焦耳天平兩種互感測(cè)量技術(shù)比較研究.pdf

1、國(guó)際單位制7個(gè)基本單位中唯有質(zhì)量單位Kg仍由實(shí)物基準(zhǔn)復(fù)現(xiàn),為了實(shí)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(guó)計(jì)量科學(xué)研究院(NIM)提出?；ジ辛恐档木_測(cè)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(biāo)準(zhǔn)方波補(bǔ)償法”來(lái)實(shí)現(xiàn)互感量值的精確測(cè)量,測(cè)量不確定度均可達(dá)到10-7量級(jí)。為進(jìn)一步驗(yàn)證“標(biāo)準(zhǔn)方波補(bǔ)償法”互感測(cè)量技術(shù)的測(cè)量不確定度可以達(dá)

2、到10-7量級(jí)且測(cè)量準(zhǔn)確度可達(dá)到10-6量級(jí)(通過(guò)兩種技術(shù)的一致性來(lái)驗(yàn)證),提出了本文——焦耳天平兩種互感測(cè)量技術(shù)比較研究。
　　本文對(duì)互感精密測(cè)量技術(shù)的發(fā)展和成果進(jìn)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(cè)量技術(shù)及相關(guān)的測(cè)量系統(tǒng),發(fā)現(xiàn)原“標(biāo)準(zhǔn)方波補(bǔ)償法”互感測(cè)量系統(tǒng)中電壓比例系數(shù)近似計(jì)算和“模擬開(kāi)關(guān)”非理想性對(duì)互感測(cè)量影響程度沒(méi)有得到有效的評(píng)估和改進(jìn);原“低頻交流外推法”互感測(cè)量系統(tǒng)中運(yùn)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(cè)量誤差也沒(méi)有得到有效的評(píng)估和改進(jìn)。
　　在本文研制的實(shí)現(xiàn)“標(biāo)準(zhǔn)方波補(bǔ)償法”模擬開(kāi)關(guān)互感測(cè)量系統(tǒng)中,采用嵌入到互感測(cè)量程序中的數(shù)據(jù)處理程度直接計(jì)算電壓比例系數(shù),以避免近似計(jì)算帶來(lái)的誤差。以上述系統(tǒng)中模擬開(kāi)關(guān)電路為研究對(duì)象,采用結(jié)點(diǎn)電壓法對(duì)其等效電路進(jìn)行理論分析,得出了“模擬開(kāi)關(guān)”非理想性對(duì)互感測(cè)量影響的理論模型;以“標(biāo)準(zhǔn)方波補(bǔ)償法”為理論基礎(chǔ),研制了全DAC互感測(cè)量系統(tǒng)以從實(shí)驗(yàn)上評(píng)估“模擬開(kāi)

4、關(guān)”非理想性對(duì)互感測(cè)量的影響程度。在實(shí)現(xiàn)“低頻交流外推法”互感測(cè)量系統(tǒng)中設(shè)計(jì)新的測(cè)量電路來(lái)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(jì)了直流幅值可調(diào)電壓源以方便電壓調(diào)節(jié)。
　　以中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院340mH互感器為測(cè)量對(duì)象,測(cè)得“標(biāo)準(zhǔn)方波補(bǔ)償法”模擬開(kāi)關(guān)互感測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量不確定度達(dá)到4.1×10-7量級(jí)、全DAC互感測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量不確定度達(dá)到5×10-7量級(jí),對(duì)這兩套系統(tǒng)采用對(duì)稱觀察法評(píng)估出模擬開(kāi)關(guān)對(duì)互感測(cè)量的影響程度在4.