标准电阻 Standard Resistors

时间：2012-10-13 来源：38hot 作者：lymex

标准电阻的指标 How to Specify

1、老化 Aging
标准电阻最重要的指标，是老化，或者叫稳定性。
标准电阻既然做标准，其电阻值就应该很少随时间而变化。否则今天去校准了，明天改变了很大，还怎么能做标准？
由于老化都不大，因此一般以每年多少ppm（百万分之一）来表示。例如某10k电阻年老化-8ppm，就是每年减少80毫欧。
电阻的老化规律，一般是生产出来第一年老化最大，随后老变慢，而且逐渐趋于线性老化。
好的标准电阻，老化可以优于每年1ppm。更好的电阻甚至能到每年0.1ppm之内，而且比较有规律。这样，校准一次后，可以在随后的好多年内保持很高的准确性。
很多标准电阻，生产出来后，老化指标具有不确定性。例如国产的BZ3标准电阻，只能保证年老化<20ppm。一批标准电阻中，有的老化大、有的老化小。因此需要挑选、长期考核才能选出好电阻。我国国家实物标准里就有几只BZ3，但也有很多BZ3指标是不好的，所以也不要以貌取人。
还有很多标准电阻，比如Fluke 742A，指标4ppm/年，但有不少达不到，只能淘汰。

2、温度系数 Temperature Coefficient
温度系数就是电阻随温度变化的指标。
温度改变是必然的，而温度一变，电阻变动的比较大，就是测试不准了。因此，温度系数越小越好
常规情况，我们表示温度系数用每度ppm。比如某10k电阻温度系数是+8ppm/C，那么，当它在20度下测试值是R20=10,000.1欧，那么21度下就增加了8ppm=0.08欧，就成为10,000.18欧了。用公式表示就是：
R/R20 = 1 + α(t-20)
这就是个线性公式而已，其中α是1次项系数，单位ppm/C。t为温度，20度和R20为标准温度和此温度下的电阻值。

但是，常见的标准电阻都是用金属材料做的，金属材料的温度特性曲线都是二次的，也就是弯曲的，所以，完整的表达要加上二次项，成为：
R/R20 = 1 + α(t-20) + β(t-20)^2

这个β就是二次项系数，单位是ppm/C2，分母是度的平方。
但为什么温度要减20呢？这个20度，是我国和原苏联等国家的标准温度，美国等国家采用23度。
α在这里，是基准温度下的温度系数，也就是基准温度点下的斜率。用了这个二次公式后，同一个电阻，如果采用不同的温度基准，那么α就不一样了，因此有的时候要加上下标，例如α20、α23。

那么这两个系数是如何影响电阻曲线的呢？让我们用实例说明。

α代表了斜率，但一般是某温度点的，不同温度下α不一样。
比如在低温下α比较大，然后逐渐变小，在某个温度下具有α=0，即零温度系数点，次处的切线是平的。然后温度再增加，α为负
一般来将，零温度系数点最好在20度附近（油电阻），或者在23度附近（空气电阻）。这样，在标准温度附近变化，α很小，电阻变化也小
把β固定（β=-0.1）让α变化，不同α的曲线如下：

β代表了曲线弯曲程度。β越大曲线就越弯曲
对于对于某个具体电阻，β是确定的、不变的、唯一的。
即便对于某种电阻材料，β大体上是固定的。例如锰铜的β大体上是-0.6ppm/C2，比较大。而Evanohm的β大体上是-0.03ppm/C2，比较小。
理想的电阻 β=0。如果β大，那么不同温度下温度系数就变化大，只适合在某温度附近工作，在宽温度范围下温度系数就很大
把α固定（α=0.05）让β变化，不同β的曲线如下：

那么，现实中的电阻是什么样子呢？

红色曲线，20度下α=0.05很小因此很平，β=-0.03比较小因此曲线不太弯曲。这是典型的Evanohm标准电阻曲线（亦见后面标准电阻实例）
深红色曲线，α=2ppm/C因此有一定倾斜，β仍然比较小为-0.03ppm/C2，因此曲线不太弯曲。这是典型Evanohm电阻曲线
绿色曲线，α=4ppm/C稍大因此曲线倾斜，β也比较大为-0.5ppm/C2因此曲线比较弯曲。这个就是典型锰铜标准电阻曲线。RX70之类的线绕电阻都是锰铜的，其曲线一般不会好于此曲线
蓝色曲线类似，α=0因此曲线对称倾斜，β仍然为-0.5ppm/C2因此曲线仍然弯曲。这就是最好的锰铜电阻曲线。尽管α=0貌似理想，但这是有条件的。
也就是说，锰铜丝的线绕电阻曲线这种形状是固定的，是弯曲的。只能在某个温度点附近有近似零温度系数，温度偏离后温度系数就马上增大。所以，在宽的工作范围内要保持低的温度系数，只有采用好的电阻材料（比如Evanohm）
那么锰铜电阻用多个串并联能有改善吗？不能，曲线弯曲程度仍然一样。

锰铜电阻β=-0.6ppm/C2，假设20度下某电阻温度系数是0ppm，那么21度就的温度系数是-0.6ppm/C，22度为-1.2ppm/C。也就是说，温度每变化1度，温度系数变化-0.6ppm/C。

还有人会问，Vishay VHP202Z 是什么样子的曲线？
指标上温度系数<0.05，材料是Evanohm，因此曲线就是红色的，或者说比红色的还要好。标准电阻类型 Classification

从材料上看，分锰铜(Manganin)和Evanohm两种
锰铜具有老化小、与铜热电动势小、容易加工、容易焊接的优势，是一种广泛使用的电阻材料，但具有温度系数偏高的弱点
Evanohm是后期的电阻材料，具有硬度高、耐腐蚀、电阻率高、老化小、温度系数很小等优势，缺点是不太容易加工和焊接、成本较高。现代的标准电阻广泛采用这个。

描述:Fluke的精密线绕电阻广泛使用Evanohm材料，温度系数低（上面这个是-1ppm），拆出的线很硬，自己可以伸直

从使用方法上看，可以分成油型和空气型两种
前者大部分是密封的、双壁结构，使用中需要浸泡在装有矿物油的恒温油槽中，以便恒温、均热和散热。油的热容比较大，电阻在使用中的热量容易被吸收而不产生明显温升，另外油是流动的，可以很快把热量带走。早期的标准电阻都是用锰铜做的，温度系数比较大，必须采用这种方式才能把温度控制到允许的范围内。

描述:BZ3 1欧，双壁内绕电阻丝，热量很容易被浸入的油带走

另一种就是空气的。油型很不便于携带和使用，后期由于Evanohm等低温度系数电阻材料的出现，因此出现了温度系数非常低的电阻，比如SR104、Fluke 742A，这样温度对电阻的影响就很小了，就不用油浸了，用起来非常方便。
另一方面，这样的电阻其温度系数都是已知的（α和β），因此只要测试一下电阻周边的温度，就可以通过计算或查表很精确得到改正值，而且改正值也很小、权重也小，完全可以免除或者修正因温度变化而引起的对电阻的影响。

描述:有的空气电阻体积很小，当然性能也一般

从结构上看，可以分成双壁密封型、油罐密封型、普通密封型、非密封型。
双壁密封型，常见于BZ3和Thomas电阻，这是最早的也是最经典的标准电阻。
油罐密封型比如SR104，线绕电阻做好后，被焊接在不锈钢罐子里，内部充油。
普通密封型比如Fluke 742A，内部是4只Fluke金封线绕电阻并联
非密封型比如国产BZ3小阻值。由于阻值小、电阻体厚重，受外界干扰很小，因此没必要密封。