三次平衡双电桥检定规程简析

1、 HYPERLINK 三次平衡双双电桥检检定规程程Verifficaatioon RReguulattionn off Thhe TThreee SStepps BBlannce Douublee Brridgge本检定规程程经国家家计量局局于19987年年3月99日批准准，并自自19888年11月9日日起施行行。归口单位：中国测测试技术术研究院院起草单位：中国测测试技术术研究院院本规程技术术条文由由起草单单位负责责解释。本规程主要要起草人人：崔广英(中中国测试试技术研研究院)三次平衡双双电桥检检定规程程本规程适用用于新生生产、使使用中和和修理后后的三次次平衡双双电桥的的检定。本规程不适适用于

2、普普通双电电桥的检检定。一 概述三次平衡双双电桥是是用于精精密比较较10-31102范围内内同标称称值标准准电阻的的仪器。通通过电桥桥的三次次平衡调调节，可可以有效效地消除除标准电电阻的电电位引线线电阻、连连接导线线电阻和和端钮接接触处的的过渡电电阻等对对测量小小电阻的的影响。达达到高精精度标准准电阻的的比较。三三次平衡衡双电桥桥的原理理线路如如图1所所示。三次平衡双双电桥比比较标准准电阻的的过程如如下。在所有情况况下，桥桥臂参数数的选择择都应满满足下列列条件：将被检标准准电阻用用替代法法轮流地地接到被被检臂RRx中，按按下列步步骤进行行电桥的的平衡：第一次平衡衡：闭合合K1，断断开K22，接

3、通通K3，调调节R44(RCC)使电电桥平衡衡。第二次平衡衡：闭合合K1和和K2，调调节raa或rbb使用电电桥平衡衡。第三次平衡衡：断开开K1和和K2，调调节rcc或rdd使用电电桥平衡衡。重复一、二二、三次次平衡步步骤，直直至完全全三次平平衡为止止，得到到如下等等式：*电桥平衡衡系指电电流正反反向时，检检流计处处在同一一标尺位位置，即即虚零位位法，下下同。图1 三次次平衡双双电桥原原理线路路如图RA(RCC)-外外(内)比较臂臂电阻；RB(RDD)-外外(内)比例臂臂电阻；ra(rcc)-外外(内)比较臂臂辅助平平衡电阻阻；rb(rdd)-外外(内)比例臂臂辅助平平衡电阻阻；Rx、RTT-

4、被检检臂和辅辅助臂电电阻；K1、K22-内、外外跨线短短路开关关；K3-电源源电流换换向开关关；G-检流计计；Rh-电源源电路内内调节电电阻；B、A-直直流电源源和电流流表式(1)是是三次平平衡双电电桥测量量标准电电阻的基基本计算算公式，它它具有与与单电桥桥测量电电阻完全全一样的的形式。同标称值标标准电阻阻的高精精度比较较，一般般不采用用电桥直直接法测测量电阻阻，而是是采用能能够消除除电桥系系统误差差的替代代法，这这样被检检电阻RRxt11的实际际值按下下式计算算：式中: RRxt11、RNNt2-被检的的和标准准的标准准电阻在在温度分分别为tt1和tt2时的的电阻实实际值；Ax、ANN-被检

5、检的和标标准的标标准电阻阻分别在在电桥平平衡时，RRA臂上上的相对对读数；RAH-RRA臂电电阻的档档称值。二 技术要要求1 外观及及标志1.1 三三次平衡衡双电桥桥的铭牌牌或外壳壳上应标标明：1.1.11 产品品名称、型型号和出出厂编号号；1.1.22 制造造单位或或商标；1.1.33 有效效量程和和等级指指数；1.1.44 标准准温度和和标称使使用温度度范围；1.1.55 试验验电压；1.1.66 使用用位置(无位置置符号表表示该电电桥可在在任意位位置使用用)。1.2 三三次平衡衡双电桥桥面板上上的开关关和接线线柱端钮钮应标明明功能和和符号。表1*允许变差差以等级级指数的的百分数数表示。2

6、 三次平平衡双电电桥的等等级指数数、标准准温度和和相对湿湿度范围围，标称称使用温温度和相相对湿度度范围应应符合表表1的规规定。3 三次平平衡双电电桥在标标称使用用温度和和相对湿湿度范围围内，由由标准条条件到标标称使用用条件引引起的允允许变差差不应超超过表11的规定定。4 三次平平衡双电电桥在标标准条件件下，比比较臂和和比例臂臂电阻的的实际值值相对偏偏差不应应超过00.011%或比比较臂与与比例臂臂电阻的的实际比比值不应应超过00.022%。5 三次平平衡双电电桥(用用替代法法测量时时)外比比较臂测测量盘的的线性极极限误差差即最大大算术值值线性误误差与最最小算术术值线性性误差之之差不应应超过相相

7、应等级级指数。6 三次平平衡双电电桥各调调节盘电电阻的调调节范围围应满足足表2的的规定：表2 ()7 三次平平衡双电电桥各辅辅助平衡衡调节盘盘的电阻阻应保证证以最小小步进值值连续可可调。8 在标称称使用条条件下，三三次平衡衡双电桥桥的线路路和与线线路无电电气连接接的任意意导电部部件之间间的绝缘缘电阻不不应小于于1000M。9 三次平平衡双电电桥的线线路与外外壳或与与线路无无电气连连接的任任意导电电部件之之间应能能承受频频率为445665Hzz的实际际正弦交交流电压压5000V10%(具有有控温装装置的三三次平衡衡双电桥桥，试验验电压为为15000V)，历时时1miin的耐耐压试验验，应无无击穿

8、或或无飞弧弧现象。三 检定条条件10 检定定三次平平衡双电电桥基本本误差时时，标准准温度和和相对湿湿度应符符合表11的规定定。对具具有自动动控温装装置的三三次平衡衡双电桥桥，其温温度的控控制应符符合生产产厂的规规定。11 三次次平衡双双电桥绝绝缘电阻阻的测量量和电压压的试验验，应在在表1所所规定的的标称使使用温度度和相对对湿度范范围内进进行。12 检定定三次平平衡双电电桥基本本误差的的总不确确定度不不应超过过被检电电桥相应应等级指指数的11/3。12.1 检定装装置中，标标定测量量盘电阻阻所用的的标准电电阻引起起的误差差不应超超过被检检电桥相相应等级级指数的的1/110。12.2 检定装装置中

9、，测测量仪器器引起的的误差不不应超过过被检电电桥相应应等级指指数的11/100。12.3 检定装装置中，检检流计灵灵敏度不不够引起起的误差差不应超超过被检检电桥相相应等级级指数的的1/110。12.4 检定装装置中，其其它原因因(包括括开关的的热电势势变差、接接触电阻阻变差、绝绝缘不良良引起的的漏电、静静电感应应和环境境条件等等)引起起的误差差不应超超过被检检电桥相相应等级级指数的的1/110。13 测量量比较臂臂和比例例臂电阻阻的实际际值或比比值的不不确定度度应小于于110-5。14 测量量绝缘电电阻的仪仪器，测测量误差差应小于于30%。15 电压压试验所所用的高高压试验验台应有有足够的的输

10、出容容量(应应大于00.255kVAA)和电电压连续续可调。四 检定项项目16 三次次平衡双双电桥的的检定项项目，应应按表33的规定定进行。检定方法17 外观观检查检查三次平平衡双电电桥铭牌牌或外壳壳上的标标志应符符合技术术要求。对新生产的的三次平平衡双电电桥，要要求完好好无损。对对使用中中的或修修理后的的三次平平衡双电电桥，如如发现有有严重影影响电桥桥的计量量性能的的欠缺时时，应在在修复后后再进行行检定。表3注：“+”表示应应检定，“-”表示不检定。18 线路路检查用万用表的的欧姆档档检查三三次平衡衡双电桥桥线路，如如发现有有不正常常时，应应查明原原因，修修复后再再进行检检定。19 绝缘缘电

11、阻的的测量用高阻计或或绝缘电电阻测量量仪进行行测量，如如发现绝绝缘电阻阻不能满满足要求求时，应应查明原原因，修修复后再再进行检检定。20 电压压的试验验在高压试验验台上进进行，试试验电压压以1000V/s的速速度平稳稳地上升升至所规规定的试试验电压压，历时时1miin的耐耐压试验验，无击击穿或无无飞弧现现象为合合格，否否则为不不合格。然然后将电电压平稳稳地降到到零。21 比较较臂和比比例臂电电阻实际际值的测测量用电桥法或或电位差差计补偿偿法进行行同标称称值电阻阻的测量量或用被被检三次次平衡双双电桥的的被检臂臂电阻与与辅助臂臂电阻交交换位置置进行比比较臂与与比例臂臂电阻比比值的测测量。22 辅助

12、助调节盘盘电阻连连续性的的检查选两只1标准电电阻，一一个接在在被检端端，另一一个接在在辅助臂臂，选择择合适的的检流计计灵敏度度逐个检检查辅助助平衡调调节盘电电阻的连连续性。23 测量量盘线性性度误差差的检定定根据三次平平衡双电电桥测量量盘的结结构特点点和等级级指数，按按表4的的规定选选择检定定方法。表423.1 按元件件检定法法三次平衡双双电桥的的测量盘盘是采用用十进分分路式微微调盘结结构，电电阻元件件多数是是由非十十进电阻阻值组成成，每个个元件设设有电位位端，可可以按元元件测量量微调盘盘的分路路电阻，通通过并联联电阻公公式计算算，求出出每盘步步电阻值值及其误误差，这这种方法法测量精精度高，适

13、适用于00.0000055、0.00001级三三次平衡衡双电桥桥测量盘盘的检定定。图2 用电电流比较较仪电位位差计测测量分路路电阻原原理线路路图Rs-分流流电阻；RN-标准电电阻；KK-换接接开关；G-检检流计；r0、rr1、r110-分分路电阻阻；R001、RR02、-主分路电阻23.1.1 用用直流电电流比较较仪式电电位差计计(简称称电流比比较仪电电位差计计)进行行三次平平衡双电电桥测量量盘分路路电阻的的按元件件检定。原理线路如如图2所所示。电流比较仪仪电位差差计法测测量非十十进电阻阻具有准准确度高高、测量量迅速、使使用方便便等特点点，非常常适合于于微调盘盘分路电电阻的测测量。测量过程：(

14、1)按图图2接好好线路，根根据被测测电阻选选择与其其相近的的标准电电阻RNN和相应应的标准准电阻等等级指数数。(2)用0.11量程，按按标准电电阻RNN的实际际值放置置电流比比较仪电电位差计计的测量量盘示值值，将换换接开关关K置向向标准，调调节分流流电阻RRS，使使其电流流比较仪仪电位差差计平衡衡。(3)将换换接开关关K置向向被测，分分别测量量微调盘盘的分路路电阻，电电流比较较仪电位位差计上上的平衡衡示值即即为被测测分路电电阻的实实际值。(4)根据据测得的的分路电电阻实际际值，按按并联电电阻计算算公式计计算等效效电阻值值、步进进电阻值值和步进进值的误误差。23.1.2 用用万能比比例臂电电桥进

15、行行测量盘盘分路电电阻的按按元件检检定。原理线路如如图3所所示。用万能比例例臂电桥桥测量分分路电阻阻必须按按四端电电阻接法法进行测测量，也也可以将将十个分分别睡电电阻元件件串接在在万能比比例臂电电桥的被被测端，分别别测出每每个电阻阻元件电电位端在在万能比比例臂电电桥上的的两个平平衡读数数，记作作R1和和R2；标准电电阻RNN电位端端上的两两个平衡衡读数，记记作R33和R44。按下下式进行行被测电电阻值的的计算：式中，Rxx，RNN分别为为被测电电阻和标标准电阻阻的实际际值。23.2 十进盘盘替代法法如果测量盘盘分路电电阻不设设有电位位端时，按按元件检检定法已已不适用用，必须须采用十十进盘替替代

16、法进进行检定定。图3 用万万能比例例臂电桥桥测量分分路电阻阻的原理理线路图图Rx-被测测电阻；RN-标准电电阻；BB-电源源；K-电源电电流换向向开关；G-检检流计23.2.1 十十进盘替替代法原原理基本原理是是用后一一盘的十十个步进进值电阻阻同前一一盘的每每一个步步进值电电阻在电电桥装置置上作替替代比较较，最后后一个十十进盘的的每一个个步进值值电阻由由检流计计的偏格格来确定定。只需需对其中中一个十十进盘的的电阻值值进行电电阻标定定，整个个十进盘盘电阻步步进值的的实际电电阻值就就可以通通过计算算得到。23.2.2 十十进盘替替代法检检定线路路用QJ-225型直直读比例例臂微调调电阻箱箱当作被被

17、测电阻阻，进行行三次平平衡双电电桥测量量盘线性性度误差差的检定定，其原原理线路路如图44所示。图4 三次次平衡双双电桥测测量盘线线性度误误差的检检定原理理线路图图Rx-QJJ25型型直读比比例臂微微调电阻阻箱(简简称QJJ25)；RNN-标定定用标准准电阻；K4-换接开开关23.2.3 测测量过程程(1)测量量盘线性性度的检检定步骤骤(a)选择择Rx和和RT的的标称电电阻值为为1000，按图图4接好好线路，RRA和QQJ255全部示示值置零零，K44置1，闭闭合K11。(b)闭合合K2，调调节raa或rbb使电桥桥平衡。(c)断开开K2，调调节QJJ25使使电桥平平衡。(d)重复复b)和和c)

18、步步骤，直直至完全全平衡为为止。(e)将RRA第一一盘置于于1，末末盘置于于5，其其余盘置置于零，QQJ255与RAA第一盘盘对应盘盘置于11，其余余盘不动动，调节节RA末末盘使电电桥平衡衡，记录录RA末末盘的示示值为aaT1。(f)QJJ25保保持不变变，RAA第一盘盘示值退退回到零零，第二二盘示值值由零进进到100，调节节RA末末盘使电电桥平衡衡，记录录RA末末盘的示示值为bbT1。步骤(e)和(ff)实现现了RAA第一盘盘第1个个步进电电阻值RRT1与与第一盘盘十个步步进电阻阻值 的的比较，其其差值T1为为：(g)将RRA第一一盘进到到2，第第二盘退退回到零零，QJJ25与与RA第第一盘

19、对对应盘也也进到22，其余余盘不动动，调节节RA末末盘使电电桥平衡衡，记录录RA末末盘的示示值为aa2。(h)QJJ25保保持不变变，RAA第一盘盘示值退退回到11，第二二盘示值值由零进进到100，调节节RA末末盘使电电桥平衡衡记录RRA末盘盘的示值值为bTT2。步骤(g)和(hh)实现现了RAA第一盘盘第2个个步进电电阻值RRT2与与第二盘盘十个步步进电阻阻值 的的比较，其其差值T2为为：依次类同,可得到到:式中: Ti-第一盘盘第i个个步进电电阻值与与第二盘盘十个步步进电阻阻值的差差值；RTi-第第一盘第第i个步步进电阻阻值；-第二盘十十个步进进电阻值值。式中: ji-第j盘盘第i个个步进

20、电电阻值与与第j+1盘十十个步进进电阻值值的差值值；Rji-第第j盘第第i个步步进电阻阻值；-第j+11盘十个个步进电电阻值。(i)RAA的最后后一盘可可采用检检流计偏偏格法进进行检定定，即变变化RAA最后一一盘的全全部示值值，使其其检流计计偏转1100格格，记录录每一步步进电阻阻值变化化时检流流计的偏偏转格数数ai，末末盘每一一步进电电阻值RRei为为：式中: RRei-末盘第第i个步步进电阻阻值；-末盘十个个步进电电阻值。(2)测量量盘电阻阻的标定定公式假定 为已已知，各各测量盘盘步进电电阻的累累加值分分别为：如果第五盘盘为末盘盘，则有有：也可以假定定其它一一个测量量盘十个个步进电电阻值为

21、为已知，则则有另外外一些公公式表示示，而计计算结果果应该是是一致的的。(3)测量量盘电阻阻的标定定方法测量盘线性性度检定定完成后后，应该该对测量量盘电阻阻进行标标定，则则即假定定 的已已知电阻阻进行求求值。标定方法是是用已知知的标准准电阻作作为标定定电阻串串联在被被测电阻阻Rx上上，用图图4线路路进行接接线和测测量。RRx的增增量必定定是RAA的增量量，由此此标定出出测量盘盘第二盘盘十个步步进电阻阻值。(a)标定定电阻的的选择原原则对测量盘第第二盘十十个步进进电阻值值进行标标定要选选择与它它相对应应的变化化阻值，如如RA第第二盘步步进电阻阻值为10-2，则应应选择标标定电阻阻RN为为0.11的

22、0.01级级标准电电阻。为在电桥平平衡时能能对应第第二盘十十个步进进电阻值值的变化化，还应应选择RRN的实实际电阻阻值为大大于标称称值的标标准电阻阻。(b)测量量步骤i 当测量量盘线性性度检定定完成后后，将RRA和QQJ255的全部部示值置置于零，其其中RAA末盘置置于5，调调节QJJ25使使电桥平平衡。ii 闭合合K2，调调节raa使电桥桥平衡。iii 断断开K22，调节节RA末末盘，重重新使用用电桥平平衡，记记录电桥桥RA末末盘的平平衡示值值为A。iv K44置于22，RAA的第二二盘进到到10，其其余盘的的示值不不变，重重复步骤骤ii和和iiii，记录录电桥RRA末盘盘的平衡衡示值为为B

23、。V按下式计计算的电电阻实际际值：23.3 整体检检定法用电流比较较仪电桥桥准确度度高、稳稳定性好好的特点点，直接接检定测测量盘的的线性度度误差，其其原理线线路如图5所示。图5 电流流比较仪仪电桥检检定测量量盘线性性度误差差的原理理线路图图RA-外比比较臂测测量盘电电阻；rra-外外比较臂臂辅助平平衡调节节盘电阻阻；RNN-二等等标准电电阻；GG-检流流计测量步骤：(a)选取取RN和和RA标标称值为为1000的电阻阻，按图图5接好好线路。(b)测量量RA+ra的的起始电电阻；将将RA和和ra的的全部示示值置于于零，RRN的相相对偏差差置于电电流比较较仪电桥桥的偏差差盘RSS上，调调节Rxx/RSS盘使电电桥平衡衡，记录录电桥RRx/RRs盘上上的平衡衡示值为为Kj00。(c)逐盘盘逐挡进进行RAA的测量量，