鄭健榮

（工業(yè)和信息化部電子第五研究所計(jì)量中心，廣東廣州，511370)

0 引言

無線電計(jì)量的參數(shù)之一為高頻電感，在多項(xiàng)領(lǐng)域中有著廣泛的用途，在設(shè)計(jì)中要求統(tǒng)一量值，使得使用中高頻電感具有統(tǒng)一數(shù)值，因此要求研制標(biāo)準(zhǔn)，通過量值傳遞[1]，結(jié)合國家檢定規(guī)程要求，100μH、100μH、10μH、10μH、1μH共同構(gòu)成了高頻標(biāo)準(zhǔn)電感量具組。在減鑒定過程中，設(shè)置I.5MHz-IIkHZ的頻率范圍，設(shè)置±0.3%±0.0μH定度準(zhǔn)確度，LCCG一1型高頻電感電容測量儀的檢定結(jié)果顯示符合要求，研究中，將電感刻度誤差使用準(zhǔn)確度設(shè)置為±0.5±0.0μH。

1 高精度標(biāo)準(zhǔn)電感器的研制

高精度標(biāo)準(zhǔn)電感器研制中要求符合高頻標(biāo)準(zhǔn)電感的要求，研制高頻標(biāo)準(zhǔn)電感時(shí)要求具有電感器具有較為穩(wěn)定的性能，運(yùn)行中能夠不受外電磁場的影響，可獨(dú)立運(yùn)行，產(chǎn)生較少的損耗，設(shè)計(jì)中結(jié)合電氣與機(jī)械層面的相關(guān)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，分布電容小，運(yùn)行中，電感量不受電流影響，要求設(shè)計(jì)的體積較小，使用較為方便，重量不重[2]。

2 高精度標(biāo)準(zhǔn)電感器構(gòu)成的研制

高精度標(biāo)準(zhǔn)電感器線圈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要求綜合考慮導(dǎo)線和繞法、浸漬涂覆、骨架、屏蔽罩、接頭形式等因素。小電感導(dǎo)線和繞法設(shè)計(jì)中，為了提升Q值，設(shè)計(jì)中減少分布電容，大電感設(shè)計(jì)中，為了減小分布電容，由于具有較多的圈數(shù)，因此采用分段多層亂繞。設(shè)計(jì)中為了降低趨膚效應(yīng)以及減少鄰近效應(yīng)影響，繞線設(shè)計(jì)多采用多股絲包線設(shè)計(jì)方式，由此提升Q值，降低設(shè)計(jì)中的損耗。

進(jìn)行浸漬涂覆，為了提升使用中的穩(wěn)定性，要求浸漬涂覆中選擇的材料具有較低的損耗以及較強(qiáng)的附著力，采用小介電常數(shù)[3]。

骨架屬于電感繞組的支撐件，在設(shè)計(jì)中具有較小的熱膨脹系數(shù)以及較好的機(jī)械強(qiáng)度，使用中不易老化且不吸潮，受到化學(xué)活動物質(zhì)的影響較小，不易產(chǎn)生殘余變形。采用1.5～2.1罩直徑與線圈直徑比的屏蔽罩，材料選擇上最好為良導(dǎo)體金屬材料，以此在使用中減少電磁場耦合的不良影響。采用拆腳卡口的接頭形式，使用具有較強(qiáng)的便捷性，可有效減小連接誤差,，下文介紹了4532系列片式電感器、部分3225片式電感器、20100片式電感器在此次研究中相關(guān)參數(shù)，見表1。

表1 4532系列片式電感器主要性能

4532系列片式電感器、部分3225片式電感器、20100片式電感器在使用過程中具有一致的電感器性能，實(shí)際應(yīng)用中通過不斷改良，對4532系列片式電感器、部分3225片式電感器、20100片式電感器的壓制工藝、加工工藝、燒結(jié)工藝進(jìn)行不斷優(yōu)化與改進(jìn)，通過大量的實(shí)驗(yàn)研究得出符合實(shí)際應(yīng)用性能的系列化磁芯，以此替代同類型的產(chǎn)品。

3 研制的高精度標(biāo)準(zhǔn)電感器的電感定度

結(jié)合相關(guān)準(zhǔn)確度要求準(zhǔn)備高頻標(biāo)準(zhǔn)電感定度的相關(guān)設(shè)備，結(jié)合串聯(lián)諧振原理運(yùn)用品質(zhì)因數(shù)測量儀開展測量工作。結(jié)合諧振電容、諧振回路殘感、諧振回路指示Q值進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，計(jì)算中要求考慮指示器分辨誤差、間接量測量誤差。1.1頻率測量誤差計(jì)算中引入LX測量誤差概念，在作業(yè)中頻率測量誤差≤±0.03%，通過計(jì)算可得出

頻率測量誤差=2×（±0.03%）=0.03。

線圈電感量的誤差計(jì)算中運(yùn)用諧振法進(jìn)行，諧振電容Cx測量誤差計(jì)算中引入LX測量誤差，若運(yùn)行中，電容測量誤差為±0.03%則可得出諧振電容Cx測量誤差≤0.03%。

計(jì)算若使用交叉讀數(shù)法，可得出出諧振電容Cx測量誤差≤0.06%。

回路指示Q值計(jì)算中引入LX測量誤差，進(jìn)行誤差數(shù)值計(jì)算，若Qi≤40，計(jì)算中不考慮Q值的影響，此時(shí)得出LX測量誤差數(shù)值≤0.05%。

Qi=35，LX測量誤差數(shù)值=-4.1X10-a。

計(jì)算可見可以忽略Q值測量誤差[5]。

研制中運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)短路片法測試回路殘感測量誤差，得出數(shù)值為為±0.0053μH，計(jì)算中選擇±0.0lμH。

LX測量誤差計(jì)算中引入指示器分辨力，結(jié)合諧振點(diǎn)Q值、偏離諧振點(diǎn)△C值時(shí)Q值變化量進(jìn)行誤差數(shù)值計(jì)算，△Q變化量可通過Q伏特計(jì)指針移動格情況進(jìn)行判斷，由此可得出指示器分辨力。

結(jié)合QBG—lA型Q表中的相關(guān)規(guī)定計(jì)算分辨力，在5O擋時(shí)，AQ數(shù)值為0.1，150擋時(shí)，△Q數(shù)值為0.5。

運(yùn)用交叉讀數(shù)法測量LX測量誤差可得出以下表格：

表2 LX測量誤差測量結(jié)果

由此分析可見，交叉讀數(shù)法運(yùn)用下，LX測量誤差數(shù)值低于0.04%。

計(jì)算中，由于各項(xiàng)誤差之間彼此獨(dú)立，因此運(yùn)用方和根合成法得出LX測量誤差數(shù)值，若坡測線圈的指示Q數(shù)值高于4，則得出LX測量誤差數(shù)值=0.11%±0.0μH.

4 擬合檢驗(yàn)

研制成功之后通過Matlab計(jì)算進(jìn)行擬合檢驗(yàn)。Matlab擬合功能較為強(qiáng)大，主要包括傅立葉、正弦疊加、指數(shù)、威布爾、插值等擬合函數(shù)。通過Matlab自定義解析式實(shí)現(xiàn)最小二乘法擬合。

Matlab運(yùn)行中，首先啟動，輸入測量數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，啟動 APPS（應(yīng)用功能“CurveFittingToolbox”，對數(shù)據(jù)選擇“CostumeEquation”擬合模式，將數(shù)值輸入之后運(yùn)行軟件可自動進(jìn)行擬合，并得出相關(guān)參量。初次兆瓦，擬合還有相關(guān)系數(shù)、R2、差方和SSE、均方根誤差RMSE。

在工作頻率大于100kHz時(shí)，運(yùn)行中高頻電感的頻率特性較為有限，可采用全頻段校準(zhǔn)方式進(jìn)行處理，使得在較寬的區(qū)域中可達(dá)到較高的準(zhǔn)確度，以此滿足標(biāo)準(zhǔn)器使用要求。因此運(yùn)用等效公式、通用函數(shù)進(jìn)行擬合處理。運(yùn)用中若等效解析式和實(shí)際電路之間存在較大偏差，則參數(shù)系數(shù)與實(shí)際物理量意義之間具有較大的出入。

5 結(jié)束語

本文研究中制作的高精度標(biāo)準(zhǔn)電感器設(shè)計(jì)方式合理、正確，通過專業(yè)技術(shù)考核符合使用要求，使用具有較為穩(wěn)定的性能，設(shè)計(jì)采用的高頻電感的定度方法較為嚴(yán)謹(jǐn)、正確，研制成功之后，頻率測量誤差計(jì)算中引入LX測量誤差概念，頻率測量誤差為0.03線圈電感量的誤差計(jì)算運(yùn)用諧振法進(jìn)行，諧振電容Cx測量誤差≤0.03%計(jì)算若使用交叉讀數(shù)法，得出出諧振電容Cx測量誤差≤0.06%，LX測量誤差數(shù)值≤0.05%，Qi=35，結(jié)合QBG—lA型Q表，5O擋時(shí)，AQ數(shù)值為0.1，150擋時(shí)，△Q數(shù)值為0.5。交叉讀數(shù)法運(yùn)用下，LX測量誤差數(shù)值低于0.04%，運(yùn)用方和根合成法得出LX測量誤差數(shù)值，若坡測線圈的指示Q數(shù)值高于4，得出LX測量誤差數(shù)值=0.11%±0.0μH，通過大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)正確了該研究方法的正確性，目前在高精度標(biāo)準(zhǔn)電感器研制中處于較高水平，運(yùn)用優(yōu)勢明顯，可將其運(yùn)用于實(shí)際工作之中。