浅谈同轴分流器之电阻功率系数

一、什么是电阻功率系数

电阻功率系数(Power Coefficient of Resistance，PCR)：电阻每改变单位功率时，阻值的相对变化量。功率系数和温度系数(Temperature Coefficient of Resistance，TCR）均反应了温度对电阻阻值的影响，不同的是，功率系数为电阻施加功率后，由于自热引起的阻值相对变化，而温度系数为环境温度

通过热传导引起阻值漂移的变化率。

二、功率系数对同轴分流器工作有什么影响

同轴分流器由于其优异的交直流差和相位移性能，使其广泛应用于计量实验室校准宽频电流源，包括带功率功能的设备如F厂商的61系列。但在实际应用中，计量人员经常会遇到以下几个问题：

1）校准时需往同轴分流器加载电流并达到热平衡后才可开始测量，而单次测量的典型热平衡时间在10分钟左右，通常的宽频功率源具有多个电流量程，因此完成整个设备的校准是一件非常费时的工作。

2）同一个分流器在加载不同电流时，由于发热量不一致，导致阻值发生变化，会引入由功率系数导致的不确定度分量。对于精度要求较高的应用场合，需要更换不同规格的分流器且对数据进行修正，会导致校准效率进一步下降。

三、超低功率系数的同轴分流器对校准的优化

天恒测控深度分析同轴分流器使用中存在的上述问题，通过优化散热结构、选取超低温度系数的电阻元件、增加电阻数量等手段，研制了具有超低功率系数的TH0420参考级同轴分流器，并与原有的TH0400同轴分流器（与国际一线产品全面对标）进行了比对测试：在二种分流器上分别施加100A的标称直流电流，测量二者阻值随时间的变化，并绘制了同轴分流器阻值时漂曲线。如图1所示：

图1 典型同轴分流器施加电流后的阻值时漂曲线

1）初步结论

TH0420在1min时其电阻相对变化值优于5ppm，达到热平衡后的电阻相对变化也仅为8ppm，是TH0400的1/7。

TH0420测量建立时间仅需4min，而TH0400需至少11min。由此可见：功率系数越低的同轴分流器，测量建立时间（热平衡时间）越短，性能越优。

2）理论分析

功率系数越低，额外引入的测量不确定度越小，测量结果越准确。实际工作中，电阻因自热将引起阻值变化，并引入额外的测量不确定度δP，计算如下式所示：

注：Im为工作电流，In为标称电流

以标称电流In均为100 A的TH0400和TH0420为例，分别计算工作电流Im为90 A和60A时额外引入的测量不确定度δP，结果如表1所示：

表1 典型同轴分流器在不同工作电流下引入的测量不确定度δP

由表可知：1）工作电流Im越大，产生的自热量越大，δP越大；2）功率系数越低，δP越小，对测量结果干扰越小。实际工作中，应尽量选取低功率系数的同轴分流器。

四、天恒TH0420参考级同轴分流器

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