国家电容标准的扩展频段计量技术研究

摘要

现代电学计量标准中，标准电容器被认为是复现电容量值单位—法拉最好的实物标准。电容器是一种基本的电路元件，被广泛地应用于电子设备与电气工程等领域。电容容量计量是一项基础性的研究工作，如果电容容量计量水平满足不了需要，会直接影响到相关科学技术的进步。因此，电容容量计量技术的研究具有特别重要的意义。
　　在低频段（10kHz以下），我国电容计量水平已达到国际先进，但随着科技的发展，在频率范围、量值范围等方面与国际先进水平有较大的差距，特别是在频率范围方面，不能满足进口阻抗计量标准器及其测量仪器的检定测试要求，迫切需要在频率范围上进行扩展。十几年来，发达国家的计量学者一直进行音频到微波段电容计量的研究，少数国家已经建立了扩展频段电容标准及溯源体系。为了建立和完善国家现代电学计量标准中扩展频段电容标准和检测体系，中国计量科学研究院立项进行“电容扩频”技术的研究。本文是笔者在参加该科研项目的基础上完成的。
　　本文研究的主要内容是：在国家“电容基准”的基础上，选用四端对电容器作为标准器，研究电容量值扩展频段的计量原理及方法，测定其频率响应，建立国家的扩展频段电容标准；以扩展频段的电容标准为量值标准，进行测量四端对电阻器和校准单端口电容器频率响应的研究。
　　具体的工作为以下几个方面：
　　1.四端对空气电容器扩展频段频率响应的研究。在100kHz～13MHz的频率范围内，针对1pF、10pF、100pF及1000pF四端对空气电容器通用化模型，利用基于混沌思想的粒子群算法对模型中的参数加以辨识，进行频率响应分析和模型优化；在国家“电容基准”的基础上，采用网络分析法进行四端对空气电容器频率响应的进行测量。
　　2.四端对固体介质电容器扩展频段频率响应的研究。在10kHz～1MHz的频率范围内，利用开发的传递测量系统，对标称值为0.01μF、0.1μF和1μF四端对固体介质电容器进行频率响应的测量。该系统由四端对电容器组、四端对宽频比率网络、四端对阻抗测量仪组成，适用于不同介质四端对电容器量值的溯源；在对感应比率网络宽频段容性误差进行建模仿真的基础上，对四端对宽频比率网络采用了避免容性误差的措施；测量采用了1:10量值传递法。
　　3.四端对电阻器频率响应的研究。为解决阻抗计量中四端对标准电阻器在直流下标定、交流下使用的问题，以建立的扩展频段电容标准为量值传递标准，研究四端对电阻器频率响应(100kHz～10MHz)的测量原理及方法。
　　4.单端口同轴电容器频率响应的研究。以建立的扩展频段电容标准为量值传递标准，提出一种校准单端口电容器频率响应(100kHz～13MHz)的方法。
　　本文的研究工作建立了国家的扩展频段电容标准，为我国阻抗测量仪器的校准及检定工作提供了溯源依据。

目录

国家电容标准的扩展频段计量技术研究

RESEARCH ON METROLOGY TECHNOLOGYOF NATIONAL CAPACITANCE STANDARD INTHE EXTENDED FREQUENCY RANGE

摘要

Abstract

Contents

第1 章 绪 论

1.1 课题的研究背景和意义

1.2 现代电学计量标准的发展概况

1.3 电容计量技术的国内外发展概况

1.4 测量不确定度的发展概况

1.5 智能计算方法的发展概况

1.6 论文的主要工作

第2 章 四端对空气电容器扩展频段的频率响应

2.1 引言

2.2 扩频电容器的选择

2.3 频率响应的仿真

2.4 频率响应的测量

2.5 测量结果及不确定度评定

2.6 国际比较

2.7 本章小结

第3 章 四端对固体介质电容器扩展频段的频率响应

3.1 引言

3.2 测量原理

3.3 四端对宽频比率网络的设计

3.4 测量结果及不确定度评定

3.5 国际比较

3.6 核验方法的研究

3.7 本章小结

第4 章 四端对电阻器的频率响应

4.1 引言

4.2 测量原理

4.3 测量结果及不确定度评定

4.4 本章小结

第5 章 单端口电容器的频率响应

5.1 引言

5.2 径向基神经网络

5.3 四端对阻抗测量的误差分析

5.4 校准方法

5.5 校准结果

5.6 本章小结

结 论

参考文献

攻读博士学位期间所发表的论文

哈尔滨工业大学博士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学博士学位论文使用授权书

哈尔滨工业大学博士学位涉密论文管理

致 谢

个人简历