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标准电阻器

标准电阻器(standard resistor )用于保存电磁单位制中电阻单位欧姆的量值的标准量具。其特点是电阻值非常准确和稳定,常用作计量标准,或装在电测量仪器内作为标准电阻元件。标准电阻器通常为10进制。其阻值范围一般为 1毫欧至 100千欧,特殊情况下也可做成更小或更大的量值,或非十进制量值。标准电阻器的等级一般由各国计量部门制定的国家计量检定系统表和有关的国家标准所规定。中华人民共和国规定,作为计量标准用的标准电阻器,按其在计量检定系统表中的位置分为计量基准、计量标准和工作计量器具三档。按计量检定系统表的规定,较低档标准电阻器的量值由较高档传递。直流电阻基准是最高档的标准电阻器,保存在国家计量技术机构,用于复现和保存法定电阻单位。为了提高电阻基准量值的稳定性,通常用多个同一标称值的标准电阻器组成基准组,取其电阻值的平均值作为所保存的该标称值的电阻量值。电阻基准组的年变化为 10-8量级。其电阻值的绝对值需用绝对测定的方法来确定(见电单位的绝对测定)。绝对测定的不确定度(参见电磁测量误差)为10-7量级。为了使用方便,标准电阻器的稳定度也常常用级别来表示。例如0.01级的标准电阻器,表示其年变化在规定的参考条件下小于0.01-。中国的标准电阻器(见图)。从0.0005~0.2级,共分为9个级别。

标准电阻器一般用温度系数低、稳定度高的锰铜合金丝(片)绕在黄铜或其他材料的骨架上,再套上铜制外壳制成。外壳与骨架通常焊在一起,把电阻丝密封起来,以减少大气中的湿度等因素的影响。电阻器绕成后需退火处理,以消除绕制过程中产生的应力,改善其稳定性。电阻器的引线经密封的陶瓷绝缘子引出,与装在面板上的端钮相接。标准电阻器通常做成四端钮式(见图)。A、B为电流端,C、D为电位端。测量和使用时从 A、B两端通进电流,取出C、D两点的电压进行测量。此时需使电位端不流过电流,这样C、D两端钮的电位就分别等于α、β两点的电位,而标准电阻器的电阻值就被定义为 α、β两个结点之间的电阻值。这样,Aα,Cα,Bβ,Dβ四条引线的电阻的影响均被消除。

使用标准电阻器时,要避免机械冲击及剧烈的温度变化,耗散功率一般应小于规定值,以保持其良好的稳定性。

用电阻合金丝绕制的标准电阻器的自感及分布电容在使用时会引起一些不良效果。为了减少自感,可采用双线绕法。但对100千欧的高值电阻器,所用的电阻丝很长,采用双线绕法会导致较大的分布电容,因而多采用分段绕法,使自感和分布电容均较小。

对用于交流电路的标准电阻器,希望其自感和分布电容更小,因而需要采用一些特殊绕法;骨架也常使用云母、陶瓷等优质绝缘材料,以进一步减少分布电容和介质损耗。

70年代以来,已试制成了一系列比锰铜材料性能更优良的新型电阻合金,其特点是在更宽的温度范围内具有很低的温度系数。用这些合金制成的标准电阻器可在一般室温条件下达到以前只能在恒温室中达到的测量准确度。在结构工艺方面,试制成了高准确度的薄膜电阻器,其自感及分布电容均比线绕电阻小得多,特别适用于交流测量。薄膜电阻器的稳定性已逐步接近传统的线绕电阻器。

英国伦敦纳米技术研究中心的科学家在《应用物理学杂志》上报告说,他们研制出了可用于纳米级量子电路的紧凑型高值电阻器,这种薄膜电阻有望推动量子计算器件和基础物理研究的发展。

需要应用到高值电阻的一个例子就是量子相滑移(quantumphase-slip)电路。量子相滑移电路是用超导材料制作的狭窄电线制成的,它利用一种基本的、违反直觉的量子力学特性量子隧穿效应,克服了经典物理学中难以逾越的能垒,使磁通量在电线中来回移动。2006年,荷兰科维理纳米科学研究所的科学家提出,量子相滑移电路可用于从新定义电流的国际单位安培,目前的安培测量技术却还延续着19世纪使用的宏观测量方法,因此测量精度有限。有其他科学团队也提出,可以将量子相滑移设备作为量子计算机的量子位。

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