Metody přesného měření nízkých impedancí

Abstract

Prezentovaná práce se zabývá vývojem metod pro měření nízkých impedancí pod 10 Ohm v kmitočtovém rozsahu do 1 MHz. Práce je rozdělena na tři hlavní části. První část práce se zabývá vývojem unikátních a konstrukčně jednoduchých vypočitatelných etalonů odporu, které jsou použity jak ke kalibraci můstku, tak i jako referenční etalony pro vlastní měření. V další části práce je popsán návrh digitálního vzorkovacího můstku v různých topologiích pro kalibrace nízkých impedancí v kmitočtovém rozsahu do 1 MHz. Je detailně rozebrán návrh HW komponent můstku a dále je detailně rozebráno zpracování signálu a korekční schéma můstku, které umožnilo dosažení pracovního kmitočtu až 1 MHz s rozšířenou nejistotou měření (k=2) pod 0,005% a 250 µrad. V této části práce je mj. popsána unikátní metoda automatické kalibrace linearity můstku vyžadující jen minimální účast operátora. Dále je popsána integrace obvodového modelu můstku v prostředí Spice se SW můstku, která umožnila validaci všech funkcí můstku a také výpočet jeho nejistoty měření včetně vlivu interferencí mezi komponentami můstku. V poslední části práce jsou prezentována vybraná měření a mezinárodní porovnání prokazující vlastnosti vyvinutého můstku.

Overall topic of presented thesis is development of methods of measurement of low impedances below 10 Ohm in a frequency range up to 1 MHz. The thesis comprises of three main parts. First part of thesis describes design of unique and simple calculable standards of resistance that are used for calibration of the bridge and as the reference standards for the calibrations. Next part of theses is focused on design of digital sampling bridge in various topologies suitable for measurement of various types of impedance standards up to frequency of 1 MHz. The thesis describes the HW components, data processing and corrections scheme allowing the designed bridge to reach expanded uncertainties (k=2) below 0.005% and 250 µrad at 1 MHz. One of the key points of the proposed corrections scheme is unique automatic linearity calibration method requiring minimal operator's effort. The theses also describes integration of Spice model of the bridge the bridge SW that allowed validation of functionality of the bridge and also analysis of uncertainty contributions related to interferences between the bridge components. The last part of the thesis shows selection of measurements of known impedances and international comparisons that proofs performance of the bridge.