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低电压丈量中常见的差错来历剖析

热电电压(热电动势)是低电压测量中最常见的误差来源。当电路的不同部分处在不同的温度之下,或者当不同材料的导体互相接触时,通常就…

  热电电压(热电动势)是低电压丈量中最常见的差错来历。当电路的不同部分处在不同的温度之下,或许当不同资料的导体相互触摸时,一般就会发生这种热电电压,如图1所示。各种资料相对于铜的赛贝克(Seebeck)系数(QAB)列于表1。

表1 赛贝克系数

  运用相同资料的导体来构建电路能够将发生的热电动势降至最低。例如,运用铜制套筒或接线片来衔接铜导线,也便是构成铜 -铜的衔接,将会发生最小的热电动势。而且,衔接处还有必要坚持清洁、没有氧化物。铜制套筒与铜限制在一起的衔接(又称为“冷焊接”)不会呈现氧化层,这时可到达 ≤0.2μV/℃的赛贝克系数;而铜与氧化铜的衔接则或许发生高达 1mV/℃的赛贝克系数。

  将电路中的温度梯度减至最小也能够下降热电动势。使温度梯度降至最小的一种办法是将相应的结点对放置在相互挨近的当地,并与一个公共的、大的散热器完成很好的热触摸。有必要运用高导热系数的绝缘体,因为大多数绝缘体都不能很好地传导热量,所以有必要运用硬质阳极化铝、氧化铍、特别填充的环氧树脂、蓝宝石或许金刚石等类的特别绝缘资料来完成与散热器的触摸。

  对测验设备进行预热并使其在稳定的环境温度下到达热平衡也能使热电动势效应到达最小。假如热电动势相对为稳定的话,运用仪器的消零功用也能够补偿任何剩下的热电动势。为了使环境温度坚持稳定,应当使仪器设备避开阳光直射、排气扇以及其它相似的暖流源或许气流。用绝缘泡沫(例如聚亚安酯)将衔接点包裹起来,也能够使因为空气活动引起的温度动摇降至最小。

  1 防止热电动势的衔接办法

  如图1所示,简略的低压电路一般由处在不同温度下的不同资料衔接在一起而构成。这样就会发生若干热电动势源,一切这些热电动势源都与电压源和电压表相串联。而电压表的读数则是一切这些源的代数和。因而,不使信号源和丈量仪器之间的衔接电路影响丈量读数是十分重要的。以下各段将介绍一些很好的电路衔接办法,以便使热电动势的电压到达最小。

  假如一切的电路衔接都用一种金属资料来完成,那么在丈量作业中所引进的热电动势将是能够疏忽的。然而这并非总是能够做到的。测验夹具常常选用绷簧触点的衔接办法,这些触点或许由磷青铜、铍铜合金或许其它具有高赛贝克系数的资料制成。在这些情况下,很小的温度不同就或许发生相当大的热电动势,足以影响丈量的准确度。

  假如无法防止运用不同资料的话,则应当经过运用散热器或许将电路与热源阻隔的办法,来削减测验电路内的温度梯度。

  丈量低温环境下的源时或许会呈现一些特别的问题,因为衔接低温条件下的被测样品和电压表时常常要运用一些导热系数比铜低的金属,例如铁等。这样就会在电路中引进不同品种的金属资料。此外,因为源或许处在挨近0K的温度之下,而电压表则处在300K的温度之下,这就呈现了很大的温度梯度。恰当的选配低温容器和电压表之间衔接导线的资料成分,而且坚持一切不同金属资料结点对都处在相同的温度之下,就能够以很好的准确度来进行十分低电压的丈量。

  2 反向法来抵消热电动势

  在丈量小电压的时分,例如丈量两个标准电池的电压差或许丈量两个背对背衔接的热电偶的电压差时,能够选用反向的办法来抵消寄生热电动势所发生的差错。其办法是先进行一次丈量,然后小心肠交流两个源的极性(如图2),再进行第2次丈量。这两个丈量读数之差的平均值便是咱们所期望的电压差。

  在图2中,电压源Va、Vb代表两个标准电池(或许两个热电偶)。在图2a中丈量出的电压为:

  在图2b中将两个标准电池反向,丈量出的电压为:

  两次丈量值之差的平均值为:

  留意,这种丈量技能有效地抵消了电路中的热电动势项(Vemf)。这个热电动势项包含电路中一切热电动势的代数和,但不包含Va 、Vb 两个电压源之间的衔接部位所发生的热电动势。假如被测电压是由电流流经一个不知道电阻而发生的,那么能够选用电流反向法或许偏置补偿欧姆法来消除热电动势的影响。

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