NIM新一代二端對電容電橋裝置

楊 雁， 黃 璐， 王 維， 陸文俊， 陸祖良

(中國計量科學研究院，北京 100029)

1 引 言

電容是電磁計量中重要的物理量，電容單位法拉(F)是國際單位制(SI)中的重要導出單位。電容與電力行業、電器制造行業、科學研究中涉及的阻抗量值有重要關系。目前，我國電容量值是通過電容電橋裝置溯源至計算電容國家基準。

2007年以來，中國計量科學研究院(NIM)在國家科技支撐計劃和國家重點研發計劃NQI專項支持下，開展了我國新一代垂直可移動屏蔽電極計算電容及電容電橋裝置的研制工作;同時該項目還是與澳大利亞計量院(NMIA)和國際計量局(BIPM)國際合作項目。在合作項目中，各國計算電容本體均采用了NMIA的設計方案。在我國新一代計算電容裝置中，創新性地應用了NIM提出的中空電補償電極方法[1];為與新一代計算電容裝置配套，在吸取NIM原電容電橋技術優點和研究經驗[2]基礎上，NIM設計了新一代二端對電容電橋[3]，用于從計算電容復現1 pF電容量值，以及標準電容的精確比較和量值傳遞[4]。

電橋采用固定比率電橋，用單一電橋即實現了計算電容過渡和電容傳遞兩個功能，有利于提高電容量值傳遞的準確度。該電橋裝置還采用了課題組提出的一種新的輔助平衡方法來提高電橋平衡速度[5]，以及一種改進的靴帶法(bootstrap method)[6]實現電橋感應比率臂比率的精確校驗。

2 二端對電容電橋裝置

2.1 電容電橋原理

圖1所示為NIM新一代電容電橋傳遞原理圖。電橋為固定10:1感應耦合比率(可復用比率4)的同軸電橋，其中主感應分壓器T1和輔助感應分壓器T2結構相同。……