加入收藏 | 设为首页 | 会员中心 | 我要投稿 | RSSRSS-巴斯仪表网
您当前的位置:首页 > 基准 > 电阻基准

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。

描述:国产BZ3 0.01欧非密封标准电阻。脱去了可以装油的铜杯

其它
比如是否恒温、是否多值、是否成组、是否可以用于交流等

描述:MI的恒温电阻


描述:著名英国Tinsley交直流电阻



  

分享到:
来顶一下
返回首页
返回首页
发表评论 共有条评论
用户名: 密码:
验证码: 匿名发表
栏目导航->电阻基准
  • 电压基准
  • 电阻基准
  • 其它相关
  • 推荐资讯
    使用普通运放的仪表放大器
    使用普通运放的仪表放
    3V与5V混合系统中逻辑器接口问题
    3V与5V混合系统中逻辑
    数字PID控制及其改进算法的应用
    数字PID控制及其改进
    恶劣环境下的高性价比AD信号处理数据采集系统
    恶劣环境下的高性价比
    栏目更新
    栏目热门