《新型数字式交流电阻精密测量装置的研制及应用》

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该项目属于计量科学技术领域,由前国家质检总局立项支持。交流电阻阻值和时间常数被国际计量局列为关键计量参数,面对中国在该电磁测量领域计量体系缺失的现状,项目组开展了相关关键参数的量值溯源研究,研制了具有自主知识产权的满足IEC标准的国内首套数字式交流电阻精密测量装置,填补了国内计量机构在该领域的空白,整体研究成果达到国际先进水平。

高准确度交流电阻不仅是精密仪器仪表、集成芯片运放电路等的核心器件,在智能电网、导航、核电等领域也发挥了重要作用。克服分布电容、残余电感、电压噪声、泄漏电流等影响是交流电阻高准确度测量的关键技术难点,传统手动测量装置准确度低且效率低下,针对产业发展的需求,提高测量精度和自动化是交流电阻精密测量的重要挑战。仅英国、加拿大等少数发达国家的国家级计量院建立了高准确度交流电阻测量装置,测量不确定度在1E-6量级,中国国家计量院仅能在1592Hz单一频率下测量1kΩ和10kΩ两个阻值,国内各省级计量机构多依赖进口测量设备,不确定度仅2E-4。长期以来,高准确度交流电阻只能送检至国外,极大影响了中国相关交流电测量仪器设备核心竞争力的提高。

项目首次原创性提出并实现了自动准平衡式交流电阻电桥,通过电子电路将不平衡差值电压自动转移,结合华格纳支路消除了泄漏电流影响,与传统电桥相比,测量效率提高了数十倍;研制了关键核心部件电子式有源感应分压器,提高了电压比例的准确度;消除了串联引线、电压噪声、互感等影响,将同步数字采样技术应用于阻抗测量,实现了秒级的快速高精度自动化测量;创新性采用电容损耗因数对电阻时间常数进行实验验证,确保了装置准确可靠。

项目自主研制的装置,交流电阻在1Ω~10kΩ范围内连续可测,50Hz~1kHz频率下测量不确定度达1.8E-6~4.3E-6,时间常数测量范围(1~500)ns,测量不确定度达(4~6)ns。与英国国家计量院NPL、澳大利亚国家计量院NMIA的同类装置进行了比对测试验证,比对结果优异,装置技术指标达到国际先进水平。

基于项目创新成果及其应用,主持制定国家标准1项,发表论文9篇,其中SCI收录1篇,EI收录7篇,申请发明专利4项,已获授权2项。

项目成果填补了国内高准确度交流电阻量值溯源的空白,将中国交流电阻的校准能力提高了2个数量级,与国际先进水平接轨,打破了长期送检国外的局面,为中国交流电阻标准化工作及国家计量溯源体系建设发挥重要技术支撑作用。成果应用于诸多国内计量机构的量值溯源,在电力、核电、航空航天等行业广泛应用,为国家相关技术规范的制定、IEC国际标准转化等提供技术支持。在国际电磁计量领域最高级别会议CPEM、中国科协年会等国内外权威学术会议多次口头汇报项目创新成果,获得国内外知名专家的高度认可,为助推“中国制造2025”、振兴中国仪器仪表产业,提供高质量的核心计量新动力。

成果说明

1.构建交流电阻国家标准和技术规范体系建设。为中国交流电阻标准化工作及国家计量溯源体系建设发挥重要技术支撑作用。2017年,项目组参与制定的《JJF1636-2017交流电阻箱》国家校准规范正式发布,该项目研究的测量方法被写入规范;参与编制《交流电阻器》国家计量检定规程已正式立项;参与编制的等同采用IEC60477-2《实验室用电阻器 第2部分:实验室用交流电阻器》的国家标准已报批。基于项目创新成果,主持编写国家标准《GB/T30140-2013磁性材料在低频磁场中屏蔽效能的测量方法》,获上海市标准化优秀

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