計量論壇

標題: 關于電阻標準 [打印本頁]

作者: 樹林 時間: 2007-5-26 10:04
標題: 關于電阻標準
托馬斯1Ω電阻標準
托馬斯1Ω電阻標準是為了獲的最好的穩定性而開發研制的、其電阻元件放在一個密封的雙層金屬容器內。這種電阻器具有比較高的電阻溫度系婁，必須保存在控溫油槽內。
電阻浸入油槽時，油槽中的油和容器壁接觸，但不和電阻元件接觸。這種構造的熱傳遞效果不如下面介紹的Reichsanstalt型電阻好，但是其長期穩定性要好的多。在傳統上，標準實驗室便用托馬斯1Ω電阻標準
作為其一級（Primary）電阻標準，并便用電橋的方法，對實驗室中更高阻值的標準和此1Ω標準電阻進行比較，這樣做的原因是托馬斯1Ω電阻標準是現有的最穩定的電阻器，例如，FLUKE的托馬斯1Ω電阻標準每年的漂移量只有-0.002PPM。
Reichsanstalt實物標準
0.1Ω到0.001Ω的低阻值標準電阻器，在使用時要承受很大的電流。這種電阻器常常采用一種稱為Reichsanstalt方法的設計方法來制造。這種設計方法是把電阻絲繞在一個金屬管上，把該金屬管放在一個多孔的容器中、再把容器浸在恒溫油槽內。這樣，當電阻在大電流的涎試條件下使用。電阻的自身生熱可能引起大的電阻變化時，這種構造有助于電阻器的冷卻。油槽也使的溫度對標準的影響減到最小。
Rosa實物標準
阻值在10Ω及其以上的標準電阻器、常常采用Rosa建議的設計方法來制造。用Rosa方法設計的電阻器又稱為NBS型電阻器。其構造是將電阻元件繞在一個絕緣的金屬管上、并把金屬管懸掛在填充了油的外筒內，使用一個同軸的內管來支持此絕緣電阻器的結構、并形成溫度計插槽以便檢查電阻器的環境溫度。筒中的油把電阻元件的熱量傳遞到筒的外壁，并增加了電阻器的熱容量，使的在承受瞬間大電流時電阻器的阻值不易發生變化。該電阻器在使用時放在一個油槽內，這就過一步穩定了外筒的溫度，并有助于熱傳遞　。

ESI SR104電阻
電科學工業公司（Electro Scientific Lndustries）制造的ESI　SR104電阻是廣泛使用的10kΩ標準電阻。這種電阻不需要攪拌油槽、并可以在實驗室外使用。
ESI　SR104電阻由一組經過特殊老化的、按溫度系數選擇過的埃諾姆鎳鉻合金（Evanohm）電阻器組成。這些電阻器安裝在一個密封的。充有硅油的容器中。該容器雙裝在一個具有熱慣性的外殼內。這種電阻器的技術指標可以達到每年1ppm的穩定性，±0.2ppm/℃的很低的溫度系數。
該電阻器的特點是具有一個內置的銅的溫度傳感器。可以用來測量電阻器的內部溫度。通過一個修正因子便查表，就可以給出電阻器阻值在當時的環境溫度下的溫度修正值。使用“直流比率”
中介紹的比率技術，就可以把應電阻器的量值擴展到其它電阻器的量值上去。

作者: lymex 時間: 2007-5-26 11:48
喜歡這樣的文章。
FLUKE的托馬斯1Ω電阻標準每年的漂移量只有-0.002PPM？
如果真是這樣可太難得了，因為我國和美國的國家實物1Ω基準，都是成組的，年漂移也都在0.05ppm左右。

Rosa NBS型電阻器？
看來這文章比較老了，NBS是美國國家標準局，是老稱呼，現在早就叫NIST了。

ESI SR104是好東西，現價要8000美金左右，我上個月尋了一次價，到國內要9W多，而且需要很長（記得是6個月）定貨時間，好象他們是現買線材繞制的（玩笑話，應該是進行burn-in和考核）。ESI現在已經不存在了，被Tegam收購。而今年1月份IET又把Tegam的這部分買了去，因此104這個10k電阻現在屬于IET的了。
另外，General Radio也生產過與SR104一樣規格的10k電阻，型號是1444-A。
我見過幾個SR104的指標，α溫度系數都小于0.05ppm/C，β溫度系數都小于0.05ppm/C2，δ（初始偏差）都小于1ppm。
另外，這電阻第3年及以后指標漂移小于0.5ppm/年。日本某處有一個，實際測量<0.1ppm/年。

作者: lymex 時間: 2007-6-7 11:33
我能上圖了，為了更形象，來幾張托馬斯1Ω電阻標準的圖片。

Bureu2.jpg (50.01 KB, 下載次數: 595)

這個應該是法國

9210A.jpg (10.01 KB, 下載次數: 519)

加拿大MI公司的，不是托馬斯但據說比托馬斯還厲害

ln-4210-1-a.jpg (44.97 KB, 下載次數: 547)

L&N公司的

yok27921.jpg (59.26 KB, 下載次數: 538)

日本橫河

BZ3C10k.jpg (52.38 KB, 下載次數: 560)

國產的（10k，1歐形狀一樣）

作者: lymex 時間: 2007-6-7 11:43
SR104的圖片。

[ 本帖最后由 lymex 于 2007-6-7 11:51 編輯 ]

0SR104a.jpg (42.81 KB, 下載次數: 532)

外形

9a_1.jpg (11.35 KB, 下載次數: 480)

外形

SR104-Tegam.jpg (41.67 KB, 下載次數: 541)

打開蓋子

Widerstand_Normal.jpg (59.09 KB, 下載次數: 580)

上面有參數說明和曲線，下面是電阻體

SR104_datasheet.jpg (27.36 KB, 下載次數: 531)

參數說明

sr104_chart.jpg (58.03 KB, 下載次數: 553)

曲線

104C.jpg (110.26 KB, 下載次數: 568)

左邊為6線電阻，右邊為6線RTD溫度傳感器，中間有溫度計井

104B.jpg (122.56 KB, 下載次數: 546)

內部金屬油罐

作者: 樹林 時間: 2007-6-7 11:44
標題: 回復 #3 lymex 的帖子
看了國內的還是做的粗糙些，肯定是從成本上面考慮吧。覺的那BZ3在使用時不好接線。

作者: lymex 時間: 2007-6-7 13:41
標題: 回復 #5 樹林的帖子
的確如此。國內的這個兩對接線柱靠的太近，轉動不方便。
另外，在進行雙臂電橋比較測量時需要一個短路條，讓電阻盡可能的小（<1mΩ），用國外的那種就很方便，而用國內的就需要很長的短路條。

作者: ynkyxlt 時間: 2007-6-7 14:13
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作者: tongzone 時間: 2007-6-8 13:25
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作者: 樹林 時間: 2007-6-8 15:44
標題: 回復 #8 tongzone 的帖子
要看你用在什么地方的。

作者: lymex 時間: 2007-6-14 23:08
標題: 解剖國產BZ3 1歐標準電阻。
今天買了幾只國產BZ3標準電阻，解剖一只1歐的看看。
我國現行電阻基準，是一組10只，就有4只是這樣的BZ3。因此，當你看到這些圖片時，就等于看到了國家基準的內部。

01.jpg (46.4 KB, 下載次數: 572)

外觀全貌

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擰下端子正看

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拆下端子和上蓋

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底部。這就是所謂的雙壁結構。

作者: lymex 時間: 2007-6-14 23:20
繼續上圖

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用150W烙鐵+吸錫器弄走上面的焊錫

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但下面的焊錫都在縫隙里，烙鐵功率不夠，只能用螺絲刀暴力開啟

07.jpg (47.24 KB, 下載次數: 627)

取出內芯，很失望（見分析）

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拆掉外邊的幾層油布，露出電阻絲，雙線繞了5圈。

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整個電阻芯。電阻絲是繞在內壁上的

作者: lymex 時間: 2007-6-14 23:29
評論：總體感覺很一般，問題點：

1、首先最重要的，電阻絲細了，直徑只有大約1mm。
標準電阻線越粗越好、總體積越大越好，這樣才能少升溫、耐老化、受外界影響小，高可靠。
這個外體積，可以至少應采用直徑1.5mm的雙線饒10圈。

2、與內皮的絕緣居然用油布，絕緣能力差，耐壓低，容易老化。
應該用瓷的、琺瑯的。
設想一下，假設這電阻埋到地下過了幾千年再挖出來，假設銅殼沒壞，里面的油布早就變質了吧？

3、線繞的太緊
應該是松弛的，這樣不受外力，才能溫度系數小。而外力是變化的情況老化就更大。

4、居然還浸漆處理！而且用線繩扎，還用了漆包線。
凡是有漆的地方，就涉及老化。國外已經公認，國內也有人知道，高穩定的電阻是不能浸漆的。

5、沒有進行高溫退回，導線繞制后存在應力，會慢慢釋放出來。

到底什么樣的做法最好呢？
裸導線，粗導線，松弛的饒在瓷骨架上，高溫退火（大約500度），然后真空密封。

作者: thy888 時間: 2007-6-15 09:05
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作者: lymex 時間: 2007-6-16 16:26
標題: 回復 #13 thy888 的帖子
好的線繞電阻好象都是瓷骨架，只不過標準電阻為了散熱除外。
其實主要還是錳銅的電阻溫度系數的標稱值比較大（10ppm/C），因此對溫升要求特別高。

Rosa設計的Rosa類型標準電阻，也被稱為NBS類型電阻，估計是早期被NBS采用的原因。
R就是絲包錳銅絲繞在黃銅內壁上，銅導線一端銀焊在電阻絲上另一端軟焊在接線柱上。T是硬橡膠蓋子，W是溫度計井，外金屬罐C內部灌上礦物油。油的目的是導熱好，但問題是容易變酸性因此腐蝕電阻絲。更主要是不是全密封的，因此穩定性不太好，在1932年到1939之間逐步被Thomas電阻取代。

參考文件：
James L. Thomas, Precise Resistances and Their Measurement, NBC Circular No. 470(1948)

Rosa.gif (9.06 KB, 下載次數: 642)

作者: lymex 時間: 2007-6-16 20:20
標題: 國產1歐標準電阻的改動
如前所述，拆了下來滿足了好奇心，也發現了一些弱點，無論如何要復原的。
1、把電阻絲從絕緣物和浸漆中弄下來，放在煤氣灶上燒掉一切絕緣有機物質，順便也退火。這東西很頑固，一共燒了大約15分鐘才全部燒掉。燒的時候是晚間，燒到發暗紅。
2、除掉原來的絕緣層后還是要有絕緣物質，但無機絕緣很難找，玻璃絲布（石棉）有危險，瓷的難弄，現有條件下只能代之以1mm厚的聚四氟乙烯。用四氟也不錯，自己多少年也不會變化，絕緣程度非常好，還耐高溫。用鋸條劃上0.5mm深的溝，把電阻絲嵌進去，端部掛在一個焊上去并用四氟絕緣的銅絲上。這樣做了以后，電阻絲實際上自由度比較大、受力很小。

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11.jpg (66 KB, 下載次數: 670)

作者: lymex 時間: 2007-6-16 20:27
3、整體在爐灶上烘烤到150度到200度，目的是除掉氣體，除掉其余的有機物質。第一次烘烤時溫度太高，引線瓷接頭的焊錫融化掉。
4、焊接。先在上面焊接兩點固定，然后焊接底下，最后焊接上面。由于焊接時整體溫度接近200度，密封前里面的溫度也達到這個數值，因此里面的空氣不僅是干燥的，而且是膨脹的。密封后冷卻，則里面的大氣壓大約是295/（295+200）= 0.6個大氣壓，屬于半真空，這樣很好。

通過拆裝，了解了BZ3型標準電阻的結構，并對可能的弱點進行了改進。

12.jpg (53.7 KB, 下載次數: 571)

上面焊接完畢

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整體復原

作者: 上帝 時間: 2007-6-17 12:30
有前后對比數據就好了:o

作者: lymex 時間: 2007-6-17 12:55
標題: 回復 #17 上帝的帖子
是啊，可惜這個電阻買來就是“裸”的，沒有任何說明和檢定數據。
另外我現在還不具備高準確性測量1歐電阻的條件（計量電橋和另外的1歐基準）。
我大約等到秋天才具備這樣的條件，屆時將標定，并至少再要1年以后才能得到老化測試結果。

作者: Tutti 時間: 2007-7-25 14:22
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作者: lymex 時間: 2007-7-25 16:40

原帖由 Tutti 于 2007-7-25 14:22 發表
請問一下lymex，上述的BZ3標準電阻大概要多少錢一只。

這個要是正常渠道需要500多，我買的是二手，可以說是積壓沒用過的，100元/只：
http://auction1.taobao.com/aucti ... 1228105f2f88d.jhtml

這兩天又買了個L&N的。

36ff_1_b.jpg (16.8 KB, 下載次數: 559)

作者: lymex 時間: 2007-7-25 16:41

原帖由 Tutti 于 2007-7-25 14:22 發表
請問一下lymex，上述的BZ3標準電阻大概要多少錢一只。

這個要是正常渠道需要500多，我買的是二手，積壓沒用過的，100元/只：
http://auction1.taobao.com/aucti ... 1228105f2f88d.jhtml

前兩天又買了個L&N的。

36ff_1_b.jpg (16.8 KB, 下載次數: 611)

作者: lymex 時間: 2007-7-25 16:54
扣主題，我上個月也進了一只SR104，這是目前能找到的最好的10k電阻了，指標為：
年穩定度，不大于0.5ppm（指一年以后，這個早滿足了）
實測年穩定度，不大于0.3ppm
Alpha溫度系數：-0.1ppm/C
Beta溫度系數：-0.028ppm/C2
初始23C偏離：0.2ppm
NBS檢驗日期：1982-3-12（越老越好啊，當時還是老的美國國家標準局NBS直接檢驗的）

00.jpg (44.64 KB, 下載次數: 540)

外觀

01.jpg (59.16 KB, 下載次數: 646)

開蓋

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接線板

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數據表

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內部

06.jpg (67.92 KB, 下載次數: 622)

內芯

作者: Tutti 時間: 2007-7-25 21:30
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作者: lymex 時間: 2007-7-25 23:20

原帖由 Tutti 于 2007-7-25 21:30 發表
做為個人愛好，入1W多的電阻，你是高人，高燒！

高人談不上，但高燒到是真的。有了這個東西做基準，就可以測量別的電阻的溫度系數和老化等特性了，因為高等級的測量都是要對比進行，3458A測量電阻的10ppm年老化率根本不夠用啊。

作者: lianzi84 時間: 2007-7-26 09:50
謝謝各位前輩的提供,我仔細認真的看了一下,以前我可沒看到過這樣的電阻標準呢,這下長見識了哦,至少我了解了一下哦:P

那個BZ3的看起就沒那個SR104的好,SR104看起就漂亮多了,不是我說

作者: Tutti 時間: 2007-7-26 10:01
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作者: Tutti 時間: 2007-7-26 10:03
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作者: lianzi84 時間: 2007-7-26 10:08
標題: 回復 #26 Tutti 的帖子
確實是這樣的吧,有的東西國外做的就是比國內的好:L

作者: Tutti 時間: 2007-7-26 10:11
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作者: 黑色陽光 時間: 2008-1-8 00:13
BZ3也算是標準器了平時拿的時候都小心今天居然拆開了看還了解到它的不少缺點這是太謝謝了o(∩_∩)o

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