采用组合式量子霍尔电阻精密测量负载系数的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种采用组合式量子霍尔电阻精密测量负载系数的装置及方法，装置包括：电流比较仪电阻电桥和组合式量子霍尔电阻器件；主动电流源的两极分别与主绕组的首端和组合式量子霍尔电阻器件一端连接；从动电流源的两极分别与副绕组的首端和被测电阻的一端连接；指零仪的两端分别连接至组合式量子霍尔电阻器件和被测电阻；不平衡磁通检测器通过检测线圈感应主绕组与副绕组在电阻比对时的不平衡磁通，另一端反馈于从动电流源；参考基准选用无负载效应的量子霍尔电阻同时为完成更多功率下的电阻比对，采用组合式量子霍尔电阻器件将多个量子霍尔电阻以串并联的独特方式组合起来。本发明专利技术能够实现电阻负载系数在宽负载上限下的高准确度测定。上限下的高准确度测定。上限下的高准确度测定。

【技术实现步骤摘要】
采用组合式量子霍尔电阻精密测量负载系数的装置及方法


[0001]本专利技术属于计量测试仪表领域，更具体地，涉及一种电阻负载系数精密测量装置及方法。

技术介绍

[0002]电阻作为最常见的电学元器件之一，高准确度的电阻在精密测量等领域中起着至关重要的角色。为此，国际计量界在1990年之后便陆续启动了以量子霍尔电阻标准替代传统实物电阻标准的研究，至目前为止，量子霍尔电阻(QHR)自然基准已成为国际公认的电阻计量最高标准。量子霍尔电阻的基本结构为8引脚的丰字形状，被称为Hall bar，如图1所示，图中1#
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8#为引脚。在正常工作情况下，1#
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5#端流通电流，2#
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8#端、3#
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7#端、4#
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6#端测量电压。特别地，为了进一步扩展量子霍尔电阻在阻值上的自由性，组合式量子霍尔电阻得以提出，其在单个量子霍尔电阻的基础上，通过不同量子霍尔电阻串并联的组合方式获得不同基准阻值的特殊形式，目前国际上已成功借此实现了十进制阻值的量子霍尔电阻。
[0003]电阻负载效应是电阻的重要特征之一，表现为当流通不同电流时因发热而导致的阻值变化，具体以负载系数进行表征。一般把电阻功耗为单位功率时的电阻相对变化量视为电阻负载系数。当电阻作为精密测量标准、基准电阻、以及仪器关键部件等情况时，负载效应所造成的影响将无法忽视，因此确认电阻的负载系数将具有重要的意义。然而，针对高准确度量级的负载系数测量，如何寻找在不同电流下维持不变的电阻基准参考源始终作为该环节中亟需解决的核心关键。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提出一种采用组合式量子霍尔电阻精密测量负载系数的装置及方法，实现电阻负载系数的高准确度测定。
[0005]为实现上述目的，本专利技术第一方面提出了一种采用组合式量子霍尔电阻精密测量负载系数的装置，包括：电流比较仪电阻电桥、组合式量子霍尔电阻器件和被测电阻；
[0006]所述电流比较仪电阻电桥包括主动电流源、从动电流源、指零仪、不平衡磁通检测器、主绕组和副绕组；
[0007]所述主动电流源的两极分别与所述主绕组的首端和所述组合式量子霍尔电阻器件一端连接，所述主绕组的尾端与所述组合式量子霍尔电阻器件的另一端连接；
[0008]所述从动电流源的两极分别与所述副绕组的首端和所述被测电阻的一端连接，所述副绕组的尾端与所述被测电阻的另一端连接；
[0009]所述指零仪的两端分别连接至所述组合式量子霍尔电阻器件和所述被测电阻，所述指零仪用于指示所述组合式量子霍尔电阻器件与所述被测电阻之间的差压信号；
[0010]所述不平衡磁通检测器通过检测线圈探测所述主绕组与所述副绕组在电流比对时的不平衡磁通，所述不平衡磁通检测器的一端连接于从动电流源，所述不平衡磁通检测器将检测到的所述不平衡磁通作为反馈量反馈至所述从动电流源以维持电桥比对的稳定；
[0011]所述组合式量子霍尔电阻器件由多个量子霍尔电阻通过串并联组成，所述组合式量子霍尔电阻器件的阻值与单个所述量子霍尔电阻的阻值相同；
[0012]在对所述被测电阻进行负载系数测量时，所述组合式量子霍尔电阻器件作为所述电流比较仪电阻电桥的参考基准。
[0013]优选地，构成所述组合式量子霍尔电阻器件的量子霍尔电阻的数量由被测电阻所需评价的功率范围决定；
[0014]所述组合式量子霍尔电阻包括n2个所述量子霍尔电阻，n≥2，n2个所述量子霍尔电阻两两之间以串并联的方式交叉组合构成所述组合式量子霍尔电阻；所述组合式量子霍尔电阻器件的上限流通电流为单个所述量子霍尔电阻上限流通电流的n倍，所述组合式量子霍尔电阻器件上限比对功率为单个量子霍尔电阻的n2倍。
[0015]优选地，所述量子霍尔电阻在上限流通电流内，无负载效应。
[0016]优选地，所述电流比较仪电阻电桥为低温电流比较仪电阻电桥、直流电流比较仪电阻电桥或低频电流比较仪电阻电桥。
[0017]优选地，所述主绕组与所述副绕组之间的匝数比为2065:16，或4001:31，或6066:47，且比例准确度优于2
×
10
‑8。
[0018]第二方面，本专利技术提出一种电阻负载系数精密测量方法，利用第一方面的采用组合式量子霍尔电阻精密测量负载系数的装置，所述方法包括：
[0019]S1：所述主动电流源向所述主绕组通入主电流I，其中，所述主电流I需小于等于所述组合式量子霍尔电阻器件的上限流通电流，从动电流源向所述副绕组通入副电流，其中，所述副电流与所述主电流之间的比值等于所述主绕组与所述副绕组的匝数比，采用组合式量子霍尔电阻器件作为参考基准，测得所述被测电阻与所述参考基准在一倍功率P下的比例值；
[0020]S2：按照设定的电流倍率增加步长逐步增大所述主电流，在不同的主电流下分别重复步骤S1，测得所述被测电阻与所述参考基准在多个功率比较点下的电阻比例值；其中，所述主电流的上限均为所述组合式量子霍尔电阻器件的上限流通电流；
[0021]S3：根据步骤S1和S2获得所述被测电阻在不同功率比较点下的实际阻值，基于所述被测电阻在不同功率点下的实际阻值，通过数据拟合的方式获得所述被测电阻的阻值波动曲线和负载系数。
[0022]优选地，所述数据拟合的方式为最小二乘法。
[0023]本专利技术的有益效果在于：
[0024]本专利技术的电阻负载系数精密测量装置包括电流比较仪电阻电桥、组合式量子霍尔电阻器件和被测电阻，其中组合式量子霍尔电阻器件由多个量子霍尔电阻通过串并联的独特方式组合构成，在将串并联接触电阻影响降低至极低的同时提升了上限流通电流，并维持与单个量子霍尔电阻相同的阻值，在对被测电阻进行负载系数测量时，将组合式量子霍尔电阻器件作为电阻电桥比对的参考基准，能够有效提高被测电阻负载系数测量时的负载上限，同时利用量子霍尔电阻的无负载效应，提高测量精度。
[0025]本专利技术的电阻负载系数精密测量方法中，由于参考基准选用了无负载效应的组合式量子霍尔电阻器件，上限流通电流高，可以用电流比较仪电阻电桥完成被测电阻在不同功率下的多次比对测量，最后通过对测量数据拟合进而获得被测电阻的阻值变动曲线和负
载系数，以此能够实现电阻负载系数的高准确度测定。
[0026]本专利技术的系统具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本专利技术的特定原理。
附图说明
[0027]通过结合附图对本专利技术示例性实施例进行更详细的描述，本专利技术的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，在本专利技术示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
[0028]图1示出了量子霍尔电阻的基本结构示意图。
[0029]图2示出了本专利技术的一种采用组合式量子霍尔电阻精密测量负载系数的装置结构示意图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用组合式量子霍尔电阻精密测量负载系数的装置，其特征在于，包括：电流比较仪电阻电桥、组合式量子霍尔电阻器件和被测电阻；所述电流比较仪电阻电桥包括主动电流源、从动电流源、指零仪、不平衡磁通检测器、主绕组和副绕组；所述主动电流源的两极分别与所述主绕组的首端和所述组合式量子霍尔电阻器件一端连接，所述主绕组的尾端与所述组合式量子霍尔电阻器件的另一端连接；所述从动电流源的两极分别与所述副绕组的首端和所述被测电阻的一端连接，所述副绕组的尾端与所述被测电阻的另一端连接；所述指零仪的两端分别连接至所述组合式量子霍尔电阻器件和所述被测电阻，所述指零仪用于指示所述组合式量子霍尔电阻器件与所述被测电阻之间的差压信号；所述不平衡磁通检测器通过检测线圈探测所述主绕组与所述副绕组在电流比对时的不平衡磁通，所述不平衡磁通检测器的一端连接于从动电流源，所述不平衡磁通检测器将检测到的所述不平衡磁通作为反馈量反馈至所述从动电流源以维持电桥比对的稳定；所述组合式量子霍尔电阻器件由多个量子霍尔电阻通过串并联组成，所述组合式量子霍尔电阻器件的阻值与单个所述量子霍尔电阻的阻值相同；在对所述被测电阻进行负载系数测量时，所述组合式量子霍尔电阻器件作为所述电流比较仪电阻电桥的参考基准。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，构成所述组合式量子霍尔电阻器件的量子霍尔电阻的数量由被测电阻所需评价的功率范围决定；所述组合式量子霍尔电阻包括n2个所述量子霍尔电阻，n≥2，n2个所述量子霍尔电阻两两之间以串并联的方式交叉组合构成所述组合式量子霍尔电阻；所述组合式量子霍尔电阻器件的上限流通电流为单个所述量子霍尔电阻上限流通电流的n倍，所述组合式量子霍尔电阻器件上限比对功...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁云峰，杨镇宇，赵建亭，贺青，翟昌伟，
申请(专利权)人：中国计量科学研究院，
类型：发明
国别省市：