焦耳天平兩種互感測量技術(shù)比較研究.pdf

1、國際單位制7個基本單位中唯有質(zhì)量單位Kg仍由實物基準復(fù)現(xiàn),為了實現(xiàn)它的量子化,多種方案正在探索研究,如“功率天平”方案、“硅球”方案與“焦耳天平”方案等,其中“焦耳天平”方案是由中國計量科學研究院(NIM)提出?；ジ辛恐档木_測量是“焦耳天平”方案中關(guān)鍵技術(shù)之一,NIM先后提出了“低頻交流外推法”與“標準方波補償法”來實現(xiàn)互感量值的精確測量,測量不確定度均可達到10-7量級。為進一步驗證“標準方波補償法”互感測量技術(shù)的測量不確定度可以達

2、到10-7量級且測量準確度可達到10-6量級(通過兩種技術(shù)的一致性來驗證),提出了本文——焦耳天平兩種互感測量技術(shù)比較研究。
　　本文對互感精密測量技術(shù)的發(fā)展和成果進行了梳理,深入研究了“焦耳天平”方案中最新提出的兩種互感測量技術(shù)及相關(guān)的測量系統(tǒng),發(fā)現(xiàn)原“標準方波補償法”互感測量系統(tǒng)中電壓比例系數(shù)近似計算和“模擬開關(guān)”非理想性對互感測量影響程度沒有得到有效的評估和改進;原“低頻交流外推法”互感測量系統(tǒng)中運算放大器與緩沖器的偏置電流

3、導(dǎo)致互感線圈與采樣電阻中電流不一致引入的測量誤差也沒有得到有效的評估和改進。
　　在本文研制的實現(xiàn)“標準方波補償法”模擬開關(guān)互感測量系統(tǒng)中,采用嵌入到互感測量程序中的數(shù)據(jù)處理程度直接計算電壓比例系數(shù),以避免近似計算帶來的誤差。以上述系統(tǒng)中模擬開關(guān)電路為研究對象,采用結(jié)點電壓法對其等效電路進行理論分析,得出了“模擬開關(guān)”非理想性對互感測量影響的理論模型;以“標準方波補償法”為理論基礎(chǔ),研制了全DAC互感測量系統(tǒng)以從實驗上評估“模擬開

4、關(guān)”非理想性對互感測量的影響程度。在實現(xiàn)“低頻交流外推法”互感測量系統(tǒng)中設(shè)計新的測量電路來減小互感線圈與采樣電阻上電流不一致引入的誤差,另外設(shè)計了直流幅值可調(diào)電壓源以方便電壓調(diào)節(jié)。
　　以中國計量科學研究院340mH互感器為測量對象,測得“標準方波補償法”模擬開關(guān)互感測量系統(tǒng)測量不確定度達到4.1×10-7量級、全DAC互感測量系統(tǒng)測量不確定度達到5×10-7量級,對這兩套系統(tǒng)采用對稱觀察法評估出模擬開關(guān)對互感測量的影響程度在4.