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国家电容标准的扩展频段计量技术研究

戴冬雪  
【摘要】: 现代电学计量标准中,标准电容器被认为是复现电容量值单位—法拉最好的实物标准。电容器是一种基本的电路元件,被广泛地应用于电子设备与电气工程等领域。电容容量计量是一项基础性的研究工作,如果电容容量计量水平满足不了需要,会直接影响到相关科学技术的进步。因此,电容容量计量技术的研究具有特别重要的意义。 在低频段(10kHz以下),我国电容计量水平已达到国际先进,但随着科技的发展,在频率范围、量值范围等方面与国际先进水平有较大的差距,特别是在频率范围方面,不能满足进口阻抗计量标准器及其测量仪器的检定测试要求,迫切需要在频率范围上进行扩展。十几年来,发达国家的计量学者一直进行音频到微波段电容计量的研究,少数国家已经建立了扩展频段电容标准及溯源体系。为了建立和完善国家现代电学计量标准中扩展频段电容标准和检测体系,中国计量科学研究院立项进行“电容扩频”技术的研究。本文是笔者在参加该科研项目的基础上完成的。 本文研究的主要内容是:在国家“电容基准”的基础上,选用四端对电容器作为标准器,研究电容量值扩展频段的计量原理及方法,测定其频率响应,建立国家的扩展频段电容标准;以扩展频段的电容标准为量值标准,进行测量四端对电阻器和校准单端口电容器频率响应的研究。具体的工作为以下几个方面: 1.四端对空气电容器扩展频段频率响应的研究。在100kHz~13MHz的频率范围内,针对1pF、10pF、100pF及1000pF四端对空气电容器通用化模型,利用基于混沌思想的粒子群算法对模型中的参数加以辨识,进行频率响应分析和模型优化;在国家“电容基准”的基础上,采用网络分析法进行四端对空气电容器频率响应的进行测量。 2.四端对固体介质电容器扩展频段频率响应的研究。在10kHz~1MHz的频率范围内,利用开发的传递测量系统,对标称值为0.01μF、0.1μF和1μF四端对固体介质电容器进行频率响应的测量。该系统由四端对电容器组、四端对


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