RU2119170C1

RU2119170C1 - Standard of resistance

Info

Publication number: RU2119170C1
Application number: RU93056429A
Authority: RU
Inventors: И.Я. Клебанов; М.Д. Клионский; В.А. Заславский; О.К. Литвинов
Original assignee: Научно-производственное предприятие "Зипнаучприбор"
Priority date: 1993-12-21
Filing date: 1993-12-21
Publication date: 1998-09-20

Abstract

FIELD: electric measurement technology. SUBSTANCE: standard may be used as frequency-independent measure of resistance in range of 1.0-100.0 kOhm. Standard of resistance has screening case housing dielectric substrate and metal foil resistive element with leads. Metal foil element with leads is positioned on one side of dielectric substrate. Standard of resistance is also fitted with current conducting plate and RC circuit made in the form of capacitor and resistor connected in series. Current conducting plate is located on other side of dielectric substrate that is opposite to side carrying metal foil resistive element with leads and is electrically coupled to case. RC circuit is connected to leads of metal foil resistive element with leads. Change of resistance of standard is diminished to thousand fraction of percent with frequencies up to 100.0 kHz and time constant does not exceed several nanoseconds. EFFECT: enhanced operational reliability of standard.

Description

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в качестве образцовой частотнонезависимой меры активного сопротивления преимущественно в диапазоне средних значений сопротивления (1-100 кОм). The invention relates to electrical engineering and can be used as an exemplary frequency-independent measure of active resistance, mainly in the range of average resistance values (1-100 kOhm).

Одной из основных технических и метрологических характеристик образцовой меры является ее нестабильность. Меры активного сопротивления работают на переменном токе. Специфическими характеристиками точности здесь являются амплитудная и фазовая погрешности. Амплитудная погрешность определяет зависимость активного сопротивления меры от частоты протекающего через нее тока, обычно ее называют частотной погрешностью. Частотная погрешность образцовых мер активного сопротивления нормируется при частотах до 100 кГц. Например, для мер 1-го разряда она не должна превышать по абсолютному значению 0,01-0,001% (ГОСТ 8.028-86). Фазовая погрешность равна фазовому углу φ меры, который в свою очередь пропорционален постоянной времени τ (φ = ωτ). В безреактивных мерах сопротивления (в которых приняты меры по компенсации τ ) постоянная времени обычно составляет десятки и сотни наносекунд в зависимости от номинального значения меры. One of the main technical and metrological characteristics of a model measure is its instability. Resistance measures operate on alternating current. The specific accuracy characteristics here are amplitude and phase errors. The amplitude error determines the dependence of the active resistance of the measure on the frequency of the current flowing through it, it is usually called the frequency error. The frequency error of exemplary measures of active resistance is normalized at frequencies up to 100 kHz. For example, for measures of the 1st category, it should not exceed 0.01-0.001% in absolute value (GOST 8.028-86). The phase error is equal to the phase angle φ of the measure, which in turn is proportional to the time constant τ (φ = ωτ). In non-reactive resistance measures (in which measures were taken to compensate for τ), the time constant is usually tens or hundreds of nanoseconds, depending on the nominal value of the measure.

Таким образом, точность меры на переменном токе определяется наряду с нестабильностью также ее частотной погрешностью и постоянной времени. Thus, the accuracy of the measure on alternating current is determined along with the instability of its frequency error and time constant.

Особенность рассматриваемого диапазона средних значений сопротивления состоит в том, что частотная погрешность мер активного сопротивления является отрицательной, т.е. сопротивление уменьшается с ростом частоты. Это обусловлено в основном шунтирующим влиянием диэлектрической подложки (или диэлектрического каркаса), на которую нанесены (или намотаны) резистивные элементы. Сопротивление изоляции R_д диэлектрической подложки можно определить из известной формулы

где ω - круговая частота, равная 2 πf ;
f - частота;
C_д - емкость диэлектрика;
tgσ - тангенс угла диэлектрических потерь.The peculiarity of the considered range of average resistance values is that the frequency error of the measures of active resistance is negative, i.e. resistance decreases with increasing frequency. This is mainly due to the shunting effect of the dielectric substrate (or dielectric frame) on which resistive elements are applied (or wound). The insulation resistance R _{d of the} dielectric substrate can be determined from the known formula

where ω is the circular frequency equal to 2 πf;
f is the frequency;
C _d - dielectric capacitance;
tgσ is the dielectric loss tangent.

Отсюда видно, что с ростом частоты сопротивление R_д уменьшается и шунтирующий эффект возрастает, т.е. сопротивление меры уменьшается.This shows that with increasing frequency, the resistance R _d decreases and the shunt effect increases, i.e. resistance measures are reduced.

Из-за влияния емкости диэлектрической подложки постоянная времени мер в рассматриваемом диапазоне сопротивления также является отрицательной (в общем случае τ = L/R - RC, но здесь первый член чрезвычайно мал). Due to the influence of the capacitance of the dielectric substrate, the time constant of the measures in the considered resistance range is also negative (in the general case, τ = L / R - RC, but here the first term is extremely small).

Известны меры активного сопротивления в виде безреактивных катушек сопротивления R361, выполненных из провода марки "манганин", намотанного на фарфоровом каркасе. С целью уменьшения постоянной времени в них использованы специальные виды намотки, секционирование и специальное соединение секций [1] . Значительные геометрические размеры мер, большое количество витков и диэлектрические потери в каркасе приводят к существенным частотным погрешностям порядка 0,02-0,5% уже при частотах 1-10 кГц; постоянная времени составляет 50-500 нс. Known resistance measures in the form of non-reactive resistance coils R361, made of wire brand "manganese", wound on a porcelain frame. In order to reduce the time constant, they used special types of winding, sectioning and special connection of sections [1]. Significant geometric dimensions of the measures, a large number of turns and dielectric losses in the frame lead to significant frequency errors of the order of 0.02-0.5% already at frequencies of 1-10 kHz; the time constant is 50-500 ns.

Более поздние меры активного сопротивления P770 - P772 выполнены из высокоомного провода и микропровода в стеклянной изоляции, намотанных на керамическом каркасе [2] . Это позволило несколько уменьшить размеры резистивного элемента и его "остаточные" реактивные параметры. Постоянная времени уменьшилась и составила 10-100 нс. Благодаря применению изоляционного каркаса с высокими диэлектрическими характеристиками частотная погрешность также уменьшилась и составила по абсолютному значению (0,01-0,05)% при частотах до 20 кГц. Однако указанные погрешности не удовлетворяют современным требованиям. Кроме того, нестабильность мер составляет 0,01-0,005%, что более чем на порядок хуже нестабильности мер сопротивления постоянного тока тех же номиналов. Later P770 - P772 resistance measures are made of high-resistance wire and a microwire in glass insulation, wound on a ceramic frame [2]. This made it possible to slightly reduce the size of the resistive element and its "residual" reactive parameters. The time constant decreased and amounted to 10-100 ns. Due to the use of an insulating frame with high dielectric characteristics, the frequency error also decreased and amounted in absolute value (0.01-0.05)% at frequencies up to 20 kHz. However, these errors do not satisfy modern requirements. In addition, the instability of measures is 0.01-0.005%, which is more than an order of magnitude worse than the instability of DC resistance measures of the same ratings.

Известна мера активного сопротивления с весьма малой частотной погрешностью (менее 0,01% на 20 кГц) и малой постоянной времени (менее 30 нс), выполненная в виде Т-образной цепи из трех резисторов [3]. Уменьшение частотной погрешности и постоянной времени в мере достигается шунтированием RC-цепью одного из резисторов. Меру можно реализовать только для больших сопротивлений, начиная с 1 МОм. Применение же шунтирующей RC - цепи в других известных мерах активного сопротивления не только не дает преимуществ, но и ухудшает свойства меры: подключение RC-цепи параллельно резистивному элементу меры уменьшает его сопротивление, а частотная погрешность меры итак является отрицательной. То же произойдет с постоянной времени меры: она станет более отрицательной, т.е. возрастет по абсолютному значению. A known measure of active resistance with a very small frequency error (less than 0.01% at 20 kHz) and a small time constant (less than 30 ns), made in the form of a T-shaped circuit of three resistors [3]. Reducing the frequency error and the time constant in the measure is achieved by shunting the RC circuit of one of the resistors. A measure can only be implemented for large resistances starting at 1 MΩ. The use of a shunt RC circuit in other known active resistance measures not only does not give advantages, but also worsens the properties of the measure: connecting the RC circuit parallel to the resistive element of the measure reduces its resistance, and the frequency error of the measure is therefore negative. The same will happen with the time constant of the measure: it will become more negative, i.e. will increase in absolute value.

Дальнейшее уменьшение частотной погрешности и постоянной времени у мер активного сопротивления при одновременном повышении их стабильности возможно при использовании металлофольговых резисторов. Резистивный элемент в них изготавливается из плоской резистивной высокоомной фольги в виде прямоугольных меандров. Высокая плотность резистивных полос и малая толщина, составляющая единицы и десятки микрометров, приводят к резкому уменьшению гоеметрических размеров меры, что позволяет применять ее при повышенных частотах. Нестабильность мер составляет 0,001-0,00005% и находится на уровне показателей самых точных мер сопротивления постоянного тока, а в ряде случаев превосходит его. A further decrease in the frequency error and time constant for measures of active resistance while increasing their stability is possible using metal-foil resistors. The resistive element in them is made of a flat resistive high-resistance foil in the form of rectangular meanders. The high density of the resistive strips and the small thickness of units and tens of micrometers lead to a sharp decrease in the geometric dimensions of the measure, which allows its use at higher frequencies. Instability of measures is 0.001-0.00005% and is at the level of indicators of the most accurate measures of direct current resistance, and in some cases exceeds it.

Известна мера активного сопротивления, которая по совокупности существенных признаков наиболее близка заявляемой мере и принята нами за прототип [4] . Известная мера (фиг. 1) содержит экранирующий корпус, внутри которого расположены диэлектрическая подложка и металлофольговый резистивный элемент с выводами, при этом металлофольговый резистивный элемент с выводами размещен на одной из сторон диэлектрической подложки. В известной мере происходит шунтирование металлофольгового резистивного элемента с выводами диэлектрической подложкой. Активная проводимость диэлектрической подложки увеличивает частотную погрешность меры, а емкость увеличивает постоянную времени. Так, для меры MC-3006 10 кОм кл. точности 0,001 частотная погрешность составляет -(0,08-0,12)% на частоте 100 кГц, а постоянная времени -(40-60) нс. A known measure of active resistance, which, in terms of the set of essential features, is closest to the claimed measure and is accepted by us as a prototype [4]. The known measure (Fig. 1) contains a shielding case, inside of which there is a dielectric substrate and a metal-foil resistive element with leads, while the metal-foil resistive element with leads is placed on one side of the dielectric substrate. To a certain extent, the metal-foil resistive element is bypassed with the terminals of the dielectric substrate. The active conductivity of the dielectric substrate increases the frequency error of the measure, and the capacitance increases the time constant. So, for the MC-3006 measure, 10 kΩ cl. accuracy of 0.001, the frequency error is - (0.08-0.12)% at a frequency of 100 kHz, and the time constant is (40-60) ns.

Задачей настоящего изобретения является создание меры активного сопротивления, обладающей малыми частотной погрешностью и постоянной времени. Это достигается благодаря уменьшению шунтирующего влияния диэлектрической подложки на металлофольговый резистивный элемент с выводами. The objective of the present invention is to provide a measure of active resistance with low frequency error and time constant. This is achieved by reducing the shunt effect of the dielectric substrate on the metal foil resistive element with leads.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что мера активного сопротивления, содержащая экранирующий корпус, внутри которого расположены диэлектрическая подложка и металлофольговый резистивный элемент с выводами, при этом металлофольговый резистивный элемент с выводами размещен на одной из сторон диэлектрической подложки, снабжена электропроводящей пластиной и RC-цепью, которая выполнена в виде последовательно соединенных конденсатора и резистора, при этом электропроводящая пластина размещена на диэлектрической подложке на другой из ее сторон, которая противоположна той стороне, на которой расположен металлофольговый резистивный элемент с выводами, и электрически соединена с корпусом, а RC-цепь подключена к выводам металлофольгового резистивного элемента с выводами. The essence of the invention lies in the fact that a measure of active resistance, containing a shielding case, inside which there is a dielectric substrate and a metal foil resistive element with leads, while the metal foil resistive element with leads is placed on one side of the dielectric substrate, equipped with an electrically conductive plate and an RC circuit which is made in the form of a series-connected capacitor and resistor, while the electrically conductive plate is placed on a dielectric substrate e by the other of its sides which is opposite to the side on which the metallofolgovy resistive element with pin, and electrically connected to the housing, and RC-circuit is connected to the terminals of the resistive element metallofolgovogo conclusions.

В предлагаемой мере существенно снижена частотная погрешность, а постоянная времени практически сведена к нулю. Снижение частотной погрешности достигается благодаря тому, что электропроводящая пластина, подключенная к корпусу, переворачивает знак частотной погрешности (она становится положительной, т. е. теперь сопротивление возрастает с ростом частоты), а RC-цепь компенсирует это изменение за счет шунтирования металлофольгового резистивного элемента с выводами. Оставшаяся нескомпенсированной часть частотной погрешности зависит от подбора элементов RC-цепи, чувствительности измерительной аппаратуры и может быть уменьшена по сравнению с прототипом на 1,5-2 порядка. Уменьшение постоянной времени достигается за счет того, что при наличии электропроводящей пластины емкость диэлектрической подложки пересчитывается в эквивалентную последовательную индуктивность, что соответствует положительной постоянной времени. Положительное τ компенсируется за счет емкости той же RC-цепи. In the proposed measure, the frequency error is significantly reduced, and the time constant is practically reduced to zero. Reducing the frequency error is achieved due to the fact that the electrically conductive plate connected to the housing reverses the sign of the frequency error (it becomes positive, i.e., now the resistance increases with increasing frequency), and the RC circuit compensates for this change by shunting the metal-foil resistive element with conclusions. The remaining uncompensated part of the frequency error depends on the selection of the elements of the RC circuit, the sensitivity of the measuring equipment and can be reduced by 1.5-2 orders of magnitude in comparison with the prototype. The decrease in the time constant is achieved due to the fact that in the presence of an electrically conductive plate, the capacitance of the dielectric substrate is converted to the equivalent series inductance, which corresponds to a positive time constant. Positive τ is compensated by the capacitance of the same RC circuit.

Изобретение поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 - мера-прототип; на фиг. 2 - предлагаемая мера активного сопротивления; на фиг. 3 - электрическая схема замещения предлагаемой меры; на фиг. 4 - эквивалентное преобразование электрической схемы. The invention is illustrated by graphic materials, where in FIG. 1 - measure prototype; in FIG. 2 - a proposed measure of active resistance; in FIG. 3 - electrical equivalent circuit of the proposed measure; in FIG. 4 - equivalent conversion of an electrical circuit.

Предлагаемая мера содержит (фиг. 2) экранирующий корпус 1, диэлектрическую подложку 2, и размещенный на ней металлофольговый резистивный элемент 3 с двумя парами токовых и потенциальных выводов 4 и 5. С другой стороны диэлектрической подложки 2 размещена электропроводящая пластина 6, электрически соединенная с корпусом 1, а к выводам 4 и 5 подключена RC - цепь из последовательно соединенных конденсатора 7 и резистора 8. The proposed measure contains (Fig. 2) a shielding housing 1, a dielectric substrate 2, and a metal-foil resistive element 3 placed on it with two pairs of current and potential leads 4 and 5. On the other side of the dielectric substrate 2 there is an electrically conductive plate 6 electrically connected to the housing 1, and RC 4 is connected to pins 4 and 5 - a circuit from a series-connected capacitor 7 and resistor 8.

Утечка тока с металлофольгового резистивного элемента 3 на электропроводящую пластину 6 обусловлены наличием емкости и активной проводимости диэлектрической подложки 2. В общем случае эти параметры являются распределенными, но для расчетов их можно представить в виде сосредоточенных емкости C_д и активной проводимости G_д, приложенных в центре металлофольгового резистивного элемента 3 (фиг. 3). Металлофольговый резистивный элемент 3 при этом представляют в виде последовательного соединения двух резисторов, каждый из которых имеет сопротивление, равное 0,5 R_м, где R_м - сопротивление меры. Кроме того, на электрической схеме обозначены: R_ш - сопротивление части диэлектрической подложки 2, шунтирующее сопротивление меры и обусловленное токами утечки между соседними резистивными полосками по поверхности диэлектрической подложки, C_ш - емкость металлофольгового резистивного элемента 3, обусловленная емкостью между его выводами 4 и 5 и емкостью между резистивными полосами по воздуху и частично через диэлектрическую подложку 2; C и R - емкость и сопротивление конденсатора 7 и резистора 8 соответственно.The current leakage from the metal-foil resistive element 3 to the electrically conductive plate 6 is due to the presence of capacitance and active conductivity of the dielectric substrate 2. In general, these parameters are distributed, but for calculations they can be represented as concentrated capacitance C _d and active conductivity G _d applied in the center metal foil resistive element 3 (Fig. 3). In this case, the metal foil resistive element 3 is represented as a series connection of two resistors, each of which has a resistance of 0.5 R _m , where R _m is the resistance of the measure. In addition, the electrical diagram shows: R _W - the resistance of part of the dielectric substrate 2, the shunt resistance of the measure and due to leakage currents between adjacent resistive strips on the surface of the dielectric substrate, C _W - the capacitance of the metal-foil resistive element 3, due to the capacitance between its terminals 4 and 5 and a capacitance between the resistive strips through the air and partially through the dielectric substrate 2; C and R are the capacitance and resistance of the capacitor 7 and the resistor 8, respectively.

Экранированная мера представляет собой трехполюсник. Современные мосты переменного тока, для поверки которых предназначена предлагаемая мера, построены таким образом, что в них измеряется проходное сопротивление трехполюсника. The shielded measure is a three-terminal device. Modern AC bridges, for verification of which the proposed measure is intended, are constructed in such a way that the passage resistance of a three-terminal device is measured in them.

Учтем влияние диэлектрической подложки 2 на комплексное проходное сопротивление Z_м между выводами 4 и 5. Для этого преобразуем звезду из трех элементов: 0,5R_м; 0,5R_м и Y_д = G_д + jωC_д - в треугольник (фиг. 4);

(1)
Представляя Z_м = R_м + j ω L_м, получаем значения вносимых сопротивления R' и индуктивности L в виде:

(2)

,(3)
где tgσ_д- тангенс угла диэлектрических потерь подложки, равный G_д/ ω C_д.We take into account the influence of the dielectric substrate 2 on the complex passage resistance Z _m between

terminals

4 and 5. For this, we transform a star of three elements: 0.5R _m ; 0.5R _m and Y _d = G _d + jωC _d - in a triangle (Fig. 4);

(1)
Representing Z _m = R _m + j ω L _m , we obtain the values of the introduced resistance R 'and inductance L in the form:

(2)

, (3)
where tgσ _d is the tangent of the dielectric loss angle of the substrate, equal to G _d / ω C _d .

Формула (2) подтверждает вывод о том, что влияние диэлектрической подложки 2 при наличии электропроводящей пластины 6, имеющей потенциал экрана, проявляется в увеличении активного сопротивления меры с ростом частоты, т.е. знак частотной погрешности по сравнению с прототипом изменяется на противоположный. Знак постоянной времени тоже изменяется, т.к. вносимая индуктивность L соответствует положительной постоянной времени. Formula (2) confirms the conclusion that the influence of the dielectric substrate 2 in the presence of an electrically conductive plate 6 having a screen potential manifests itself in an increase in the active resistance of the measure with increasing frequency, i.e. the sign of the frequency error compared to the prototype is reversed. The sign of the time constant also changes, because the introduced inductance L corresponds to a positive time constant.

Преобразуем последовательную RC-цепь из конденсатора 7 и резистора 8 в параллельную цепь с параметрами R_р и C_р:
R_р = R (1 + 1 / tg² σ ) (4)
C_р = C/(1 + tg² σ) ,(5)
где tg σ = ωRC .Convert the serial RC circuit from the capacitor 7 and the resistor 8 into a parallel circuit with the parameters R _p and C _p :
R _p = R (1 + 1 / tg ² σ) (4)
C _p = C / (1 + tan ² σ), (5)
where tg σ = ωRC.

Емкость и сопротивление последовательной RC-цепи имеют значения: C = 1-20 пФ, R = 30 кОм - 1 МОм при частотах 1 - 10 кГц. The capacitance and resistance of a serial RC circuit are: C = 1-20 pF, R = 30 kΩ - 1 MΩ at frequencies of 1-10 kHz.

Наибольшее значение tgσ соответствует мере 100 кОм на 20 кГц, при этом C= 1 пФ, R=820 кОм. Соответственно tgσ=6,3 • 2•10E4•8,2•10E5• 1,1E-12 ≈ 0,1. Поэтому можно пренебречь значением tg²σ по сравнению с единицей в формуле (5) и единицей по сравнению с величиной 1 / tg²σ в формуле (4), после чего получают
C_р = C, (6)

(7)
Относительную частотную погрешность меры σf с учетом всех влияющих величин можно представить в виде:
σ_f== (σ₁-σ₂)-σ₃=σ_п-σ_з , (8)
где

(9)

(10)

(11)
Постоянная времени меры t равна:
τ=(τ₁-τ₂)-τ₃=τ_п-τ_з ,(12)
где

(13)
τ₂=R_мC_ш (14)
τ₃= R_м•C (15)
В формулы (8) и (12) входят члены с противоположными знаками, поэтому подбором величин C_д, C и R (при заданном tgσ_д подложки 2) можно добиться компенсации частотной погрешности и постоянной времени.The highest tgσ value corresponds to at least 100 kOhm at 20 kHz, with C = 1 pF, R = 820 kOhm. Accordingly, tgσ = 6.3 • 2 • 10E4 • 8.2 • 10E5 • 1.1E-12 ≈ 0.1. Therefore, we can neglect the value of tan ² σ in comparison with the unit in the formula (5) and the unit in comparison with the value 1 / tan ² σ in the formula (4), and then get
C _p = C, (6)

(7)
The relative frequency error of the measure σf, taking into account all the influencing quantities, can be represented as:
σ _f == (σ ₁ -σ ₂ ) -σ ₃ = σ _n -σ _s , (8)
Where

(nine)

(ten)

(eleven)
The time constant of the measure t is equal to:
τ = (τ ₁ -τ ₂ ) -τ ₃ = τ _p -τ _s , (12)
Where

(13)
τ ₂ = R _m C _w (14)
τ ₃ = R _m • C (15)
Formulas (8) and (12) include terms with opposite signs, therefore, by choosing the values of C _d , C, and R (for a given tgσ _{d of} substrate 2), it is possible to compensate for the frequency error and the time constant.

Процесс настройки состоит в следующем. После введения в меру электропроводящей пластины 6 подбирают на максимальной рабочей частоте емкость C так, чтобы новые значения частотной погрешности σ_п= σ₁- σ₂ (см. ф-лу (8)) и постоянной времени τ_п=τ₁-τ₂ (см. ф-лу (12)) стали положительными. Очевидно, что этого можно достигнуть, изменяя толщину или диэлектрическую проницаемость подложки 2. Набор материалов, из которых изготавливают диэлектрическую подложку металлофольговых резисторов, ограничен: это стеклоцемент с примесью, диэлектрическая проницаемость которого ε_r=7-8. Исходя из приемлемых габаритных размеров и технологических особенностей производства, толщину диэлектрической подложки можно изменять в ограниченных пределах 1,5-4 мм. Поэтому изменением емкости C_д невозможно обеспечить полную компенсацию частотной погрешности или постоянной времени, а тем более невозможно скомпенсировать обе эти величины.The setup process is as follows. After the conductive plate 6 is introduced to the measure, the capacitance C is selected at the maximum operating frequency so that the new values of the frequency error σ _p = σ ₁ - σ ₂ (see formula (8)) and the time constant τ _p = τ ₁ −τ ₂ (see f-lu (12)) became positive. Obviously, this can be achieved by changing the thickness or dielectric constant of the substrate 2. The set of materials from which the dielectric substrate of the metal-foil resistors is made is limited: this is glass cement with an admixture whose dielectric constant ε _r = 7-8. Based on acceptable overall dimensions and technological features of production, the thickness of the dielectric substrate can be changed within a limited range of 1.5-4 mm. Therefore, by changing the capacitance C _d it is impossible to fully compensate for the frequency error or time constant, and even more so it is impossible to compensate for both of these values.

Подключают к выводам 4 и 5 последовательную RC-цепь из конденсатора 7 и резистора 8. Емкость C конденсатора 7 устанавливают из условия полной компенсации величины τ_п, приравняв нулю формулу (12) с учетом ф-лы (15)

(16)
Сопротивление R резистора 8 получают из условия полной компенсации величины σ_п , приравняв нулю формулу (8) с учетом формулы (11)

(17)
Заметим, что компенсирующее сопротивление R обратно пропорционально величине ω², поэтому компенсация частотной погрешности проявляется на частотах, близких верхней границе частотного диапазона, а с уменьшением частоты влияние сопротивления R практически пропадает. Это способствует сохранению точности меры на низких частотах (в т.ч. при аттестации ее на постоянном токе).Connect to pins 4 and 5 a serial RC circuit from a capacitor 7 and a resistor 8. The capacitance C of the capacitor 7 is set from the condition for full compensation of the value of τ _p , setting formula (12) equal to zero, taking into account f-crystals (15)

(sixteen)
The resistance R of the resistor 8 is obtained from the condition of full compensation of the value of σ _p , setting formula (8) equal to zero, taking into account formula (11)

(17)
Note that the compensating resistance R is inversely proportional to the value of ω ² , therefore, the compensation of the frequency error appears at frequencies close to the upper boundary of the frequency range, and with decreasing frequency the effect of the resistance R practically disappears. This helps to maintain the accuracy of the measure at low frequencies (including when attesting it at direct current).

Экспериментальная проверка проводилась на трех серийно выпускаемых мерах сопротивления MC - 300σ 10 кОм, по конструкции полностью соответствующих прототипу. Резистивный элемент мер представляет собой высокоомную фольгу с рисунком в виде прямоугольного меандра, нанесенную на подложку из стеклоцемента (см. фиг. 1). Внешние размеры резистивного элемента 20x30 мм. Диэлектрические параметры подложки: ε_r= 7,5, tgσ_д= 0,01-0,15; толщина 3 мм.The experimental check was carried out on three commercially available resistance measures MC - 300σ 10 kOhm, the design is fully consistent with the prototype. The resistive element of the measures is a high-resistance foil with a pattern in the form of a rectangular meander deposited on a substrate of glass cement (see Fig. 1). The external dimensions of the resistive element are 20x30 mm. Dielectric parameters of the substrate: ε _r = 7.5, tgσ _d = 0.01-0.15; 3 mm thick.

Измерения проводились на аппаратуре ВНИИМ им. Д.И.Менделеева, содержащей мост-компаратор МКС-1 и меры с известными частотными характеристиками, на частоте 100 кГц. Суммарная погрешность аппаратуры составила: по R 0,003%, по τ- 0,3 нс. Отметим, что указанные точности соответствуют предельным возможностям современных средств измерений. Частотную погрешность мер определяли как разность между активным сопротивлением на 100 кГц и сопротивлением на постоянном токе. По результатам измерений частотная погрешность мер MC - 3006 составила σ′= -(0,08-0,12)%, постоянная времени τ′= - (40-60) нс. The measurements were carried out on equipment VNIIM them. D.I. Mendeleev, containing the bridge-comparator MKS-1 and measures with known frequency characteristics, at a frequency of 100 kHz. The total error of the equipment was: for R 0.003%, for τ- 0.3 ns. Note that the indicated accuracy corresponds to the ultimate capabilities of modern measuring instruments. The frequency error of the measures was determined as the difference between the resistance at 100 kHz and the resistance at direct current. According to the measurement results, the frequency error of the MC - 3006 measures was σ ′ = - (0.08-0.12)%, the time constant τ ′ = - (40-60) ns.

Толщина диэлектрической подложки затем была уменьшена до 1,5 мм. Кроме того, в каждой мере на противоположной резистивному слою стороне диэлектрической подложки была размещена электропроводящая пластина в виде осажденного слоя меди, электрически соединенного с металлическим корпусом с помощью проводника. Емкость диэлектрической подложки C_д, рассчитанная по формуле плоского конденсатора, составила 27 пФ. Подстановка этого значения в ф-лы (9) и (13) дает:
σ₁= 0,045 - 0,070%, τ₁= 70 нс.The thickness of the dielectric substrate was then reduced to 1.5 mm. In addition, in each measure on the opposite side of the resistive layer of the dielectric substrate was placed an electrically conductive plate in the form of a deposited layer of copper, electrically connected to a metal casing using a conductor. The capacitance of the dielectric substrate C _d calculated by the formula of a flat capacitor was 27 pF. Substitution of this value in the form (9) and (13) gives:
σ ₁ = 0.045 - 0.070%, τ ₁ = 70 ns.

Эти величины являются положительными и близкими по абсолютному значению первоначальным значениям σ′ и τ′ , следовательно, можно ожидать, что результирующие частотная погрешность σ_п и постоянная времени t_п будут также положительными. Здесь следует отметить, что величины σ₁ и τ₁ могут быть меньше по абсолютному значению первоначальных величин σ′ и τ′ , т.к. после введения металлической поверхности шунтирующий эффект диэлектрической подложки существенно ослабляется, вследствие чего величины σ₂ и τ₂ составят лишь часть от σ′ и τ′ .
Результаты измерений подтверждают положительный знак величин σ_п и τ_п (таблица, графа 3).These values are positive and close in absolute value to the initial values of σ ′ and τ ′; therefore, it can be expected that the resulting frequency error σ _p and the time constant t _p will also be positive. It should be noted here that the values of σ ₁ and τ ₁ may be smaller in absolute value of the initial values of σ ′ and τ ′, since after the introduction of the metal surface, the shunt effect of the dielectric substrate is significantly weakened, as a result of which the values of σ ₂ and τ ₂ will make up only a fraction of σ ′ and τ ′.
The measurement results confirm the positive sign of the values of σ _p and τ _p (table, column 3).

Значения C и R последовательной RC-цепи определяют по формулам (16) и (17):
C = 1-1,5 пФ (принято 1,5 пФ);
R = 33-55 кОм.The values of C and R of a serial RC circuit are determined by formulas (16) and (17):
C = 1-1.5 pF (1.5 pF accepted);
R = 33-55 kΩ.

Окончательные значения частотной погрешности и постоянной времени:
σ_f = ±(0,001 - 0,005)%;
t = - (0,3 - 5) нс.The final values of the frequency error and time constant:
σ _f = ± (0.001 - 0.005)%;
t = - (0.3 - 5) ns.

Сравнение данных, приведенных в таблице, показывает, что частотная погрешность мер уменьшена в (25 - 80) раз, т.е. приблизительно на 1,5 - 2 порядка. Постоянная времени уменьшена до уровня, соответствующего чувствительности и погрешности средства измерений. A comparison of the data given in the table shows that the frequency error of the measures is reduced by (25 - 80) times, i.e. approximately 1.5 to 2 orders of magnitude. The time constant is reduced to a level corresponding to the sensitivity and error of the measuring instrument.

Таким образом, в предлагаемой мере устраняется влияние диэлектрической подложки на металлофольговый резистивный элемент, что позволяет создавать меры с частотной зависимостью, не превышающей тысячные доли процента на 100 кГц, и с постоянной времени, практически близкой нулю. Thus, the proposed measure eliminates the influence of the dielectric substrate on the metal-foil resistive element, which makes it possible to create measures with a frequency dependence not exceeding thousandths of a percent at 100 kHz and with a time constant almost close to zero.

Источники информации
1. Нестеренко А. Д. Основы расчета электроизмерительных схем уравновешивания. Киев, 1960, Изд. АН УССР.Sources of information
1. Nesterenko A. D. Fundamentals of calculating electrical balancing balancing schemes. Kiev, 1960, ed. USSR Academy of Sciences.

2. Катушки электрического сопротивления измерительные безреактивные типа КСИБ Р765-Р772. ВТУ ОПИ. 534.070-68. 2. Coils of electrical resistance measuring non-reactive type KSIB R765-R772. VTU OPI. 534.070-68.

3. Патент РФ N 2028631 от 9.02.95. Мера большого сопротивления. Авторы: Клионский М.Д., Клебанов И.Я., др. 3. RF patent N 2028631 dated 9.02.95. A measure of great resistance. Authors: Klonsky M.D., Klebanov I.Ya., etc.

4. Меры электрического сопротивления однозначные типов MC 3005, MC 3006, MC 3007 ТУ 303-10.0035-91. 4. Measures of electrical resistance unambiguous types MC 3005, MC 3006, MC 3007 TU 303-10.0035-91.

Claims

A measure of active resistance, comprising a shielding case, inside of which there is a dielectric substrate and a metal foil resistive element with leads, and the metal foil resistive element with leads is placed on one side of the dielectric substrate, characterized in that the measure of active resistance is provided with an electrically conductive plate and an RC circuit, which is made in the form of a series-connected capacitor and resistor, while the electrically conductive plate is placed on a dielectric substrate on another one of its sides, which is opposite to the side on which the metal-foil resistive element with leads is located, and is electrically connected to the housing, and the RC circuit is connected to the terminals of the metal-foil resistive element with leads.