實驗報告：高壓電阻電壓系數測量
作者：開步睿思 發表日期：2016-03-06 17:39:12
幾乎在所有的高壓應用中，高壓電阻是必不可少的元件。在這些應用中，高壓電阻主要起到分壓作用，電阻的精度和阻值穩定性直接影響電壓輸出的精度和穩定性。因此，在對高壓電阻進行選型時，不僅要考慮阻值、阻值精度、功率、耐壓值，還要考慮溫度系數、電壓系數和電阻的絕緣性能、安裝環境（空氣、油浸）等等。總之，電阻作為基礎元件，在高壓電路中不可小覷。在本篇文章中，我們將重點介紹電阻電壓系數，并對PHVL系列高壓電阻進行電壓系數測量。
什么是電阻電壓系數(VCR)
理想電阻兩端電壓和流過其中的電流成正比，其阻值與電壓無關。但實際上，電阻導電粒子具有分散性，內部存在接觸電阻，因而出現非線性關系，即電流和電壓并不是嚴格成正比，阻值隨電壓升高而下降。電壓系數可表示為：
或：
其中：R1施加第一個電壓(一般設定V1=0)時計算出的電阻值，R2施加第二個電壓(V2)時計算出的電阻值，V2>V1。
電阻電壓系數測量
1）儀器簡介
TD1220是一款專用于檢定直流高壓高阻電阻的智能化儀表，高壓輸出范圍0~10kV；在100Ω~100MΩ高阻值檢定不確定度優于0.05%，10TΩ準確度仍優于±3%。在10MΩ~100MΩ范圍內，電阻測量分辨力等級為100Ω，準確度±（0.03%*RD+0.02*RG）。
2）待測高壓電阻介紹
ResistorToday高壓電阻由深圳市開步電子有限公司研發生產，
1。隨機選取PHVL系列高壓電阻5支：PHVL035S10M0F1，阻值10MΩ，功率2W，耐壓8KV，溫度系數±25ppm/℃，精度1%，電壓系數＜0.1ppm/V；最大可施加電壓4472V。
2。隨機選取HVLR系列高壓電阻5支：HVLR0210M0F1，阻值10MΩ，功率2W，耐壓6KV，溫度系數±100ppm/℃，精度1%；最大可施加電壓4472V。
3）施加高壓并測量阻值
在恒溫恒濕環境下，對PHVL和HVLR系列依次施加200V，400V，…，4400V，以200V為步進電壓，并記錄在各個電壓下的阻值。在整個測量記錄過程中，環境溫度恒定為25.8℃，但是由于施加電壓造成電阻產生自熱，所以由于溫度系數所造成的阻值漂移不可避免。施壓過程中，電阻溫度并不會突變，而是需要經過一段時間來達到熱平衡。為了最大限度減小這種因素的影響，在施加電壓達到穩定的瞬間記錄此刻的阻值，然后設定電壓為0；等待1分鐘后，在施加下一組電壓并記錄，如此循環。整個過程中，電阻表面溫度（用手觸摸為常溫）并沒有明顯的上升。
4）數據處理
將記錄下來的數據用Matlab進行處理并繪制電壓系數曲線圖如下：
圖1 PHVL035S10M0F1電壓系數
圖2 HVLR0210M0F1電壓系數
誤差分析
在整個測量過程中，施加電壓造成電阻溫升引起阻值漂移不可避免，通過控制電阻通電時間減小電阻表面溫度上升。對于測試儀器而言，10MΩ阻值的測量讀數精度在0.03%，也就是測量阻值最大相對誤差為3000Ω。當測試電壓為2500V時候，對電壓系數測量的誤差最大貢獻為0.12ppm/V；當測試電壓為4000V時，對電壓系數測量的誤差最大貢獻為0.075ppm/V。
結論
通過上圖我們可以發現，對PHVL035S10M0F1而言，當電壓大于2500V時，電壓系數小于0.1ppm/V；當電壓小于2500V時，電壓系數要小于0.5ppm/V。對于HVLR0210M0F1，在500V~4500V電壓范圍內，電壓系數集中-2ppm/V~-3ppm/V。