直流電壓標(biāo)準(zhǔn)

直流電壓標(biāo)準(zhǔn)


電壓和電阻是電磁學(xué)中的兩個基本量。

電壓基準(zhǔn)和電阻基準(zhǔn)——〉其他電磁量基準(zhǔn)。
電壓標(biāo)準(zhǔn)有：
  標(biāo)準(zhǔn)電池（實(shí)物基準(zhǔn)， 10-6）；
  齊納管電壓標(biāo)準(zhǔn) （固態(tài)標(biāo)準(zhǔn)， 10-6）；
約瑟夫森量子電壓基準(zhǔn) （量子化自然基準(zhǔn)，10-10）。
電阻標(biāo)準(zhǔn)有：
精密線繞電阻（實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)）；
  霍爾電阻基準(zhǔn)（量子化自然基準(zhǔn)，10-9）。

直流電壓標(biāo)準(zhǔn)
1. 標(biāo)準(zhǔn)電池
原理：利用化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生穩(wěn)定可靠的電動勢 （1.01860V）。有飽和型和不飽和型兩種類型。

飽和型特點(diǎn)：電動勢非常穩(wěn)定（年穩(wěn)定性可小于0.5μV，相當(dāng)于5×10-7），但溫度系數(shù)較大（約－40μV/℃）。用于計(jì)量部門恒溫條件下的電壓標(biāo)準(zhǔn)器。

不飽和型特點(diǎn)：溫度系數(shù)很小（約－4μV/℃），但穩(wěn)定性較差。用于一般工作量具，如實(shí)驗(yàn)室中常用的便攜式電位差計(jì)。
使用中應(yīng)注意：

1）不能傾倒；不能震動、沖擊（不易運(yùn)輸）。

2）溫度修正（特別是對飽和型）。

3）標(biāo)準(zhǔn)電池存在內(nèi)阻，儀表輸入電阻應(yīng)較大


2. 齊納管電壓標(biāo)準(zhǔn)原理利用齊納二極管的穩(wěn)壓特性制作的電子式電壓標(biāo)準(zhǔn)（也稱為固態(tài)電壓標(biāo)準(zhǔn)）。 ?齊納管的穩(wěn)壓特性仍然存在受溫度漂移的影響，采用高穩(wěn)定電源和內(nèi)部恒溫控制電路可使其溫度系數(shù)非常小 。 將齊納管與恒溫控制電路集成在一起的精密電壓基準(zhǔn)源，如LM199/299/399、REF系列。

3. 約瑟夫森量子電壓基準(zhǔn) 原理 基于約瑟夫森（Josephson）效應(yīng)的量子電壓基準(zhǔn) 約瑟夫森效應(yīng)約瑟夫森隧道結(jié)：在兩塊相互隔開（約10埃的絕緣層）的超導(dǎo)體之間，由于量子隧道效應(yīng)，超導(dǎo)電流（約mA量級）可以穿透該絕緣層，使兩塊超導(dǎo)體之間存在微弱耦合，這種超導(dǎo)體-絕緣體-超導(dǎo)體（SIS）結(jié)構(gòu)稱為約瑟夫森隧道結(jié)。
約瑟夫森效應(yīng)：當(dāng)在約瑟夫森結(jié)兩邊加上電壓V時，將得到穿透絕緣層的超導(dǎo)電流，這是一種交變電流，這種現(xiàn)象稱為交流約瑟夫森效應(yīng)。

好像沒講完，我來補(bǔ)充些。

標(biāo)準(zhǔn)電池是分級別的，市場上能買到的有0.01級、0.005級，需要定做的是更高級的、成組的、溫控的。我國電動勢國家副基準(zhǔn)就是由一組飽和電池保持的，年變化<0.15uV（1.5E-7）。

齊納管一般都是深埋的7V左右的，而且一般具有內(nèi)部溫度補(bǔ)償。帶隙的1.23V根本算不上基準(zhǔn)，因?yàn)樵胍籼蟆?br /> 有的內(nèi)部帶有恒溫比如LM199/LM299/LM399但這種穩(wěn)定性不高，原因是恒溫溫度不可調(diào)因此選的比較高，影響穩(wěn)定度。
有的內(nèi)部帶有升壓比如REF系列，但這種穩(wěn)定性也不高，原因是內(nèi)部分壓電阻不可能做的很好。
目前可以作為基準(zhǔn)用的有兩種，一個是Motorola SZA 263或者Linear LTFLU-1，用在Fluke 732A/732B/734A/5100/5440/5700A/5720A里，是所謂的參考放大器（RefAmp），是一個齊納管串聯(lián)一個三極管封裝在4腳金屬殼里，外部恒溫。另一個是Linear的LTZ1000，用在Datron/Wavetek 4910/1281和Fluke 8508A/7001N里，所謂超級穩(wěn)壓IC，內(nèi)部帶有恒溫基本電路，各參數(shù)靈活可調(diào)。這兩個IC的年穩(wěn)定度典型值都在1ppm附近。

現(xiàn)在固態(tài)電壓基準(zhǔn)的產(chǎn)品都是10V的（為主輸出），最常見的是Fluke 732B，指標(biāo)2ppm/年。但這個用電阻分壓/升壓的基準(zhǔn)很難保證這個指標(biāo)。我手里有4個連號的732B，其中兩個穩(wěn)定性超過8ppm/年。
其實(shí)我最看好的是Datron 4910，用的是數(shù)字的PWM法升壓，本質(zhì)上克服了老化問題，盡管指標(biāo)為1.5ppm但實(shí)際上更高。這個基準(zhǔn)的問題是4個基準(zhǔn)不完全獨(dú)立，體積重量過大，不便于現(xiàn)在MAP的應(yīng)用。
Fluke另有一款買Wavetek技術(shù)但仍然在生產(chǎn)的7000系列基準(zhǔn)，指標(biāo)1.8ppm/年也很高，獨(dú)立、小體積，用“統(tǒng)計(jì)電阻”法進(jìn)行升壓也應(yīng)該不錯，但不知道為什么不太流行。

至于約瑟夫森量子電壓基準(zhǔn)，理論上屬于自然基準(zhǔn)沒有復(fù)現(xiàn)誤差，但實(shí)際上由于有熱電勢、頻率誤差、比對誤差，尤其是有誰也搞不明白的偶然隨即不確定性，因此實(shí)際上不確定度要比10-10差了不少。我手里有本培訓(xùn)材料分析后擴(kuò)展不確定度（k=3）為1.5E-8。國內(nèi)兩個不同瑟夫森基準(zhǔn)之間的對比不一致性也是這個量級的。

看這個203所自己公開的照片，右邊大圓桶就是約瑟夫森量子電壓基準(zhǔn)的主要部分，中間柜子里上面第一層是Agilent 3458A八位半萬用表，第3層就是幾個Wavetek/Fluke 7001N固態(tài)基準(zhǔn)和一個掃描器，第5層是Date Proof DP320A多路程控低熱電勢開關(guān)，第6層是Fluke 734A固態(tài)電壓基準(zhǔn)（4個732B）。

[ 本帖最后由 lymex 于 2007-9-16 15:42 編輯 ]