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实验报告:高压电阻电压系数测量

作者:开步电子     发表日期:2018-03-24 16:49:00

几乎在所有的高压应用中,高压电阻是必不可少的元件。在这些应用中,高压电阻主要起到分压作用,电阻的精度和阻值稳定性直接影响电压输出的精度和稳定性。因此,在对高压电阻进行选型时,不仅要考虑阻值、阻值精度、功率、耐压值,还要考虑温度系数、电压系数和电阻的绝缘性能、安装环境(空气、油浸)等等。总之,电阻作为基础元件,在高压电路中不可小觑。在本篇文章中,我们将重点介绍电阻电压系数,并对PHVL系列高压电阻进行电压系数测量。


什么是电阻电压系数(VCR)

理想电阻两端电压和流过其中的电流成正比,其阻值与电压无关。但实际上,电阻导电粒子具有分散性,内部存在接触电阻,因而出现非线性关系,即电流和电压并不是严格成正比,阻值随电压升高而下降。电压系数可表示为:

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或:

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其中:R1施加第一个电压(一般设定V1=0)时计算出的电阻值,R2施加第二个电压(V2)时计算出的电阻值,V2>V1。

 

电阻电压系数测量

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1)仪器简介

TD1220是一款专用于检定直流高压高阻电阻的智能化仪表,高压输出范围0~10kV;在100Ω~100MΩ高阻值检定不确定度优于0.05%,10TΩ准确度仍优于±3%。在10MΩ~100MΩ范围内,电阻测量分辨力等级为100Ω,准确度±(0.03%*RD+0.02*RG)。


2)待测高压电阻介绍

ResistorToday高压电阻由深圳市开步电子有限公司研发生产,

1。随机选取PHVL系列高压电阻5支:PHVL035S10M0F1,阻值10MΩ,功率2W,耐压8KV,温度系数±25ppm/℃,精度1%,电压系数<0.1ppm/V;最大可施加电压4472V。

2。随机选取HVLR系列高压电阻5支:HVLR0210M0F1,阻值10MΩ,功率2W,耐压6KV,温度系数±100ppm/℃,精度1%;最大可施加电压4472V。


3)施加高压并测量阻值

在恒温恒湿环境下,对PHVL和HVLR系列依次施加200V,400V,…,4400V,以200V为步进电压,并记录在各个电压下的阻值。在整个测量记录过程中,环境温度恒定为25.8℃,但是由于施加电压造成电阻产生自热,所以由于温度系数所造成的阻值漂移不可避免。施压过程中,电阻温度并不会突变,而是需要经过一段时间来达到热平衡。为了最大限度减小这种因素的影响,在施加电压达到稳定的瞬间记录此刻的阻值,然后设定电压为0;等待1分钟后,在施加下一组电压并记录,如此循环。整个过程中,电阻表面温度(用手触摸为常温)并没有明显的上升。 


4)数据处理

将记录下来的数据用Matlab进行处理并绘制电压系数曲线图如下:

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图1 PHVL035S10M0F1电压系数

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图2 HVLR0210M0F1电压系数


误差分析

在整个测量过程中,施加电压造成电阻温升引起阻值漂移不可避免,通过控制电阻通电时间减小电阻表面温度上升。对于测试仪器而言,10MΩ阻值的测量读数精度在0.03%,也就是测量阻值最大相对误差为3000Ω。当测试电压为2500V时候,对电压系数测量的误差最大贡献为0.12ppm/V;当测试电压为4000V时,对电压系数测量的误差最大贡献为0.075ppm/V。


结论

通过上图我们可以发现,对PHVL035S10M0F1而言,当电压大于2500V时,电压系数小于0.1ppm/V;当电压小于2500V时,电压系数要小于0.5ppm/V。对于HVLR0210M0F1,在500V~4500V电压范围内,电压系数集中-2ppm/V~-3ppm/V。