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工程实践中常见的一个现象是:高压分压电路中,在低压下校准无误,一旦进入数百伏以上的高压区,测量值会出现正向偏差,且随电压升高而加剧。

该偏差的根源并非电阻的耐压不足,而是其漏电流(数值化体现为电压系数VCR)所导致的阻值漂移。

在高压条件下,电阻体中陶瓷等基体在强电场作用下发生介质极化,同时材料内部的微量可移动离子杂质形成与主电阻并联的漏电通道。根据总电流 = 主电流 + 漏电流,等效电阻 = U / I_total,因此等效电阻下降。一般地,普通厚膜高阻值电阻的VCR约在10 ppm/V至25 ppm/V范围,HVC系列高压厚膜电阻的VCR可降至0.1ppm/V,当然HVC系列电阻价格不便宜。

在高压精密仪器X100高压无源探头测试电压1kV实验中,高压分压电阻我们采用耐压3kV的普通厚膜100M单颗电阻与耐压1kV的5颗普通厚膜20M电阻做对比,结果发现,采用5颗20M电阻串联比采用单颗100M的电路高压性能更好。原因有以下:

在热稳定方面,单颗100M电阻在1kV下的功耗P=R=1000000/100000000=10mW;而5颗串联20M的电阻功耗只为单颗的1/5,其发热量更小,温度升高引起的阻值漂移更小。

电场强度方面,5颗串联的电阻比单颗电阻电场强度更低,漏电流更小;假设采用的都是VCR为25ppm/V的普通厚膜电阻,对于单颗100M电阻在1kV中VCR=25ppm/V×1kV=2.5%,说明在1kV时,100M电阻阻值漂移了2.5%,即为97.5M;而对于5颗20M电阻在1kV时,单颗分压仅为200V,VCR=25pppm/V×200V=0.5%,20M电阻阻值漂移了0.5%,即为19.9M,最终串联总阻值为99.5M,更加接近100M。

不同的高压应用,对高压电阻的选型核心指标不同。如

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综上,对于不同高压应用,对高压电阻的选型指标不一样。对于高压精密仪器来说,高压电阻除了耐压值,还需要着重考虑电压系数。安全起见,耐压值至少要为测试最大电压的2倍;根据要测试的最大电压以及要求精度,选择合适的低VCR电阻;还可采用多个电阻串联,这一方法要考虑每个电阻分压均衡问题,要选择更低精度的电阻。