高精度標準電感器的研制

鄭健榮

（工業和信息化部電子第五研究所計量中心，廣東廣州，511370)

0 引言

無線電計量的參數之一為高頻電感，在多項領域中有著廣泛的用途，在設計中要求統一量值，使得使用中高頻電感具有統一數值，因此要求研制標準，通過量值傳遞[1]，結合國家檢定規程要求，100μH、100μH、10μH、10μH、1μH共同構成了高頻標準電感量具組。在減鑒定過程中，設置I.5MHz-IIkHZ的頻率范圍，設置±0.3%±0.0μH定度準確度，LCCG一1型高頻電感電容測量儀的檢定結果顯示符合要求，研究中，將電感刻度誤差使用準確度設置為±0.5±0.0μH。

1 高精度標準電感器的研制

高精度標準電感器研制中要求符合高頻標準電感的要求，研制高頻標準電感時要求具有電感器具有較為穩定的性能，運行中能夠不受外電磁場的影響，可獨立運行，產生較少的損耗，設計中結合電氣與機械層面的相關要求進行設計，分布電容小，運行中，電感量不受電流影響，要求設計的體積較小，使用較為方便，重量不重[2]。

2 高精度標準電感器構成的研制

高精度標準電感器線圈結構設計中要求綜合考慮導線和繞法、浸漬涂覆、骨架、屏蔽罩、接頭形式等因素。小電感導線和繞法設計中，為了提升Q值，設計中減少分布電容，大電感設計中，為了減小分布電容，由于具有較多的圈數，因此采用分段多層亂繞。設計中為了降低趨膚效應以及減少鄰近效應影響，繞線設計多采用多股絲包線設計方式，由此提升Q值，降低設計中的損耗。

進行浸漬涂覆，為了提升使用中的穩定性，要求浸漬涂覆中選擇的材料具有較低的損耗以及較強的附著力，采用小介電常數[3]。

骨架屬于電感繞組的支撐件，在設計中具有較小的熱膨脹系數以及較好的機械強度，使用中不易老化且不吸潮，受到化學活動物質的影響較小，不易產生殘余變形。采用1.5～2.1罩直徑與線圈直徑比的屏蔽罩，材料選擇上最好為良導體金屬材料，以此在使用中減少電磁場耦合的不良影響。采用拆腳卡口的接頭形式，使用具有較強的便捷性，可有效減小連接誤差,，下文介紹了4532系列片式電感器、部分3225片式電感器、20100片式電感器在此次研究中相關參數，見表1。

表1 4532系列片式電感器主要性能

4532系列片式電感器、部分3225片式電感器、20100片式電感器在使用過程中具有一致的電感器性能，實際應用中通過不斷改良，對4532系列片式電感器、部分3225片式電感器、20100片式電感器的壓制工藝、加工工藝、燒結工藝進行不斷優化與改進，通過大量的實驗研究得出符合實際應用性能的系列化磁芯，以此替代同類型的產品。

3 研制的高精度標準電感器的電感定度

結合相關準確度要求準備高頻標準電感定度的相關設備，結合串聯諧振原理運用品質因數測量儀開展測量工作。結合諧振電容、諧振回路殘感、諧振回路指示Q值進行數據計算，計算中要求考慮指示器分辨誤差、間接量測量誤差。1.1頻率測量誤差計算中引入LX測量誤差概念，在作業中頻率測量誤差≤±0.03%，通過計算可得出

頻率測量誤差=2×（±0.03%）=0.03。

線圈電感量的誤差計算中運用諧振法進行，諧振電容Cx測量誤差計算中引入LX測量誤差，若運行中，電容測量誤差為±0.03%則可得出諧振電容Cx測量誤差≤0.03%。

計算若使用交叉讀數法，可得出出諧振電容Cx測量誤差≤0.06%。

回路指示Q值計算中引入LX測量誤差，進行誤差數值計算，若Qi≤40，計算中不考慮Q值的影響，此時得出LX測量誤差數值≤0.05%。

Qi=35，LX測量誤差數值=-4.1X10-a。

計算可見可以忽略Q值測量誤差[5]。

研制中運用標準短路片法測試回路殘感測量誤差，得出數值為為±0.0053μH，計算中選擇±0.0lμH。

LX測量誤差計算中引入指示器分辨力，結合諧振點Q值、偏離諧振點△C值時Q值變化量進行誤差數值計算，△Q變化量可通過Q伏特計指針移動格情況進行判斷，由此可得出指示器分辨力。

結合QBG—lA型Q表中的相關規定計算分辨力，在5O擋時，AQ數值為0.1，150擋時，△Q數值為0.5。

運用交叉讀數法測量LX測量誤差可得出以下表格：

表2 LX測量誤差測量結果

由此分析可見，交叉讀數法運用下，LX測量誤差數值低于0.04%。

計算中，由于各項誤差之間彼此獨立，因此運用方和根合成法得出LX測量誤差數值，若坡測線圈的指示Q數值高于4，則得出LX測量誤差數值=0.11%±0.0μH.

4 擬合檢驗

研制成功之后通過Matlab計算進行擬合檢驗。Matlab擬合功能較為強大，主要包括傅立葉、正弦疊加、指數、威布爾、插值等擬合函數。通過Matlab自定義解析式實現最小二乘法擬合。

Matlab運行中，首先啟動，輸入測量數據并進行分析，啟動 APPS（應用功能“CurveFittingToolbox”，對數據選擇“CostumeEquation”擬合模式，將數值輸入之后運行軟件可自動進行擬合，并得出相關參量。初次兆瓦，擬合還有相關系數、R2、差方和SSE、均方根誤差RMSE。

在工作頻率大于100kHz時，運行中高頻電感的頻率特性較為有限，可采用全頻段校準方式進行處理，使得在較寬的區域中可達到較高的準確度，以此滿足標準器使用要求。因此運用等效公式、通用函數進行擬合處理。運用中若等效解析式和實際電路之間存在較大偏差，則參數系數與實際物理量意義之間具有較大的出入。

5 結束語

本文研究中制作的高精度標準電感器設計方式合理、正確，通過專業技術考核符合使用要求，使用具有較為穩定的性能，設計采用的高頻電感的定度方法較為嚴謹、正確，研制成功之后，頻率測量誤差計算中引入LX測量誤差概念，頻率測量誤差為0.03線圈電感量的誤差計算運用諧振法進行，諧振電容Cx測量誤差≤0.03%計算若使用交叉讀數法，得出出諧振電容Cx測量誤差≤0.06%，LX測量誤差數值≤0.05%，Qi=35，結合QBG—lA型Q表，5O擋時，AQ數值為0.1，150擋時，△Q數值為0.5。交叉讀數法運用下，LX測量誤差數值低于0.04%，運用方和根合成法得出LX測量誤差數值，若坡測線圈的指示Q數值高于4，得出LX測量誤差數值=0.11%±0.0μH，通過大量實驗數據正確了該研究方法的正確性，目前在高精度標準電感器研制中處于較高水平，運用優勢明顯，可將其運用于實際工作之中。