CN108226840A - 一种微弱电荷校准系统 - Google Patents

一种微弱电荷校准系统 Download PDF

Info

Publication number
CN108226840A
CN108226840A CN201711472222.3A CN201711472222A CN108226840A CN 108226840 A CN108226840 A CN 108226840A CN 201711472222 A CN201711472222 A CN 201711472222A CN 108226840 A CN108226840 A CN 108226840A
Authority
CN
China
Prior art keywords
charge
calibration system
resistor
voltage signal
standard capacitor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201711472222.3A
Other languages
English (en)
Inventor
吴金杰
康佳佳
杜海燕
王培玮
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Metrology
Original Assignee
National Institute of Metrology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National Institute of Metrology filed Critical National Institute of Metrology
Priority to CN201711472222.3A priority Critical patent/CN108226840A/zh
Publication of CN108226840A publication Critical patent/CN108226840A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R35/00—Testing or calibrating of apparatus covered by the other groups of this subclass
    • G01R35/005—Calibrating; Standards or reference devices, e.g. voltage or resistance standards, "golden" references
    • G01R35/007—Standards or reference devices, e.g. voltage or resistance standards, "golden references"

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

本发明实施例涉及一种微弱电荷校准系统，校准系统包括：数字源表，用于输出电压信号；标准电容器，标准电容器的输入端与数字源表的输出端电性连接，用于隔绝输出电压信号中的直流电信号，输出第一电压信号；电阻器，电阻器的输入端与标准电容器的输出端相连，作为输入过载时的电压保护元件；静电计，静电计的输入端与电阻器的输出端电性连接，对第一电压信号进行电荷测量，得到输出电荷量；校准单元，确定校准因子，根据校准因子校准静电计的电荷档；干燥箱，容置标准电容器和电阻器。本发明，采用间接的测量方法，对小电流仪的电荷档进行测量和校准，同时解决了电容器等器件由于受潮引发的漏电问题。

Description

一种微弱电荷校准系统
技术领域
本发明涉及测量校准技术领域，尤其涉及一种微弱电荷校准系统。
背景技术
目前，高灵敏度、高分辨力的精密微弱电流测量仪器已广泛应用于航天测控、半导体集成、核辐射测控等其它众多领域，国内外对微弱电流电荷的测量校准需求愈加迫切。但微弱电流信号幅度极低，通常在nA(10-9A)、pA(10-12A)甚至fA(10-15A)量级，非常容易受到干扰，所以对其进行测量具有较大的难度，而且对仪器电荷档的测量也一直是个技术难题。
我国一些相关机构单位对电荷档直接测量校准的技术研究付出了许多努力，但是由于常见的新型静电计等仪器，极易受到漏电、零点漂移、湿度和偏置电流等多方面外界因素的影响，因此，很难就电荷档进行直接测量校准。同时，国内目前还未有人对测量仪器电荷档进行过校准实验，国外目前大部分电荷档的校准一般在低湿度的冬季，而在夏季高湿度期间，校准因子不可重复，变化范围在20％左右，最大的原因就是电容等器件受潮引发的漏电，导致实验结果的不确定度过高，严重限制了校准系统的使用。
因此，针对上述问题需要建立能够排除漏电、容器受潮等方面因素的校准系统。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种对小电流仪的电荷档进行测量校准且能够解决受潮漏电问题的微弱电荷校准系统。
为实现上述目的，本发明提供了一种微弱电荷校准系统，所述校准系统包括：
数字源表，用于输出电压信号；
标准电容器，所述标准电容器的输入端与所述数字源表的输出端电性连接，用于隔绝所述输出电压信号中的直流电信号，输出第一电压信号；
电阻器，所述电阻器的输入端与所述标准电容器的输出端相连，作为输入过载时的电压保护元件；
静电计，所述静电计的输入端与所述电阻器的输出端电性连接，对所述第一电压信号进行电荷测量，得到输出电荷量；
校准单元，根据所述数字源表的输出电压信号和标准电容器的电容值确定参考电荷量，根据所述参考电荷量和所述输出电荷量确定校准因子，根据所述校准因子校准所述静电计的电荷档；
干燥箱，容置所述标准电容器和所述电阻器。
优选的，所述校准系统还包括滤波器，所述滤波器设置于所述数字源表与所述标准电容器之间，用于消除所述电信号中的特定频率的电压信号。
优选的，所述数字源表与所述标准电容器之间的连接线接头采用刺刀螺母连接器BNC接头。
优选的，所述标准电容器与所述电阻器之间的连接线接头采用BNC接头。
优选的，所述电阻器与所述静电计之间的连接线接头采用BNC接头。
优选的，所述数字源表采用keithley 2410-C型带接触检测的高压数字源表。
优选的，所述静电计的型号为6517B。
本发明实施例提供的微弱电荷校准系统，采用间接的测量方法，对小电流仪的电荷档进行测量和校准，同时，将相关的校准器件放置于干燥箱中，解决了电容器等器件由于受潮引发的漏电问题，校准因子可重复性高，实验结果的不确定度低，扩大了校准系统的适用范围。
附图说明
图1为本发明实施例提供的微弱电荷校准系统的结构框图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
本发明实施例涉及提供的微弱电荷校准系统，采用间接的测量方法，对小电流仪的电荷档进行测量和校准，同时，在实验过程中，采用干燥箱对相关的校准器件进行干燥处理，解决了由于受潮引发的漏电问题。
图1为本发明实施例提供的微弱电荷校准系统的结构框图。结合图1所示：
本发明实施例提供的微弱电荷校准系统具体包括：数字源表1、滤波器2、标准电容器3、电阻器4、静电计5、校准单元(图中未示出)和干燥箱(图中未示出)。
其中，数字源表1、滤波器2、标准电容器3、电阻器4和静电计5依次电性连接，并由校准单元确定参考电荷量，根据参考电荷量和输出电荷量确定校准因子，再根据校准因子校准静电计5的电荷档。同时，干燥箱对滤波器2、标准电容器3和电阻器4进行干燥处理。
数字源表1用于输出电压信号。滤波器2设置于数字源表1与标准电容器3之间，用于消除电信号中的特定频率的电压信号。标准电容器3的输入端与数字源表1的输出端电性连接，用于隔绝输出电压信号中的直流电信号，输出第一电压信号。电阻器4的输入端与标准电容器3的输出端相连，作为输入过载时的电压保护元件。静电计5的输入端与电阻器4的输出端电性连接，对第一电压信号进行电荷测量，得到输出电荷量。校准单元根据数字源表1的输出电压信号和标准电容器3的电容值确定参考电荷量，根据参考电荷量和输出电荷量确定校准因子，根据校准因子校准静电计的电荷档。干燥箱容置标准电容器3和电阻器4。
此外，数字源表1与标准电容器3之间的连接线接头采用刺刀螺母连接器(BayonetNut Connector，BNC)，标准电容器3与电阻器4之间的连接线接头也采用BNC接头，电阻器4与静电计5之间的连接线接头也采用BNC接头。优选的，数字源表1采用keithley 2410-C型带接触检测的高压数字源表，静电计5的型号为6517B。
以上是对本实施例提供的微弱电荷校准系统的各个器件、它们之间的连接关系进行了介绍，下面结合图1，对微弱电荷校准系统的完整结构和工作原理进行详述。
数字源表1主要为微弱电荷校准系统提供稳定已知并且经过校准过的电压。滤波器2是由电容、电感和电阻组成的滤波电路，可以对电压信号中特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除，从而得到一个特定频率的电压信号或消除一个特定频率后的电压信号。标准电容器3主要从补偿电抗的角度改善系统电压，以减少电能损耗，提高系统的稳定性，隔绝直流。电阻器4作为输入过载时的电压保护元件，调节稳定电压。静电计5采集电路中的电荷，校准单元利用实验数据确定校准因子，并对静电计进行电荷档的校准。干燥箱对系统中的相关仪器进行干燥处理，避免仪器由于受潮漏电而影响测量校准结果。
在本实施例中，首先对数字源表1的电压档进行校准，然后将校准之后的数字源表1与滤波器2、标准电容器3、电阻器4、静电计5依次电性连接，并将滤波器2、标准电容器3和电阻器4放置到干燥箱内，尽可能减少仪器受潮等外界干扰。当进行实验数据测量时，开启数字源表1，数字源表1电压的输出值为0V，静电计5的电荷档显示读数，此时的读数记为误差电荷值并进行记录。然后用数字源表1依次提供多个电压值，由静电计5输出多个输出电荷量，利用输出电荷量减去误差电荷值得到采集电荷量，并根据标准电容器3的电容值和数字源表1输出的电压值计算得到实际电荷量。之后，将多组采集电荷量和实际电荷量绘制成横坐标为实际电荷量、纵坐标为采集电荷量的拟合曲线，根据拟合曲线得到采集电荷量和实际电荷量的线性关系，线性斜率即校准因子，从而对静电计的电荷档进行校准。
在具体的实验过程中，电路中连接的器件数越多，漏电的几率便越大，为尽量避免漏电，保证实验数据的准确性，考虑将电路中的滤波器2去掉，因此，将实验电路中的滤波器2去除，再次按照上述方法对静电计5的电荷档进行测量校准，并将所得到的数据与有滤波器2时的实验数据进行对比，如果数据结果基本一致，也就是说，滤波器2存在与否，对实验结果的影响基本可以忽略，说明实验仪器的输出信号稳定可靠，故为降低漏电的发生概率，采用不使用滤波器2时的实验数据对静电计5的电荷档进行校准。
本发明实施例提供的微弱电荷校准系统，采用间接的测量方法，对小电流仪的电荷档进行测量和校准，同时，将相关的校准器件放置于干燥箱中，解决了电容器等器件由于受潮引发的漏电问题，校准因子可重复性高，在低高湿度两种环境中，该校准方法相对于现有技术中的校准方法不确定度较低，扩大了校准系统的适用范围，能够广泛应用于各种小电流测量仪器电荷档的校准、检定等工作，解决了电荷测量校准等方面的难题，并且不会因环境的湿度影响实验测量及其测量结果，实用性强。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种微弱电荷校准系统，其特征在于，所述校准系统包括：
数字源表，用于输出电压信号；
标准电容器，所述标准电容器的输入端与所述数字源表的输出端电性连接，用于隔绝所述输出电压信号中的直流电信号，输出第一电压信号；
电阻器，所述电阻器的输入端与所述标准电容器的输出端相连，作为输入过载时的电压保护元件；
静电计，所述静电计的输入端与所述电阻器的输出端电性连接，对所述第一电压信号进行电荷测量，得到输出电荷量；
校准单元，根据所述数字源表的输出电压信号和标准电容器的电容值确定参考电荷量，根据所述参考电荷量和所述输出电荷量确定校准因子，根据所述校准因子校准所述静电计的电荷档；
干燥箱，容置所述标准电容器和所述电阻器。
2.根据权利要求1所述的微弱电荷校准系统，其特征在于，所述校准系统还包括滤波器，所述滤波器设置于所述数字源表与所述标准电容器之间，用于消除所述电信号中的特定频率的电压信号。
3.根据权利要求1所述的微弱电荷校准系统，其特征在于，所述数字源表与所述标准电容器之间的连接线接头采用刺刀螺母连接器BNC接头。
4.根据权利要求1所述的微弱电荷校准系统，其特征在于，所述标准电容器与所述电阻器之间的连接线接头采用BNC接头。
5.根据权利要求1所述的微弱电荷校准系统，其特征在于，所述电阻器与所述静电计之间的连接线接头采用BNC接头。
6.根据权利要求1所述的微弱电荷校准系统，其特征在于，所述数字源表采用keithley2410-C型带接触检测的高压数字源表。
7.根据权利要求1所述的微弱电荷校准系统，其特征在于，所述静电计的型号为6517B。
CN201711472222.3A 2017-12-29 2017-12-29 一种微弱电荷校准系统 Pending CN108226840A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711472222.3A CN108226840A (zh) 2017-12-29 2017-12-29 一种微弱电荷校准系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711472222.3A CN108226840A (zh) 2017-12-29 2017-12-29 一种微弱电荷校准系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108226840A true CN108226840A (zh) 2018-06-29

Family

ID=62645769

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711472222.3A Pending CN108226840A (zh) 2017-12-29 2017-12-29 一种微弱电荷校准系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108226840A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110702807A (zh) * 2019-09-10 2020-01-17 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院 一种可实现自动校准的fid微电流放大器及其校准方法
CN111458378A (zh) * 2020-05-20 2020-07-28 北京圣通和科技有限公司 空气离子检测仪信号放大器校准装置及校准方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101551420A (zh) * 2009-05-08 2009-10-07 北京航空航天大学 一种mems器件微弱电容检测电路
CN101702012A (zh) * 2009-11-24 2010-05-05 中国西电电气股份有限公司 一种局部放电量测量的视在电荷校准器
CN103178708A (zh) * 2013-02-06 2013-06-26 北京东方计量测试研究所 静态电荷源及其校准方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101551420A (zh) * 2009-05-08 2009-10-07 北京航空航天大学 一种mems器件微弱电容检测电路
CN101702012A (zh) * 2009-11-24 2010-05-05 中国西电电气股份有限公司 一种局部放电量测量的视在电荷校准器
CN103178708A (zh) * 2013-02-06 2013-06-26 北京东方计量测试研究所 静态电荷源及其校准方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
康佳佳等: "微弱电离电荷校准系统构建", 《核电子学与探测技术》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110702807A (zh) * 2019-09-10 2020-01-17 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院 一种可实现自动校准的fid微电流放大器及其校准方法
CN110702807B (zh) * 2019-09-10 2022-04-19 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院 一种可实现自动校准的fid微电流放大器及其校准方法
CN111458378A (zh) * 2020-05-20 2020-07-28 北京圣通和科技有限公司 空气离子检测仪信号放大器校准装置及校准方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN204613137U (zh) 空气负离子浓度检测仪
CN103513195B (zh) 霍尔传感器测量系统及温度补偿方法
CN105911106B (zh) Gis设备的绝缘气体状态检测系统
CN102096057B (zh) 一种电容测量电路的校准方法及装置
CN105547126A (zh) 一种电涡流位移传感器
CN108918980A (zh) 一种电容信号测量电路及测量方法
CN110231071B (zh) 一种基于电容式传感器的液位测量装置
CN106841935A (zh) 用于绝缘介质老化状态评估的时域测试系统及评估方法
CN108226840A (zh) 一种微弱电荷校准系统
CN108089143B (zh) 分压电路参数的检测电路、方法及电能计量芯片
CN114594305A (zh) 一种差分式非接触电压传感器
CN105424767A (zh) 湿度传感器芯片大批量生产的测试装置及测试方法
CN102062848A (zh) 一种绝缘油耐压测试仪输出电压的校准装置
CN111693580B (zh) 一种电容式土壤水分监测系统及方法
CN203249991U (zh) 用于变压器感应电压试验的装置
CN104678339B (zh) 一种用于探针式微波电压测量系统的校准装置、系统及方法
CN208969228U (zh) 一种带电直导线周围磁场的磁传感器动静态特性标定装置
CN205880124U (zh) 用于绝缘介质老化状态评估的时域测试系统
CN203414434U (zh) 一种用于电阻式水份测量传感器的电路
CN103472096B (zh) 一种用于电阻式水份测量传感器的电路的测量方法
CN106405465A (zh) 一种电压互感器测量误差校验方法
CN208399668U (zh) 一种0.1Hz频率下介质损耗校准系统
CN204228286U (zh) 一种水分仪用温度采集电路
CN204116446U (zh) 一种用于高压变频器的电压和频率测量装置
Zhang et al. Research and application of a new soil moisture sensor

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180629

RJ01 Rejection of invention patent application after publication