|
序：这是一个不成熟的话题，在此抛砖引玉，逐渐补充。曾经写了“标准电阻”、“标准电容”（好象还没有“标准电压”？），今天来个“标准电流”
首先，电流是7个基本计量单位之一（长度米、质量千克、时间秒、电流安、热力学温度开、物质的量摩、发光强度坎），因此，其地位当然比电压、电阻的还要高！
电流安培(A)的定义：在真空中，截面积可忽略的两根相距1米的无限长平行圆直导线内通以等量恒定电流时，若导线间相互作用力在每米长度上为2×10-7牛顿，则每根导线中的电流为1安培。
实际上，根据这个定义，可以在特制的电流天平上复线安培。但是，这很难，电流天平我相信我国也不一定有几套，很难保存和复现。电阻的复现可以有实物而且不需要能量维持，电压的复现也可以有实物，比如标准电池也可以说不需要能量维持（几十年没问题），尽管固态基准需要用电但也很方便。
从最高基准、自然基准的状况看，电压有约瑟夫森电压基准，电阻有量子化霍尔电阻，而电流的现在还遥遥无期。
因此，尽管从定义上电流是主单位，从实际使用上电流是导出单位，是按照欧姆定律从电压和电阻派生出来的。
描述:电流天平原理图
描述:电流天平
从实际意义上看，尽管难于真正长期保存一个标准电流，但能够生成短期稳定的电流也是很有用途的，主要是能高精度的对比测试电阻。1mA电流
其实，我们身边最好的电压和电阻，一般是10V和10k。
当你有个比较好的万用表，看看指标，也基本上是10V和10k是最好的。另外，电压基准最好的就是10V，而电阻基准最好、最常用的也是10k。
当你有了10V和10k，把10V加到10k上，理论上电流就是1mA，因此，1mA电流也可以认为是最基本的、最准确的。
实际操作时，需要有个1mA的恒流电源（不一定很准确，只要求短期稳定），把这个电流源通过10k电阻和待测试、待标定的仪器，然后用万用表10V档测试10k电阻的电压，就可以精确的标定这个1mA。当然，如果有10V基准，是把基准和10k进行背靠背，用检零计来测试其差的。
显然，要得到准确的1mA电流，需要：
1、10k标准电阻，业余条件下有可能做到ppm级别的
2、10V标准电压，业余条件下有可能做到ppm级别的
3、一个短时间稳定的1mA电流源，业余条件下有可能做到每10分钟ppm级别的
4、指零仪，需要能分辨1uV的，这样对于10V就是0.1ppm
当然，如果要求不太高，其中的2、4可以用万用表的10V电压档替代。
也许有人回问，我买个好表，用其电流档不就可以了吗？事实上，高位表的电流是很不准确的。比如Agilent 34401A，年指标只有0.05%。因此，尽量不要用。10mA电流
同样，10mA可以很类似的方法得到。
当然，电流源也必须是对应的10mA，但标准电阻不是减低10倍的1k，而是100欧了。这是因为对于标准电阻来讲，要遵循功率10mW原则，否则将发热引起变化影响稳定。1mA、10k正好是10mW，而10mA就必须是100欧才是10mW，这样电压就是1V了。
那么，100欧如何得到呢？可以用10个1k的哈蒙量具，把10k转到100欧。当然也可以直接弄个100欧的。但100欧是一个很重要的中间基准，可以用1:100的哈蒙量具，与1欧和10k进行精确的传递。另外，用量子化霍尔电阻也是直接对100欧进行标定的，我国和很多国家都这样做，电阻实物用SR102（非常稀有）。
对于1V，自然要从10V分压得到。分压的最精确的方法当然也是哈蒙量具，业余条件下可以用10只一样的电阻（一般是10个1k）对10V分压。
当然，还需要一个10mA的短期稳定的电流源。
那么1k电阻没什么用了？的确比较尴尬，你看国家对1k的校准，其能力根本不如100欧或10k。1k的10mW对应3.16mA和3.16V。100mA的取得
100mA电流，主要用途是测试1欧电阻，因为1欧标准电阻的标准测试电流就是100mA。
测试时，几个1欧的标准电阻的电流端串联在一起，然后用开关切换电压端，分别对比。
因此，只需要100mA具有短期稳定性，即噪音要低，在几分钟（最多几十分钟）的时间内不漂移即可，而且时间长一些的话慢慢漂移也是允许的。所以，设计100mA时就无需考虑长期稳定性。
为了能够整体低噪音，必须各环节都具备低噪音的条件。同样，为了短稳好，必须温度系数低、温升小。
方法仍然是类似的，只不过采样电阻也应为1欧附近，电压是0.1V级别的了。同时，也需要一个100mA的短期稳定的电流源。
基准部分，仍然采用原始的7V基准，并非需要长期稳定性，而是这样的基准噪音小、短期稳定性好。
基准分压，从7V到0.1V，分压成1/70，可以考虑用塑料块，统计的方法（8只串联、8只并）。
运放，考虑采用AD8628自稳零运放，在0.1Hz-1Hz的带宽下具有0.16uVpp的噪音（业界最低），由运放带来的噪音大约为0.3ppm。同时，0.02uV/C的温度系数也可以忽略，比一般的热电动势都要小。
采样电阻，可以选择1欧附近，用Vishay VHP3、Vishay VHP4、AE检流电阻均可，只要测试一下能找到2ppm/C以下的温度系数，耗散10mW时，用较大的热沉，稳定后就能在几分钟的时间内保持0.2ppm的波动。
下图是采用VHP3-1R25的例子。
1/3 1 2 3 下一页 尾页 |
