[发明专利]一种四端电阻及测量四端电阻时间常数的方法

说明书

技术领域

本发明属于电阻计量标准领域，具体涉及一种四端电阻及测量四端电阻时间常数的方法。

背景技术

在通过交流电时，在频率不是很高的情况下，电阻器的等效线路可以用集中参数的电路来表示，即交流电阻可以等效为其直流电阻串联一个残余电感、并联一个分布电容。从物理意义上解释就是当交流电流流过电阻时，交流电压会产生一个相移，这个相移的角度是角频率和时间常数的乘积，频率越高，时间常数越大，则相移越大。从时域上，如果交流电流是一个脉冲电流，那么时间常数就是电压信号升高到63.2％所需要的时间。

从1910年至1950年，科学家们提出了多种计算电阻时间常数的方法。其中有一种叫做同轴型时间常数标准，这种方法是把电阻做成同轴线的形状，由于圆筒中电流的流向并不能保证与轴线方向完全平行，因此会带来很大的计算误差。这是英国NPL 20年代的计算结果，普遍在10^-7到10^-8的量级。由于当时电信号的频率很低，因此这个量级完全可以满足实际应用。上个世纪60年代，中国也研制完成了回线型电阻时间常数计算样品，电阻下限到2欧姆，不确定度提高到了10-9次方量级。

到了90年代，随着科技的发展，电信号的频率越来越高，为了满足100kHz功率测量的需要，澳大利亚计量院NMIA率先研制了盘片结构的时间常数标准，这个标准也是基于计算，实际上就是微电位计用的盘片电阻，尺寸很小，结构简单，便于计算。时间常数的参考的是一只3.9欧姆的盘片电阻，不确定度经计算在5×10^-11量级。然后通过爬台阶的方法扩展至0.1欧姆。

从2005年开始，大多数国家都不再采取计算的样品，而是寻求实际测量的方法。欧盟计量组织启动了联合研究计划，开展新一代功率电能测量技术的研究。参加国有英国、法国、瑞典、意大利、奥地利等。比如澳大利亚采用微电位计作为电阻时间常数可计算标准，其基本原理是在一个N型同轴连接器中心面上喷上一层高电阻率材料，电流通过中心轴线向外呈放射性结构。基于功率热电变换器实现电流量程扩展至20A，200kHz。

在电阻时间常数方面，意大利在2011年发表文章提出一种测量电阻时间常数的方法，将该领域的研究由计算转向实际测量。在去年的欧洲会议上，瑞典SP提出了一种基于阻抗测量仪(LCR计)的测量方法，这种方法是利用不同电阻的相同电感去修正阻抗电桥的电感测量曲线，通过测量四端电阻等效残余电感的方法计算电阻时间常数。其电阻时间常数标准是将高电阻率材料喷在PCB板上，构成四端回线形结构，在回线两端作为电流输入，同时顺着电流方向，在PCB板另一面引出电压回路，这种结构在一定程度上减小回路间的互感值。基于数字采样的方法实现两通道的同步测量，将电流量扩展至100A、100kHz。但是这种方法修正的不确定度会很大。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种四端电阻及测量四端电阻时间常数的方法，把时间常数标准建立在测量上，而不是计算上，实现一种参数可测量的时间常数标准。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种四端电阻，其采用同轴拉线结构，包括外壳3和安装在所述外壳3内的电阻丝7、中心棒6、分流盘片5和集流盘片4；

所述外壳3为圆筒结构，其两端分别作为电流端和电压端，在电流端安装有电流端端盖2，在电压端安装有电压端端盖1，所述电流端端盖2和电压端端盖1分别将外壳3的两端封闭。

在所述电流端端盖2和电压端端盖1的中心均设有N型头，所述中心棒6的两端分别固定在电流端端盖2和电压端端盖1的N型头的芯9上；所述中心棒6位于所述外壳3的轴线上。

所述分流盘片5和集流盘片4分别位于所述中心棒6的两端；

所述集流盘片4的外缘固定在所述电压端端盖1上，所述集流盘片4的中心开有孔，所述中心棒6从该孔中穿过，中心棒6与集流盘片4不接触；

所述分流盘片5固定在中心棒6上靠近电流端端盖2的一端；所述中心棒6穿过所述分流盘片5并与之接触；

所述电阻丝7安装在所述分流盘片5和集流盘片4之间，所述电阻丝7均与中心棒6平行并在圆周上均布，所述电阻丝7的两端分别固定在所述分流盘片5和集流盘片4上。

所述中心棒6、外壳3、电流端端盖2和电压端端盖1均采用铜材料制成；所述电阻丝7采用高电阻率的铜丝制成。因为康铜丝容易焊接且电阻率较高，因此实施例中选用康铜丝制作四端电阻的电阻丝。