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高准确度比例变压器的设计、构造和校验

刘建波  
【摘要】:在近代电学精密测量领域内,作为精密电桥的比例臂的高精度比例变压器的研究已日益重要,且越来越受国际计量领域的关注,尤其应用于交流量子化霍尔电阻基准的量值传递过程中时对其准确度有很高的要求。高精度比例变压器主要应用于两类重要的变压器电桥——交流电阻电桥和电容电桥。其中,采用感应耦合比例绕组来提供高精度的比率是变压器电桥的关键技术。它相对于传统的电阻比例或者电容比例式分压器,有着准确度高、输入阻抗高、输出阻抗低、稳定性好等诸多优点。尽管如此,用于交流测量的感应耦合比例器件因为存在磁性误差和容性误差,使得传递比率并非准确等于绕组匝数比。而要得到与电桥中标准阻抗准确度相匹配的传递电桥,必须对溯源电桥中的变压器结构进行仔细考虑,并且对其实际比率进行准确校验。 本文在详尽分析感应耦合器件原理的基础上,设计出一种基于分段等电位屏蔽的组合铁芯式的比例变压器结构。并通过桥式法对其实现了高准确度校验。主要工作如下: 1)在对比例变压器的各种误差进行深入分析的基础上,采用组合铁芯结构以减少激磁误差;同时,采用磁屏蔽来减少磁误差和采用分段等电位屏蔽结构减少因寄生导纳引起的误差。 2)基于组合铁芯结构和分段等电位屏蔽的应用,对比例变压器的构造和设计过程作了详细的介绍,其中包括隔离式比例变压器设计以及引入过渡比例变压器的桥式法的校验方法中用到的辅助比例变压器的设计;并对比例变压器中应用的绕组方案进行了详细的讨论,抽头等细节方面也经过认真处理。最后对校验方法——参考电势法和引入过渡比例变压器的桥式法作出分析,对校验过程中系统误差进行了详细研究。 3)在确定了应用引入过渡比例变压器的桥式法作为校验方法的基础上,应用了其校验中一种简易的校验方法对被校比例变压器完成校验,最终10:1比例的误差不确定度:比差0.6×10-8,角差1.1×10-8。 4)在被校比例变压器完成校验后,对试验中遇到的问题进行了汇总,并对这些问题提出了解决方法,为今后研究工作的继续进行奠定了基础。


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