高阻计

这是在38度发烧论坛看到的。由于在一些分析仪器上比如气相色谱的FID检测电路，就有这种高阻。所以转了一下。高阻电阻1、高阻的意义弱电流的产生离不开高阻做采样，弱电流的测试也需要高阻作为反馈电阻。同样，测试高阻的时候，也同样需要微电流计。高阻与微弱电流就是这样紧密联系在一起的。常见的电阻阻值范围是1欧到10M，达到几十M、100M，就可以认为是高阻了。更高的电阻，用M来表示已经不够，就需要用G来表示，1G=1000M，这个与硬盘的容量的表示方法是一样的有的时候用G表示也不够了，我们就用T来表示，1T=1000G=1E12。2、高阻的特点最简单的弱电流测试，就是让弱电流流过一个高阻电阻，然后测试这个高阻上的压降。例如我们如果有个10G（也就是10,000M）的电阻，那么1pA的电流流过，就能产生10mV的电压，就很有可能测量出来。同样，假设我们要产生一个1pA的电流，也可以先得到10mV的电压，再加上一个10G的电阻就可以了。当要求的测试的电流越小，或者想产生更小的电流，就要求电阻的阻值越高，100G、1T的电阻也是经常能见到的。显然，电流的测试精度和产生精度直接取决于电阻的精度，所以这就对这些高阻提出了更高的要求。 我们知道，最好的电阻材料是金属，也就是金属箔电阻、线绕电阻所用的材料。但是，金属的电导率比较好，一旦电阻超过一定数值，就需要很细（比头发丝细得多）、很长（至少几公里）的线，这就不现实了。所以，高阻电阻都是采用电阻率超高的材料，例如金属氧化膜、有机材料。这些材料的温度系数很难找到好的，而且稳定性也很难做好，成为高阻电阻的一个挑战。上面说了，要想得到精确的电流，或者能精确的测试微小电流，就需要高精度的高阻。而恰恰是高阻电阻很难做到精确，所以微小电流的发生和测试，都不那么精确。高阻除了温度系数比较大、老化比较大以外，还有几个难于克服的弱点：a、湿度系数大。这主要原因在于很多电阻材料容易吸湿，而少许的吸湿就将大比例的改变高阻。另外，尽管很多高阻采取了密封措施，但表面泄露经常是更危险的，表面的脏污加上潮是，将彻底毁掉一个高阻。b、电压系数大。所谓电压系数，就是在不同电压下电阻是不同的。也就是说，在高阻的场合下，电流-电压曲线出现了非线性，不太遵从欧姆定律了。每变化1V，电阻可能改变几ppm、几十ppm甚至更多。越高的阻值这种现象越明显。c、响应时间很慢。这主要是分布电容造成的。如果有个10T的电阻，在10pF的分布电容下，时间常数就是不可思议的τ=100秒！而一般的测试都要等待3τ时间。因此，除非采取特殊措施，否则在T级别的电阻下，就必须忍耐超常的测试时间。3、高阻的使用鉴于此类原因，我们还在可能的情况下，尽量避免高阻的采用。能降低一个级别，就能提高一级性能。比如能采用1G的场合，就不用10G。aRKG) 要达到这一点，在电流发生的场合，就要减少电压。例如本来10pA的电流可以采用1V和100G来产生，要是降低标准电压到0.1V，那么只要10G就可以同样产生10pA电流。要是降低到10mV，那么只需要1G电阻了。同样，在电流的检测和反馈电路，本来10pA在100G上可以产生1V的电压。假设我们把这个满度电压降低到0.1V，就可以把电阻降低到1/10为10G当然，降低电压就需要放大器的Vos更小，也对调零电路、补偿电路提出更高的要求。值得注意的是，高阻往往与高压联系在一起的。原因是高压的发生、测试，都要求高阻；而高阻的测试，往往要用到高压。但是，一旦到了弱小电流领域，对高压、耐压就没什么要求，只要求体积小、性能好。只不过很多高阻为了照顾在高压下的表现，要兼顾两个方面的需求。一旦涉及高压，电阻的体积就比较大。即便不涉及高压的高阻，体积大点也容易做出。 4、虚拟高阻：模拟大电阻高精度实物高阻很难做，因此可以采用有源技术模拟出大电阻来。5、常见的实物高阻这个是国产的100M氧化膜电阻，特点是廉价，但温度系数非常之大，根本不能用于精密场合http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/03/201103241529_284900_1786353_3.jpg 这个是日本的100M电阻，随手在日本买的（每只100日元），温度系数很小，30ppm级别http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/03/201103241529_284901_1786353_3.jpg国产RHZ合成膜电阻。阻值范围很宽，特性一般，体积较大http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/03/201103241529_284902_1786353_3.jpg 这是常见的国产真空电阻。内部也是合成膜的，温度系数一般，但由于彻底隔绝外界，因此稳定性不错的，也不受湿度变化的影响。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/03/201103241529_284903_1786353_3.jpgDale的真空电阻，30G的http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/03/201103241529_284904_1786353_3.jpg HSK瓷管高阻。10T非常大了，所以能做到5%也很不容易。与玻璃比，瓷管密封的也是相当不错的http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/03/201103241530_284906_1786353_3.jpghttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/03/201103241530_284907_1786353_3.jpg 日本的RHnHVS，指标还不错，都是1%。阻值是1-3.33-10步进的，从1M一直到1T，是某模拟高阻表上拆下来的最大的1T的，温度系数指标是0.1%/C，即1000ppm/C。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/03/201103241530_284909_1786353_3.jpg这是617内部的330G电阻，蓝色的涂层估计是防潮的http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/03/201103241530_284910_1786353_3.jpg

我所正在参加省局组织的0.01级实验室pH计量值比对，我正在认真学习承办单位省院制定的比对方案。方案之[b]附录1 0.01级实验室pH计量值比对注意事项[/b]如下：[img=,690,921]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/10/201810161006535637_6376_1626275_3.jpg!w690x921.jpg[/img] 我认为其第4条，按规程6.2.4 检定输入阻抗引起的示值误差，方案给出1吉欧/3吉欧是不对的，而应该是像其第6条 按规程6.2.6 检定电计示值重复性一样，约定高阻为1吉欧。请版友帮我评判哦！

1GΩ（9次方）的才算成高阻。有些高档的台式万用表，的确最高可以测试1GΩ的。 至于常见的绝缘材料，电阻就非常高了。达到1TΩ（10的12次方）很常见，超过1PΩ的（10的15次方）也很多，甚至有达到10的18次方欧姆的。下图选自Keithley—低电平测量手册中文版第74页： http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/03/201103260817_285294_1786353_3.gif当然，我对这里面的结果一直有很多疑问，例如，我测试过FR-4的环氧板，两个相临的平行线之间的电阻轻易的超出50T，这样换算成电阻率就达到10的14次方了，但图中只有9到13次方之间。 再比如，聚乙烯和特富龙的体电阻率有那么大的差别吗？达到7个数量级，那种只有11次方的不会是测量误差或者表面污染？另外，这个表格也与前面的文字很矛盾，文字中说特富龙、蓝宝石的体电阻率大于10的18次方，而表里是小于18次方的。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/03/201103260817_285295_1786353_3.gif上面中文的不是很清楚，看看原文，清楚的标出三种材料的体电阻率大于10的18次方。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/03/201103260817_285296_1786353_3.gif 测试高阻的意义 高阻其实广泛存在的，各种半导电的物体、各种常见的绝缘体，其阻值都非常高，从10的8次方一直扩展到10的18次方。为了能够测试各种材料的导电特性、绝缘特性，就必须涉足高阻领域。 另外，高阻标准电阻，相关的测试方法，也是被涉足很少的领域。高阻的特性 1、非线性/电压系数。理想电阻本来遵从欧姆定律的，即通过电阻的电流与加在其上的电压成正比。而实际上，对于非金属材料，这个线性往往不成立，例如电压高的情况下电阻就降低。非线性一般用每伏变化多少来表示，例如1ppm/V就意味着，改变1V的电压就能使电阻改变1ppm，100V就是100ppm了。 2、温度系数大。事实上，即便是纯金属，温度系数也是很大的，例如铜，大约是+4200ppm/C。只有某些精心制作的电阻合金，才有比较低的温度系数。因此，高阻材料温度系数大也就不足为怪了。3、随时间阻值变化大，即长时间稳定性不好。 4、容易受外界影响，例如湿度、气压，主要是吸水程度的不同，差别巨大。 5、电容效应。电容广泛存在，几个pF很正常。有电容就存在充放电，有电阻存在时时间常数用R×C表示。对于小阻值电阻而言这个时间常数一般可以忽略。但到了高阻领域，例如1T，即便有1pF的电容，时间常数也达到1秒。如果电阻100T、电容10pF，那么时间常数高达1000秒，表现在测试电阻的时候，电流开始大、后来逐渐减少。如果不采取措施，将造成测试时间过长。另外，高阻电阻可以认为是多个串联的，各节点都有分布电容，这样就会造成分布时间常数，即便两端的电荷放掉但中间的电荷还存在，给测试造成困难。 6、表面泄露。很多情况下绝缘材料的体电阻率很高，但测试下来就是绝缘电阻不够，此时就要考虑是否为材料表面导电。材料表面很容易因为吸附灰尘、有油膜或其他脏东西而造成比内部材料强得多的导电途径，因此保持绝缘材料的干净或者经常性的清理十分必要。高阻电阻（芯） 从材料上看，到达100M及以内的，高阻可以用线绕制作。金属材料是很理想的欧姆定律服从者，而且电阻丝的温度系数和老化程度都很小，是比较理想的电阻材料。但是，高阻的情况下，线太细、线太长，绕制很麻烦，万一断掉就前功尽弃。所以，大部分场合下，线绕电阻不超过10M。阻值不够的部分可以用两个或多个串联。金封线绕，几兆的还是可见，体积稍大http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/03/201103260818_285297_1786353_3.jpg这个HP的10M金封线绕，很少见了（lly的，来自他的3455）http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/03/201103260818_285298_1786353_3.jpg国产的线绕，10M很大了，少见http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/03/201103260819_285299_1786353_3.jpg最厉害的金封线绕是这个从5450A里面拆出来的，81Mhttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/03/201103260819_285300_1786353_3.jpg矿坛彭金生解剖并拍照的4.5M线绕电阻，丝线极细http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/03/201103260820_285302_1786353_3.jpgAeon解剖的9M线绕，只有一层，丝线细如牛毛http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/03/201103260820_285303_1786353_3.jpghttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/03/201103260820_285304_1786353_3.jpg国内常见的电阻是这种“真空电阻”，但实际测试下来电阻变小的太多http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/03/201103260820_285305_1786353_3.jpghttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/03/201103260820_285306_1786353_3.jpg而且电压系数太大，超过1000V的电压打火现象严重http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/03/201103260821_285308_1786353_3.jpghttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/03/201103260822_285309_1786353_3.jpg上面这种磁管的，貌似较低电阻的还不错http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/03/201103260822_285310_1786353_3.jpghttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/03/201103260822_285311_1786353_3.jpg这个貌似是烧结的，体积很小的1Ghttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/03/201103260822_285312_1786353_3.jpg这个么，国产平板印刷的http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/03/201103260822_285313_1786353_3.jpg仪器上拆下来的国外高阻，日本FineChem的http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/03/201103260822_285314_1786353_3.jpg外皮橡胶皮的一个微电流测试板上的高阻，Dale的，30Ghttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/03/201103260823_285315_1786353_3.jpgKei

[color=#333333]TD1220 是一款专用于检定直流高压高值电阻器、高压电阻箱、直流高压表的仪器，量程范围：10 Ω ～ 10 TΩ , 0 ～ 10 kV，该仪器可开展 0.05 级及以下等级高阻箱的校准与检定，参考标准：JJG 1072-2011《直流高压高值电阻器检定规程》、DL/T 979 -2005《直流高压高阻箱检定规程》的要求。[/color][color=#333333]功能及应用[/color][color=#333333]● 可同时输出直流电压并测量电阻值，高压表检定不确定度达1×10-4[/color][color=#333333]● 10 Ω ～ 100 MΩ阻值检定不确定度优于2×10-4；10 TΩ的准确度依然达 ± 2%[/color][color=#333333]● 适用于检定或校准直流高压高值电阻器、电阻箱、绝缘电阻测试仪检定装置 ( 兆欧表检定装置 ) [/color][color=#333333]● 适用于检定或校准直流高压表、直流毫安表、直流分压器[/color][color=#333333]主要特点[/color][color=#333333]● 电阻测量模式：恒流 ( CC ) 模式，输出稳定度：0.001% / h；恒压 ( CV ) 模式，输出稳定度：0.005% / h[/color][color=#333333]● 恒流 ( CC ) 模式适用于低阻值的测量，可有效防止电压过高损坏低阻盘。[/color][color=#333333]● 恒压 ( CV ) 模式适用于高阻值的测量，输出电流限在 3 mA 以下，可快速有效地保护被测电阻和装置本身。[/color][color=#333333]● 采用全数字按键输入，摒弃了旋转式换挡开关，误差计算简单。[/color][color=#333333]● 仪器内具有良好的电气隔离与保护功能，安全可靠性能好。[/color][color=#333333]● 配备大尺寸液晶触摸彩屏，量值显示直观，操作便捷。[/color][color=#333333]● 专用软件 ( 选件 ) ：支持被检表的半自动或全自动检定，数据管理和证书导出。[/color][color=#333333]技术规格[/color][color=#333333]直流电压/电流输出[/color][color=#333333][img=,690,234]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/07/201807040908312445_561_3123500_3.png!w690x234.jpg[/img][/color][color=#333333]备注：① RD为读数值，② RG为量程值，下同。[/color][color=#333333]恒流模式 ( CC )下电阻测量[/color][color=#333333][img=,690,196]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/07/201807040908295320_289_3123500_3.png!w690x196.jpg[/img][/color][color=#333333]恒压模式 ( CV )下电阻测量[/color][color=#333333][img=,690,222]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/07/201807040908306775_1577_3123500_3.png!w690x222.jpg[/img][/color][color=#333333]一般技术规格[/color][color=#333333]● 工作电源：AC ( 220 ± 22 ) V，( 50 ± 2 ) Hz；最大功耗：80 VA[/color][color=#333333]● 工作环境：( 23 ± 5 )℃，40% ～ 80% RH，不结露[/color][color=#333333]● 储存环境：-20 ℃～ 70 ℃， 80% RH，不结露[/color][color=#333333]● 装置尺寸：440 mm × 430 mm × 170 mm （长×宽×高）[/color][color=#333333]● 装置质量：约 11 kg[/color][color=#333333]●[/color][color=#333333] [/color][color=#333333]通讯接口[/color][color=#333333]：[/color][color=#333333]RS232[/color][color=#333333] [/color]

上周同事在维护PPMS时发现仪器自带的氦液面计可能不准，找一台旧的氦液面计发现不能用，只有电源指示灯亮，而液面指示灯始终不亮，让我帮忙处理一下。氦液面计是指示盛放液氦的容器内液氦容量的仪器，氦液面计对于超低温试验之所以非常重要，一是因为低温液体的深低温特性与高膨胀率带来的潜在危险性，我曾听说因液氦罐倾倒导致严重事故；二是因为测量不准有可能殃及其他低温设备如导致超导磁体失超损坏；三是因为氦气属于我国稀缺的战略资源非常昂贵，需要尽可能多的回收利用。我见过的氦液面计有三种：一是振动膜型，几年前我留德时用的最频繁，其原理是靠近液面时用因微细室温气流导致的氦液面失稳而产生剧烈的振动，但只有在液面附近才有反应，而液面以上及以下无明显响应，对使用者经验要求甚高；第二种是精密电阻式，使用超导线在液面以上与液面以下的电阻比例不同对总电阻的影响而设计，直接显示液面位置，需要精密的低电阻测量仪表；第三种是粗略电阻式，只在探头底部缠绕超导电阻线圈，通过探头底部在液面上下的超导电阻存在与否判断探头底部在液面以上或液面以下，它相对第一种判断更简单，但又不像第二种对硬件要求那么高，就是本文讨论的这种，图片如下。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/03/201303311102_433110_1611921_3.jpg话说回来，待修复的氦液面计的问题是液面指示灯不亮，一方面是可能因为探头有毛病，另一个就是指示器故障，由于知道其原理，我就拿万用表试试其电阻，但是万用表显示从探头从底部一直提出来均没有明显变化，而拿另一个从外单位借来的好用的指示器显示正常，反复交替实验结果均相同，即万用表读数没有明显变化，始终在9欧附近，而指示器能探测到变化，为什么呢？？这个问题姑且不表，因为现在可确定探头没有问题，而指示器肯定有毛病，好在有一台好用的指示器在手，对照着打开指示器，分析其电路结构，只是一个简单的电阻测量和比较显示电路，如下图：http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/03/201303311111_433111_1611921_3.jpg通过不长时间的对照排查，最终将问题锁定在电位器上，正常指示器的电位器的工作电阻为40欧，而故障指示器为90欧！于是将故障电位器电阻调节到40欧附近，如下图所示，然后装机调试，修复完成。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/03/201303311117_433112_1611921_3.jpg指示器可以正常工作了，当天就向同事交了差。但我心中的问题并没有O，即：为什么万用表读数在氦液面探头离开液面时没有明显变化，而指示器能探测到变化，二者之间的差异是什么？带着这个问题，我使用一个电位器作为负载对万用表和指示器的输入输出特性进行了对照测试，得到的结果让我一下子豁然开朗：在氦液面探头工作范围内，9欧-40欧，万用表的输出电流约为0.4 mA，而指示器的输出电流则为40 mA，为万用表的100倍！测量电流是万用表不能成为氦液面指示器的关键因素，因为其电流太小，几乎不加热电阻，从而不能让探头在离开液面时迅速从超导态回复到正常态，而指示器专用表可以让其迅速升温至超导电阻以上而带来电阻的明显差异，而此时换成万用表测量，电阻丝在低温氦气环境下由于失去热源又迅速降温成为超导体，所以交替测量也不能看到电阻的明显差异。因此，对于特殊电阻如超导体的电阻测量，测量电流的选择是非常有学问和讲究的，既不能太小而使其对温度的灵敏度下降，又不能太高而让其超过临界电流而失去其灵敏度。本帖的主要目的是作为几年前的一个原创帖“【原创】电阻测量的光与影::Resistance measurement--light and shadow”的补充，兼谈电流参数的调节与选择是电阻测量中超越常规万用表电阻测量的又一关要素。