实验报告：高压电阻电压系数测量

知识点：高压系数

几乎在所有的高压应用中，高压电阻是必不可少的元件。在这些应用中，高压电阻主要起到分压作用，电阻的精度和阻值稳定性直接影响电压输出的精度和稳定性。因此，在对高压电阻进行选型时，不仅要考虑阻值、阻值精度、功率、耐压值，还要考虑温度系数、电压系数和电阻的绝缘性能、安装环境（空气、油浸）等等。总之，电阻作为基础元件，在高压电路中不可小觑。在本篇文章中，我们将重点介绍电阻电压系数，并对PHVL系列高压电阻进行电压系数测量。

什么是电阻电压系数(VCR)

理想电阻两端电压和流过其中的电流成正比，其阻值与电压无关。但实际上，电阻导电粒子具有分散性，内部存在接触电阻，因而出现非线性关系，即电流和电压并不是严格成正比，阻值随电压升高而下降。电压系数可表示为：

或：

其中：R1施加第一个电压(一般设定V1=0)时计算出的电阻值，R2施加第二个电压(V2)时计算出的电阻值，V2>V1。

 

电阻电压系数测量

1）仪器简介

TD1220是一款专用于检定直流高压高阻电阻的智能化仪表，高压输出范围0~10kV；在100Ω~100MΩ高阻值检定不确定度优于0.05%，10TΩ准确度仍优于±3%。在10MΩ~100MΩ范围内，电阻测量分辨力等级为100Ω，准确度±（0.03%*RD+0.02*RG）。

 

2）待测高压电阻介绍

ResistorToday高压电阻由深圳市开步电子有限公司研发生产，

1。随机选取PHVL系列高压电阻5支：PHVL035S10M0F1，阻值10MΩ，功率2W，耐压8KV，温度系数±25ppm/℃，精度1%，电压系数＜0.1ppm/V；最大可施加电压4472V。

2。随机选取HVL系列高压电阻5支：HVL0210M0F1，阻值10MΩ，功率2W，耐压6KV，温度系数±100ppm/℃，精度1%；最大可施加电压4472V。

 

3）施加高压并测量阻值

在恒温恒湿环境下，对PHVL和HVL系列依次施加200V，400V，…，4400V，以200V为步进电压，并记录在各个电压下的阻值。在整个测量记录过程中，环境温度恒定为25.8℃，但是由于施加电压造成电阻产生自热，所以由于温度系数所造成的阻值漂移不可避免。施压过程中，电阻温度并不会突变，而是需要经过一段时间来达到热平衡。为了最大限度减小这种因素的影响，在施加电压达到稳定的瞬间记录此刻的阻值，然后设定电压为0；等待1分钟后，在施加下一组电压并记录，如此循环。整个过程中，电阻表面温度（用手触摸为常温）并没有明显的上升。

 

4）数据处理

将记录下来的数据用Matlab进行处理并绘制电压系数曲线图如下：

图1 PHVL035S10M0F1电压系数

图2 HVL0210M0F1电压系数

误差分析

在整个测量过程中，施加电压造成电阻温升引起阻值漂移不可避免，通过控制电阻通电时间减小电阻表面温度上升。对于测试仪器而言，10MΩ阻值的测量读数精度在0.03%，也就是测量阻值最大相对误差为3000Ω。当测试电压为2500V时候，对电压系数测量的误差最大贡献为0.12ppm/V；当测试电压为4000V时，对电压系数测量的误差最大贡献为0.075ppm/V。

 

结论

通过上图我们可以发现，对PHVL035S10M0F1而言，当电压大于2500V时，电压系数小于0.1ppm/V；当电压小于2500V时，电压系数要小于0.5ppm/V。对于HVL0210M0F1，在500V~4500V电压范围内，电压系数集中-2ppm/V~-3ppm/V。

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1、GB5226.1-2008 机械电气安全

2、GB19517-2009国家电气设备安全技术规范