[发明专利]交流电阻时间常数的测量电路和测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及交流阻抗精密测量领域，尤其是一种交流电阻时间常数的测量电路和测量方法。

背景技术

电气工程、电子技术等领域的实际应用中，大量涉及到对交流电量的测量，交流电压、电流、功率等的测量均与交流电阻密切相关。由于分布电容、残余电感及互感耦合等的影响，交流电阻具有一定的频率误差，即在不同频率下的阻值发生变化。交流电阻的精密测量对提高交流电量的测量准确度具有重要意义。

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姆，不确定度降低到了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。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100A、100kHz。但是这种方法修正的不确定度会很大。

由此可见，对于交流电阻时间常数的测量，目前的测量方法比较单一，多依赖于计算电阻时间常数标准，而标准器的制作工艺、测量电路等均极其复杂，近几年出现的几种测量方法均可获得较高的准确度，但是测量过程繁琐，无法满足工业需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种交流电阻时间常数的测量电路和测量方法，以解决测量电路复杂、测量过程繁琐，而无法满足工业需求的问题。

为了达到上述目的，本发明提供了一种交流电阻时间常数的测量电路，包括：电源；

隔离变压器，所述隔离变压器的初级绕组的两端与所述电源连接；

电桥结构，包括桥路平衡调节支路和测量支路，所述桥路平衡调节支路和测量支路通过第一节点和第二节点并联，所述第一节点和第二节点分别连接于所述隔离变压器的次级绕组的两端；所述测量支路包括一标准电容器和一被测交流电阻，所述标准电容器的第一端与所述第一节点连接，所述标准电容器的第二端通过一第四节点与所述被测交流电阻串联后连接至所述第二节点；

相位表，所述第一节点与所述相位表的输入端连接，所述第二节点与所述相位表的参考端连接；

指零仪，所述第四节点通过所述指零仪接地。

优选的，在上述的交流电阻时间常数的测量电路中，所述电桥结构为惠斯通电桥结构。

优选的，在上述的交流电阻时间常数的测量电路中，所述惠斯通电桥结构中的所述桥路平衡调节支路包括；

第一电容器，所述第一电容器的第一端与所述第一节点连接，所述第一电容器的第二端与一第一电位器的第一端连接；

第二电位器，所述第二电位器的第一端与所述第一电位器的第二端通过一第三节点连接，所述第三节点接地，所述第二电位器的第二端与所述第二节点连接。