值变化量，得到桥式电阻的负载系数曲线，所述桥式电阻成为已知负载系数的标准电阻；将已知负载系数的桥式电阻的两个对角端连接直流电流比较仪式电桥的标准电阻端，所述待测电阻负载系数的被测电阻连接于直流电流比较仪式电桥的被测电阻端，通过改变直流电流比较仪的输出电流，即可根据桥式电阻的负载系数测得被测电阻的负载系数。

如图3所示，是本发明的装置测量桥式电阻负载系数的示意图。包括直流电流比较仪式电桥1和桥式电阻2，本装置的直流电流比较仪式电桥1采用磁调制和磁检测技术使二次电流按比例自动跟踪一次电流的高准确度比例标准，测量准确度通常可达10^-7量级。桥式电阻2包括由四个标称值相同的子电阻，四个子电阻依次连接成四边形，每一个子电阻作为桥臂电阻形成所述四边形的一个边，任意两个对角端的输出电阻与四个等值电阻的标称值一致。本实施例中，四个标称值相同电阻的阻值偏差均小于万分之一。在直流电流比较仪式电桥1的标准电阻端KLMN以四端方式连接一个标准电阻Rs(K为电流正端，L为电压正端，M为电流负端，N为电压负端)，Rs与所述桥式电阻任意两对角端输出电阻同标称，直流电流比较仪式电桥1的被测电阻端PQTW四端接入桥式电阻任意两对角输出端，(其中电流正端P、电压正端Q接桥式电阻的一端，电压负端T、电流负端W接桥式电阻的另一对角端)，将桥式电阻的另两个对角端连接一交流电流源AC，改变交流电源的输出电流，当交流电流发生改变时，例如，当直流电流比较仪式电桥在常规电流测量时，被测桥式电阻流过的电流为I_o，若在桥式电阻的另一对角分别加入交流0.5I_o、1I_o、1.5I_o、2I_o等一系列电流时，由于是交流电流，直流电流比较仪式电桥测量不到其电流量值，标准电阻侧功率也未发生改变，但桥式电阻的功率随着电流的增加而加大，因负载效应其电阻量值发生改变，桥式电阻在直流电流比较仪式电桥上的测量结果可发生相应的变化量，例如，当加入交流0.5I_o时，直流电流比较仪式电桥测得的桥式电阻的阻值，即为2.25倍功率时的电阻值；当加入交流1I_o时，直流电流比较仪式电桥测得的桥式电阻的阻值，即为4倍功率时的电阻值；当加入交流1.5I_o时，直流电流比较仪式电桥测得的桥式电阻的阻值，即为6.25倍功率时的电阻值；当加入交流2I_o时，直流电流比较仪式电桥测得的桥式电阻的阻值，即为9倍功率时的电阻值。

如图4所示，是本发明的装置测量被测电阻的负载系数的示意图。测得桥式电阻的负载系数后，再将已知负载系数的桥式电阻的两个对角端连接直流电流比较仪式电桥1的标准电阻端KLMN(以四端方式接入)，所述待测电阻负载系数的被测电阻Rx连接于直流电流比较仪式电桥1的被测电阻端PQTW(以四端方式接入)，通过改变电流比较仪式电桥的输出电流，即可由已知负载系数的桥式电阻测得被测电阻的负载系数；当分别输入一系列电流时，即测得被测电阻的负载系数曲线。

在此指明，以上叙述有助于本领域技术人员理解本发明创造，但并非限制本发明创造的保护范围。任何没有脱离本发明创造实质内容的对以上叙述的等同替换、修饰改进和/或删繁从简而进行的实施，均落入本发明创造的保护范围。

Claims (7)

1.一种测量电阻负载系数的方法，其特征在于，选取四只标称值相同的电阻依次连接成四边形，每一个电阻作为桥臂电阻形成所述四边形的一个边，组成具有四边形桥臂的桥式电阻，所述四边形的四个顶角上分别设置输出端子，四边形中任意两个对角端子的输出电阻与四个同标称电阻的标称值一致；首先测量所述桥式电阻的负载系数，使所述桥式电阻成为已知负载系数的桥式标准电阻；再通过已知负载系数的桥式标准电阻测得被测电阻的负载系数；

所述桥式电阻的负载系数的测量方法，包括以下步骤：

1)选用直流电流比较仪式电桥，将所述桥式电阻的两个对角端接于直流电流比较仪式电桥的被测电阻端，将与桥式电阻任意两对角端输出电阻同标称值的标准电阻接于直流电流比较仪式电桥的标准电阻端；

2)在通常校准电阻的功率下用标准电阻校准桥式电阻，得到桥式电阻在低功率时的校准值，作为负载系数测量的起点；

3)在桥式电阻空置的两个对角端上接入一交流电流源，改变交流电流源的输出电流，当交流电流按照相应功率改变时，直流电流比较仪式电桥测得桥式电阻阻值的变化量，得到桥式电阻随功率的变化曲线，即得到桥式电阻的负载系数。

2.根据权利要求1所述的测量电阻负载系数的方法，其特征在于，所述通过已知负载系数的桥式标准电阻测得被测电阻负载系数的方法，包括以下步骤：

1)将所述已知负载系数的桥式标准电阻的两个对角端接于直流电流比较仪式电桥的标准电阻端，将被测电阻接于直流电流比较仪式电桥的被测电阻端；

2)改变直流电流比较仪式电桥的输出电流，分别测量当输出电流随相应功率变化时，被测电阻的变化量，即可由已知负载系数的桥式标准电阻测得被测电阻的负载系数。

3.一种测量电阻负载系数的装置，其特征在于，包括桥式电阻，所述桥式电阻包括标称值相同的四个子电阻，所述四个子电阻依次连接成四边形，每一个子电阻作为桥臂电阻形成所述四边形的一个边，所述四边形的四个顶角上分别设置输出端子，所述四边形中任意两个对角的输出端子之间的输出电阻值与所述标称值一致；还包括直流电流比较仪式电桥，当所述直流电流比较仪式电桥的被测电阻端接入桥式电阻任意两对角输出端，所述直流电流比较仪式电桥的标准电阻端接入与桥式电阻任意两对角端输出电阻同标称的标准电阻时，将所述桥式电阻的另两个对角端连接一交流电流源，通过改变交流电流源的输出电流，即可由直流电流比较仪式电桥测得桥式电阻的阻值变化量，得到桥式电阻的负载系数曲线，所述桥式电阻成为已知负载系数的标准电阻；将已知负载系数的桥式电阻的两个对角端连接直流电流比较仪式电桥的标准电阻端，待测电阻负载系数的被测电阻连接于直流电流比较仪式电桥的被测电阻端，通过改变直流电流比较仪式电桥的输出电流，即可根据桥式电阻的负载系数测得被测电阻的负载系数。

4.根据权利要求3所述的测量电阻负载系数的装置，其特征在于，所述直流电流比较仪式电桥的测量准确度达到10^-7量级。

5.根据权利要求3所述的测量电阻负载系数的装置，其特征在于，所述桥式电阻的四个标称值相同电阻的阻值偏差小于万分之一。

6.根据权利要求3至5之一所述的测量电阻负载系数的装置，其特征在于，所述桥式标准电阻的负载系数可以表征为电阻量值随功率变化的曲线。

7.根据权利要求6所述的测量电阻负载系数的装置，其特征在于，所述被测电阻可用于分流器的电阻。