HFCD型高频电容损耗角正切标准

　　一、引　言

　　损耗因数是电容器阻抗值有功分量与无功分量之比,其量值应溯源于其它电学基本量电容和电阻值。为保证高频电容损耗角测量仪器量值的准确性,我们研制出一组高频电容损耗角正切标准。经几年测试和稳定性考核,其技术指标满足了对现有损耗测量仪的低损耗测试要求和质量监控问题,具有较好的推广前景和经济效益。

　　二、损耗校准件的基本原理和结构

　　损耗校准件的原理电路如图1所示。

　　其中,r是等效串联损耗电阻;C是等效串联电容;ω是角频率;HO、LO是高、低引出端。

　　由于量值保存和传递的需要,在损耗校准件研制中采用良好结构和严格的工艺措施,使其量值有较高的年稳定性和使用方便性,在一定的工作条件下可保证量值重现性。

　　损耗校准件结构上的主要特点有:

　　1.主电容采用空气电容器,极片是镀银10μm,再镀金2μm,支撑介质为聚四氟乙烯材料,这样可保证极低的残余阻抗和极短的电流通路以及较高的电气稳定性。

　　2.采用双屏蔽结构,消除不确定的分布电容影响和辐射电阻,并减少外界环境变化影响量。

　　3.采用多档串联高精密金属膜电阻器插塞式结构,以改变大损耗不同量程,节约大量原材料,方便了使用。

　　损耗校准件的实际等效电路如图2所示。图中,HO、LO之间为初损耗引出端, HO、LI为大损耗引出端,LI和LO之间可测得串联接入的金属膜电阻器值,Co、Co′、Co"均为分布电容值。在损耗件的实际设计制作中,通过理论分析和实验验证已经确定:Co=5.3pF,Co′=14pF,Co"=1.7pF。

　　由于利用1MHz RLC表或低频阻抗分析仪可以直接测量各档串接的金属膜电阻,以及引出端HO-LO和LI-HO之间的电容量,所以,初损耗和大损耗可分别表示为:

　　式中,ro是损耗件固有的等效串联电阻,源于结构件的分布电阻、极片和安装柱的金属电阻等。

　　式中,rsi是串入电容器中的金属膜电阻器,由于需要四个档次的损耗值,所以应有rs1,…,rs4四个电阻。

　　三、损耗校准件的定标

　　1.初损耗tgδ1定标

　　我们所研制的损耗校准件每套6只,其初损耗值使用“高Q测量装置”进行。利用该装置的理论、方法、不确定度分析结果,针对本量具的实际应用有如下分析和结果:

　　(1)损耗件的初损耗计算式

　　式中,Q1、Q2为被测损耗件未接入和接入时谐振回路的Q值;C1、C2为相应的调谐电容值;Cx是被测损耗件的电容值;r2是接线柱的残阻,r2=3.3×10-3fMHz;rc是高Q仪电容器的串联等效电阻,rc=0.78×10-3fMHz。