新型精密测温电桥

　　本文介绍笔者所建立的双曲线型测温电桥。它可以在很宽的量程内测量四端结构电阻温度计的热电阻, 具有把引线电阻中和的能力和具有等功率测量的特点。测温的准确度可达1×10-4量级。

　　一、双曲线型测温电桥的结构和特点

　　如图1所示, 将复合阻抗(R+Rx)与复合阻抗(Rs+R)并联成一个两端口比率网络, 此网络具有平衡电桥的性质。在电桥中, R为常量阻抗, Rx、Rs为变量阻抗。电桥的平衡条件为: RxRs=R2

    R2称为电桥常数, 因此, 电桥具有双曲线函数的平衡条件, 使Rx和Rs具有超宽量程。

　　按照复合比率网络的理论分析, 双曲线函数型测温电桥还具有输入电阻恒定为R及在Rx、Rs上所消耗功率恒等的特点, 使测量结果不受电阻元件功率系数的影响。即使在电流比较仪上, 测温电桥也不具备等功率测量的优点。

　　二、双曲线型测温电桥的设计

　　在实际使用的双曲线型测温电桥中采用了两个技术措施: 一是电阻温度计采用四端结构把电压引线和电流引线分开, 有利于低阻测量; 二是采用电阻中和原理, 用电阻中和器消除引线电阻, 确保双曲线型测温电桥的测量准确度。如图2所示, Rx、Rs都有四端结构, 用两个同样结构的电阻中和器〔R-f(ΔR0)〕Ⅰ和〔R-f(ΔR0)〕Ⅱ分别代替两个常量电阻RⅠ和RⅡ, 并用数字电压表DVM代替指零仪。

　　电阻中和器都是负电阻增量比率网络, 能够给出线性的负电阻函数。它的设计原理如图3(a)所示, 它给出的负电阻线性函数, 其准确度约为1×10-4。当〔R- f(ΔR0)〕与引线电阻r串联时, 调节- f(ΔR0) 的数值, 使其与r中和, 用数字欧姆表测量总阻, 当达到下列条件时便达到引线电阻被中和的目的。

　　也就是说, 引线电阻已寄存在〔R- f(ΔR0)〕当中, 而且保持与常量电阻R一致。这个技术措施非常重要, 它决定了双曲线型测温电桥的测量准确度。

　　下面给出R=100Ω、电桥常数为10000Ω2、电阻增量调节范围从(0.0001~11.1110)Ω的电阻中和器的设计例子,其设计图如图3(b)所示。

　　图3(b)中,(Rp)i是各盘的并联电阻,i从0到10。相对于各盘本身的示值, 它们的顺序是:∞,3936.74Ω,1936.75Ω,1270.09Ω,936.75Ω, 736.75Ω, 603.42Ω, 508.48Ω, 436.75Ω, 381.20Ω,336.75Ω。Rpdj为衬垫电阻, 它的数值可通过计算确定.

　　在图2中的引线电阻rv4+rc2可以用〔R- f(ΔR0)〕Ⅱ去中和, 引线电阻rv1+rc3可以用〔R- f(ΔR0)〕Ⅰ去中和, 这样使得结点J2与J4之间的电阻真正等于R, 使结点J1与J3之间的电阻真正等于R, 此时双曲线型测量电桥的测量方程才能真正得到保证, 达到精密测量的目的。