高精度标准电感器的研制

郑健荣

（工业和信息化部电子第五研究所计量中心，广东广州，511370)

0 引言

无线电计量的参数之一为高频电感，在多项领域中有着广泛的用途，在设计中要求统一量值，使得使用中高频电感具有统一数值，因此要求研制标准，通过量值传递[1]，结合国家检定规程要求，100μH、100μH、10μH、10μH、1μH共同构成了高频标准电感量具组。在减鉴定过程中，设置I.5MHz-IIkHZ的频率范围，设置±0.3%±0.0μH定度准确度，LCCG一1型高频电感电容测量仪的检定结果显示符合要求，研究中，将电感刻度误差使用准确度设置为±0.5±0.0μH。

1 高精度标准电感器的研制

高精度标准电感器研制中要求符合高频标准电感的要求，研制高频标准电感时要求具有电感器具有较为稳定的性能，运行中能够不受外电磁场的影响，可独立运行，产生较少的损耗，设计中结合电气与机械层面的相关要求进行设计，分布电容小，运行中，电感量不受电流影响，要求设计的体积较小，使用较为方便，重量不重[2]。

2 高精度标准电感器构成的研制

高精度标准电感器线圈结构设计中要求综合考虑导线和绕法、浸渍涂覆、骨架、屏蔽罩、接头形式等因素。小电感导线和绕法设计中，为了提升Q值，设计中减少分布电容，大电感设计中，为了减小分布电容，由于具有较多的圈数，因此采用分段多层乱绕。设计中为了降低趋肤效应以及减少邻近效应影响，绕线设计多采用多股丝包线设计方式，由此提升Q值，降低设计中的损耗。

进行浸渍涂覆，为了提升使用中的稳定性，要求浸渍涂覆中选择的材料具有较低的损耗以及较强的附着力，采用小介电常数[3]。

骨架属于电感绕组的支撑件，在设计中具有较小的热膨胀系数以及较好的机械强度，使用中不易老化且不吸潮，受到化学活动物质的影响较小，不易产生残余变形。采用1.5～2.1罩直径与线圈直径比的屏蔽罩，材料选择上最好为良导体金属材料，以此在使用中减少电磁场耦合的不良影响。采用拆脚卡口的接头形式，使用具有较强的便捷性，可有效减小连接误差,，下文介绍了4532系列片式电感器、部分3225片式电感器、20100片式电感器在此次研究中相关参数，见表1。

表1 4532系列片式电感器主要性能

4532系列片式电感器、部分3225片式电感器、20100片式电感器在使用过程中具有一致的电感器性能，实际应用中通过不断改良，对4532系列片式电感器、部分3225片式电感器、20100片式电感器的压制工艺、加工工艺、烧结工艺进行不断优化与改进，通过大量的实验研究得出符合实际应用性能的系列化磁芯，以此替代同类型的产品。

3 研制的高精度标准电感器的电感定度

结合相关准确度要求准备高频标准电感定度的相关设备，结合串联谐振原理运用品质因数测量仪开展测量工作。结合谐振电容、谐振回路残感、谐振回路指示Q值进行数据计算，计算中要求考虑指示器分辨误差、间接量测量误差。1.1频率测量误差计算中引入LX测量误差概念，在作业中频率测量误差≤±0.03%，通过计算可得出

频率测量误差=2×（±0.03%）=0.03。

线圈电感量的误差计算中运用谐振法进行，谐振电容Cx测量误差计算中引入LX测量误差，若运行中，电容测量误差为±0.03%则可得出谐振电容Cx测量误差≤0.03%。

计算若使用交叉读数法，可得出出谐振电容Cx测量误差≤0.06%。

回路指示Q值计算中引入LX测量误差，进行误差数值计算，若Qi≤40，计算中不考虑Q值的影响，此时得出LX测量误差数值≤0.05%。

Qi=35，LX测量误差数值=-4.1X10-a。

计算可见可以忽略Q值测量误差[5]。

研制中运用标准短路片法测试回路残感测量误差，得出数值为为±0.0053μH，计算中选择±0.0lμH。

LX测量误差计算中引入指示器分辨力，结合谐振点Q值、偏离谐振点△C值时Q值变化量进行误差数值计算，△Q变化量可通过Q伏特计指针移动格情况进行判断，由此可得出指示器分辨力。

结合QBG—lA型Q表中的相关规定计算分辨力，在5O挡时，AQ数值为0.1，150挡时，△Q数值为0.5。

运用交叉读数法测量LX测量误差可得出以下表格：

表2 LX测量误差测量结果

由此分析可见，交叉读数法运用下，LX测量误差数值低于0.04%。

计算中，由于各项误差之间彼此独立，因此运用方和根合成法得出LX测量误差数值，若坡测线圈的指示Q数值高于4，则得出LX测量误差数值=0.11%±0.0μH.

4 拟合检验

研制成功之后通过Matlab计算进行拟合检验。Matlab拟合功能较为强大，主要包括傅立叶、正弦叠加、指数、威布尔、插值等拟合函数。通过Matlab自定义解析式实现最小二乘法拟合。

Matlab运行中，首先启动，输入测量数据并进行分析，启动 APPS（应用功能“CurveFittingToolbox”，对数据选择“CostumeEquation”拟合模式，将数值输入之后运行软件可自动进行拟合，并得出相关参量。初次兆瓦，拟合还有相关系数、R2、差方和SSE、均方根误差RMSE。

在工作频率大于100kHz时，运行中高频电感的频率特性较为有限，可采用全频段校准方式进行处理，使得在较宽的区域中可达到较高的准确度，以此满足标准器使用要求。因此运用等效公式、通用函数进行拟合处理。运用中若等效解析式和实际电路之间存在较大偏差，则参数系数与实际物理量意义之间具有较大的出入。

5 结束语

本文研究中制作的高精度标准电感器设计方式合理、正确，通过专业技术考核符合使用要求，使用具有较为稳定的性能，设计采用的高频电感的定度方法较为严谨、正确，研制成功之后，频率测量误差计算中引入LX测量误差概念，频率测量误差为0.03线圈电感量的误差计算运用谐振法进行，谐振电容Cx测量误差≤0.03%计算若使用交叉读数法，得出出谐振电容Cx测量误差≤0.06%，LX测量误差数值≤0.05%，Qi=35，结合QBG—lA型Q表，5O挡时，AQ数值为0.1，150挡时，△Q数值为0.5。交叉读数法运用下，LX测量误差数值低于0.04%，运用方和根合成法得出LX测量误差数值，若坡测线圈的指示Q数值高于4，得出LX测量误差数值=0.11%±0.0μH，通过大量实验数据正确了该研究方法的正确性，目前在高精度标准电感器研制中处于较高水平，运用优势明显，可将其运用于实际工作之中。