标准电池自动比较装置的研制

　　1引言

　　长期以来标准电池在电压单位的保存和量值传递中起到了非常重要的作用,至今其作用仍难以被代替。随着超导约瑟夫森结阵列1伏电压基准的建立,电压测量的准确度大大提高,这样就要求标准电池的比较精度也有相应的提高。在此之前我国的标准电池比较都采用手动的测量仪器进行,测量精度不高,工作量大,数据处理比较麻烦,且要求工作人员操作比较熟练。而国外在八十年代中期相继采用了自动比对系统考查和测试标准电池。为了适应新的需要及跟踪国际先进水平,我们研制了标准电池自动比较装置。

　　2系统的描述

　　标准电池自动测试系统的框图如图1所示。

　　从图1可以看出这个系统主要由以下几部分组成:计算机、精密数字电压表、可程控低热电势开关及被测量的标准电池。这几部分中,开关及数字电压表是该系统的核心。

　　数字电压表(KeithleyModel152),分辨率为1纳伏,噪声较低,用它测量标准电池与过渡电池的差值,并带有IEEE488接口,由计算机控制采集数据。

　　可程控低热电势开关也是该系统的核心之一,这种开关是根据标准电池的测量方案自行设计加工的一种开关。在结构上进行了重点考虑,以消除由于停电及控制的误动作对标准电池造成不良影响。众所周知,标准电池是十分娇气的,任何短暂的短路都是不允许的。

　　本开关从结构上消除了这种顾虑,通过实际使用证明它是可靠的。同时该开关为低热电势开关,经长期考查表明其热电势变差小于5纳伏,固有热电势小于30纳伏。固有热电势在测量中可以被消除。考虑到数字电压表本身有零点漂移,因此开关上增加了数字电压表的换向功能,使数字电压表的零漂得以消除。

　　计算机在系统中起到中心控制的作用,通过相应的软件控制数字电压表采集数据,控制开关选择电池及对数字电压表换向。

　　3测量过程及数据的处理

　　在对标准电池进行正式测量之前,首先要测量开关的热电势。

　　3.1零热电势的测量

　　测量线路如图2所示。

　　测量前将开关按图l接线后,由计算机控制各点的选择及换向,由数字电压表测出各点的热电势,再经过相应的数据处理,可得到各点的固有热电势为p_i(i=1,2,…,n),该值在以后的数据处理中是可以被梢除的,实测表明p_i通常小于30纳伏,各点热电势变差小于5纳伏。

　　3.2对标准电池的测量及数据处理

　　对标准电池的测试仍然采用标准电池与过渡电池对接的方法,对其差值进行测量,原理线路如图3所示。

　　开关K₁为标准电池选择开关,开关K₂为数字电压表换向开关。测量时,开关K₁依次选择标准电池Ei，开关K₂对应于E_i分别置于正向和反向,数字电压表可测得两个数分别为d_i1、d_i2。由(l)式可计算出消除了数字电压表零漂的di