提出了一種基于數(shù)字比例技術(shù)的高精度交流電橋設(shè)計,該電橋能在100 Hz～100 kHz頻率范圍內(nèi)實現(xiàn)四端對標(biāo)準(zhǔn)電阻、電感及電容的高精度比較測量。提出的新型高隔離度模擬開關(guān)電路能在保證電橋測量精度的前提下,提高電橋的測量速度。橋路的負(fù)反饋環(huán)路能克服數(shù)字信號源的有限分辨率對電橋的平衡時間和平衡精度影響,進(jìn)一步優(yōu)化測量過程。基于電橋的分布參數(shù)模型,分析了電橋在平衡過程中所產(chǎn)生的泄露電流對數(shù)字比例的影響,并提出修正方法。該數(shù)字交流電橋在1 kHz頻率下測量兩路矢量電壓典型幅值比的標(biāo)準(zhǔn)不確定度可達(dá)6μV/V,相位差標(biāo)準(zhǔn)不確定度10μrad,在典型頻率與量程范圍內(nèi)的阻抗量值相對測量不確定度優(yōu)于3×10^-5（k=3）。 

【文章來源】：儀器儀表學(xué)報. 2020,41(07)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

數(shù)字交流電橋原理

圖2所示為測量四端對標(biāo)準(zhǔn)阻抗的單通道數(shù)字阻抗電橋改進(jìn)方案,Zn代表標(biāo)準(zhǔn)阻抗,Zx代表待測阻抗,線路中加入扼流圈確保同軸線芯皮電流等大反向,減小電流泄露造成的影響。A1、A2是功率放大器,提高信號源的驅(qū)動能力。放大器A3和注入變壓器TR構(gòu)成自動負(fù)反饋輔助平衡環(huán)路,其中A3是負(fù)反饋環(huán)路增益放大環(huán)節(jié),注入變壓器TR的變比為10∶1。單刀雙擲模擬開關(guān)(K1、K2、K3和K4)用于切換兩個阻抗高低電壓端信號。開關(guān)掛載的匹配阻抗(Z1、Z2、Z3和Z4)與跟隨器(A5和A6)的輸入阻抗(Z5、Z6)相等,當(dāng)模擬開關(guān)切換信號時,可以避免平衡橋路的電位的波動,提高測量穩(wěn)定性。采用單通道A/D采樣建立數(shù)字比例技術(shù),可避免不同采樣器的非線性失真對數(shù)字比例的影響。電橋采用NI- 5922作為數(shù)字采樣設(shè)備,其輸入端采用全差分模式,且采樣器的10 MHz參考時鐘與可調(diào)信號源DDS的參考時鐘相同。受DDS分辨率影響,電橋Wanger平衡條件不完善時,對中高阻測量有較大影響。加入放大器A3和TR構(gòu)成的負(fù)反饋環(huán)路能降低不平衡影響,因:

式中:當(dāng)增益系數(shù)a趨于+∞時,中心點(diǎn)電位V n L 必然趨于0。如圖3所示,圖中V n L 初始電位在1 mV量級,當(dāng)a為104量級時,V n L 點(diǎn)電位可降至10-6量級,從而使得DDS信號源的有限分辨率的影響降至足夠低。傳統(tǒng)的阻抗電橋因V n L 與V x L 之間存在引線電阻,需要執(zhí)行Kelvin平衡,在該電橋中,當(dāng)開關(guān)K1和K3處于導(dǎo)通,K2和K4處于截至?xí)r,兩個跟隨器的輸出電壓差為V x Η -V x L ,而當(dāng)K1和K3處于截至狀態(tài),K2和K4處于導(dǎo)通時,輸出電壓差為V n Η -V n L ,雖然V n L -V x L ≠0,電橋也仍舊滿足:

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于PJVS的交流量子電壓比例研究[J]. 周天地,賈正森,楊雁,石照民,徐熙彤.  儀器儀表學(xué)報. 2020(02)
[2]基于保角變換的微小電容標(biāo)準(zhǔn)建模與設(shè)計[J]. 吳曉媛,楊雁,賀青,遲宗濤.  儀器儀表學(xué)報. 2019(09)



本文編號：3292218