采用電補償方案的新一代立式計算電容裝置

黃 璐， 楊 雁， 陸祖良， 王 維

(中國計量科學研究院，北京 100029)

1 引 言

計算電容是以Thompson-Lampard靜電學定理為基礎，其二維電場中的電容與形狀和尺寸無關，其電容量僅由本身軸向長度L確定[1]，因此可直接溯源到準確度更高的長度基準上。目前，計算電容復現電容單位的水平可達10-8量級，是除量子電壓和量子電阻外，電磁計量領域內準確度水平最高的計量基準[2]。

在立式計算電容結構中，固定和可動屏蔽電極的存在會使得兩者末端的電場發生畸變。如果可動屏蔽電極移動前后的兩個位置上，4根主電極內部空間不一致，例如由于不平行所造成的極間距距離的不一致等，那么兩個位置的計算電容值相減是不能完全消除電場畸變帶來的影響的，這種由移動電極端部和主電極不平行等聯合造成的影響，稱為端部效應誤差[3]。

該項誤差是立式計算電容最大的不確定度來源之一，目前主要有2種方法能夠進行補償消除。第一種方法是國際上諸如澳大利亞、美國、法國等國家計量院所采用的，即在固定和可動屏蔽電極的末端安裝直徑較小的被稱為改良型釘子頭(nosepiece)的機械方法來補償[4,5]。中國計量科學研究于2013年12月研制完成的新一代立式計算電容裝置，也采用了該機械補償方案來補償端部效應誤差;其復現1 pF固定標準電容器單位的相對標準不確定度為2.0×10-8，達到了當時的國際先進水平[6]。

第二種是中國計量科學研究院在上世紀80年代提出的電補償方案，即在1個或2個屏蔽電極末端安裝能夠加載補償負電壓的圓柱電極來消除端部效應誤差[7]。……