Comparison of resistance and capacitance standards using Hamon divider and electronic differentiator

Abstract

Preciznom usporedbom etalona otpora i etalona kapaciteta sljedivo se povezuju jedinice farad i om. U cilju uspostave R-C sljedivosti u Primarnom elektromagnetskom laboratoriju, razrađen je mjerni postupak usporedbe etalona otpora od 10 kΩ s etalonom kapaciteta od 100 pF. S obzirom da je referentni etalon otpora od 10 kΩ konstrukcijski predviđen za uporabu u mjernim krugovima istosmjerne struje, prijelaz na izmjenično mjerno područje osiguran je s pomoću posredničkog etalona otpora poznate frekvencijske ovisnosti. Posrednički etalon otpora izveden je u obliku Hamonova djelila, kojim se istodobno podiže usporedbena razina otpora, a sastoji se od deset ujednačenih otpora od 100 kΩ, prespajanjem kojih se iz paralelnog u serijski spoj postiže sljedivo povećanje razine otpora od 10 kΩ na 1 MΩ. Pri referentnoj mjernoj frekvenciji od 15,92 Hz impedancija etalona kapaciteta iznosi 100 MΩ, zbog čega je impedanciju Hamonova djelila u serijskom spoju moguće izravno usporediti s impedancijom etalonskog kapaciteta u omjeru 100:1. Mjerene veličine u ovom mjernom postupku jesu dva izmjenična napona jednakih nazivnih vrijednosti, pri čemu se jedan dobiva pomoćnim djelilom napona omjera dijeljenja 100:1, a drugi elektroničkim derivatorom, u krug kojega su spojeni etalon kapaciteta i posrednički etalon otpora u Hamonovoj izvedbi. Pritom uporaba digitalnih multimetara s 8½ znamenaka omogućuje izvedbu računalom upravljanog postupka za precizno mjerenje omjera izmjeničnih napona, iz kojeg se izravno očitava međusobna zavisnost uspoređivanih veličina: otpora i kapaciteta. Na temelju obavljenih mjerenja očekuje se daljnje pohranjivanje etalona dviju električkih veličina, otpora i kapaciteta, posebice u pogledu njihova povezivanja na razini točnosti boljoj od 0,5 milijuntinki.Transfer of traceability between units ohm and farad can be established with the method for highly accurate comparison of resistance and capacitance standards. The method for comparison of resistance standard of 10 kΩ and capacitance standard of 100 pF has been developed in the Primary electromagnetic laboratory, aiming to provide internal laboratory R-C traceability. The reference resistance standard of 10 kΩ is designed for dc current circuits, therefore an ac transfer standard with well-known frequency response should be implemented. For that purpose a Hamon divider has been constructed, which insures accurate transfer of resistance comparison to the higher values. The Hamon divider consists of ten well-balanced resistors with the nominal value of 100 kΩ, which connected in parallel or serially exhibits total resistance of 10 kΩ or 1 MΩ, respectively. The impedance of the Hamon divider in series connection can be directly compared with impedance of 100 pF capacitance standard with ratio 100:1, since the capacitive impedance at frequency of 15,92 Hz has exact value of 100 MΩ. Measuring quantities in this comparison method are two ac voltages with the same nominal value: one voltage established with auxiliary resistive divider with ratio of 100:1, and second voltage realized with electronic differentiator, which employs both capacitance standard of 100 pF and Hamon transfer standard of 1 MΩ. The relation between compared resistance and capacitance is derived from accurate determination of ac voltage ratio, measured by means of two programmable digital voltmeters with 8½ digits. On the basis of performed comparisons, a future maintenance of resistance and capacitance standards is being foreseen, with a relative uncertainty better than 0,5 ppm