标准电阻 Standard Resistors

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标准电阻的指标 How to Specify

1、老化 Aging
标准电阻最重要的指标，是老化，或者叫稳定性。
标准电阻既然做标准，其电阻值就应该很少随时间而变化。否则今天去校准了，明天改变了很大，还怎么能做标准？
由于老化都不大，因此一般以每年多少ppm（百万分之一）来表示。例如某10k电阻年老化-8ppm，就是每年减少80毫欧。
电阻的老化规律，一般是生产出来第一年老化最大，随后老变慢，而且逐渐趋于线性老化。
好的标准电阻，老化可以优于每年1ppm。更好的电阻甚至能到每年0.1ppm之内，而且比较有规律。这样，校准一次后，可以在随后的好多年内保持很高的准确性。
很多标准电阻，生产出来后，老化指标具有不确定性。例如国产的BZ3标准电阻，只能保证年老化<20ppm。一批标准电阻中，有的老化大、有的老化小。因此需要挑选、长期考核才能选出好电阻。我国国家实物标准里就有几只BZ3，但也有很多BZ3指标是不好的，所以也不要以貌取人。
还有很多标准电阻，比如Fluke 742A，指标4ppm/年，但有不少达不到，只能淘汰。

2、温度系数 Temperature Coefficient
温度系数就是电阻随温度变化的指标。
温度改变是必然的，而温度一变，电阻变动的比较大，就是测试不准了。因此，温度系数越小越好
常规情况，我们表示温度系数用每度ppm。比如某10k电阻温度系数是+8ppm/C，那么，当它在20度下测试值是R20=10,000.1欧，那么21度下就增加了8ppm=0.08欧，就成为10,000.18欧了。用公式表示就是：
R/R20 = 1 + α(t-20)
这就是个线性公式而已，其中α是1次项系数，单位ppm/C。t为温度，20度和R20为标准温度和此温度下的电阻值。

但是，常见的标准电阻都是用金属材料做的，金属材料的温度特性曲线都是二次的，也就是弯曲的，所以，完整的表达要加上二次项，成为：
R/R20 = 1 + α(t-20) + β(t-20)^2

这个β就是二次项系数，单位是ppm/C2，分母是度的平方。
但为什么温度要减20呢？这个20度，是我国和原苏联等国家的标准温度，美国等国家采用23度。
α在这里，是基准温度下的温度系数，也就是基准温度点下的斜率。用了这个二次公式后，同一个电阻，如果采用不同的温度基准，那么α就不一样了，因此有的时候要加上下标，例如α20、α23。

那么这两个系数是如何影响电阻曲线的呢？让我们用实例说明。

α代表了斜率，但一般是某温度点的，不同温度下α不一样。
比如在低温下α比较大，然后逐渐变小，在某个温度下具有α=0，即零温度系数点，次处的切线是平的。然后温度再增加，α为负
一般来将，零温度系数点最好在20度附近（油电阻），或者在23度附近（空气电阻）。这样，在标准温度附近变化，α很小，电阻变化也小
把β固定（β=-0.1）让α变化，不同α的曲线如下：



β代表了曲线弯曲程度。β越大曲线就越弯曲
对于对于某个具体电阻，β是确定的、不变的、唯一的。
即便对于某种电阻材料，β大体上是固定的。例如锰铜的β大体上是-0.6ppm/C2，比较大。而Evanohm的β大体上是-0.03ppm/C2，比较小。
理想的电阻 β=0。如果β大，那么不同温度下温度系数就变化大，只适合在某温度附近工作，在宽温度范围下温度系数就很大
把α固定（α=0.05）让β变化，不同β的曲线如下：




那么，现实中的电阻是什么样子呢？


红色曲线，20度下α=0.05很小因此很平，β=-0.03比较小因此曲线不太弯曲。这是典型的Evanohm标准电阻曲线（亦见后面标准电阻实例）
深红色曲线，α=2ppm/C因此有一定倾斜，β仍然比较小为-0.03ppm/C2，因此曲线不太弯曲。这是典型Evanohm电阻曲线
绿色曲线，α=4ppm/C稍大因此曲线倾斜，β也比较大为-0.5ppm/C2因此曲线比较弯曲。这个就是典型锰铜标准电阻曲线。RX70之类的线绕电阻都是锰铜的，其曲线一般不会好于此曲线
蓝色曲线类似，α=0因此曲线对称倾斜，β仍然为-0.5ppm/C2因此曲线仍然弯曲。这就是最好的锰铜电阻曲线。尽管α=0貌似理想，但这是有条件的。
也就是说，锰铜丝的线绕电阻曲线这种形状是固定的，是弯曲的。只能在某个温度点附近有近似零温度系数，温度偏离后温度系数就马上增大。所以，在宽的工作范围内要保持低的温度系数，只有采用好的电阻材料（比如Evanohm）
那么锰铜电阻用多个串并联能有改善吗？不能，曲线弯曲程度仍然一样。

锰铜电阻β=-0.6ppm/C2，假设20度下某电阻温度系数是0ppm，那么21度就的温度系数是-0.6ppm/C，22度为-1.2ppm/C。也就是说，温度每变化1度，温度系数变化-0.6ppm/C。


还有人会问，Vishay VHP202Z 是什么样子的曲线？
指标上温度系数<0.05，材料是Evanohm，因此曲线就是红色的，或者说比红色的还要好。

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标准电阻类型 Classification

从材料上看，分锰铜(Manganin)和Evanohm两种
锰铜具有老化小、与铜热电动势小、容易加工、容易焊接的优势，是一种广泛使用的电阻材料，但具有温度系数偏高的弱点
Evanohm是后期的电阻材料，具有硬度高、耐腐蚀、电阻率高、老化小、温度系数很小等优势，缺点是不太容易加工和焊接、成本较高。现代的标准电阻广泛采用这个。

Fluke的精密线绕电阻广泛使用Evanohm材料，温度系数低（上面这个是-1ppm），拆出的线很硬，自己可以伸直

从使用方法上看，可以分成油型和空气型两种
前者大部分是密封的、双壁结构，使用中需要浸泡在装有矿物油的恒温油槽中，以便恒温、均热和散热。油的热容比较大，电阻在使用中的热量容易被吸收而不产生明显温升，另外油是流动的，可以很快把热量带走。早期的标准电阻都是用锰铜做的，温度系数比较大，必须采用这种方式才能把温度控制到允许的范围内。

BZ3 1欧，双壁内绕电阻丝，热量很容易被浸入的油带走

另一种就是空气的。油型很不便于携带和使用，后期由于Evanohm等低温度系数电阻材料的出现，因此出现了温度系数非常低的电阻，比如SR104、Fluke 742A，这样温度对电阻的影响就很小了，就不用油浸了，用起来非常方便。
另一方面，这样的电阻其温度系数都是已知的（α和β），因此只要测试一下电阻周边的温度，就可以通过计算或查表很精确得到改正值，而且改正值也很小、权重也小，完全可以免除或者修正因温度变化而引起的对电阻的影响。
  

有的空气电阻体积很小，当然性能也一般

从结构上看，可以分成双壁密封型、油罐密封型、普通密封型、非密封型。
双壁密封型，常见于BZ3和Thomas电阻，这是最早的也是最经典的标准电阻。
油罐密封型比如SR104，线绕电阻做好后，被焊接在不锈钢罐子里，内部充油。
普通密封型比如Fluke 742A，内部是4只Fluke金封线绕电阻并联
非密封型比如国产BZ3小阻值。由于阻值小、电阻体厚重，受外界干扰很小，因此没必要密封。

国产BZ3 0.01欧非密封标准电阻。脱去了可以装油的铜杯

其它
比如是否恒温、是否多值、是否成组、是否可以用于交流等

MI的恒温电阻

著名英国Tinsley交直流电阻

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标准电阻的用途 Usage

1、保存电阻值/基准 Reference
作为一个实验室，应该有自己的一套主基准。代表着自己的最高基准，任何其它基准要向其看齐。
这基准起到向自己别的基准传递的作用，也是自己的基准向外部传递和对比的基础。

2、传递 Transfer
一个是向外传递，另一个是把外界的基准传递过来。
传递标准要求是便携的，最好是空气的。

3、校准 Calibration
提供电阻基准校准万用表或者校准仪。


4、收藏 Collection
不必多言。

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标准电阻汇总表

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MI 1欧标准电阻

我们都知道托马斯（Thomas）1欧标准电阻一直是世界上最好的电阻，自从Thomas在30年代定型后，无论是美国国家标准局还是我国的主电阻基准都在采用。
但加拿大Measurement International（简称MI或者mintl,因为他们网站是http://www.mintl.com）公司后来生产了一种比托马斯电阻更好的电阻，就是9210A。
对托马斯电阻的改进主要有如下几点：
1、采用Evanohm材料，温度系数低、温度曲线平直、硬度高、耐腐蚀。
2、采用新的退火方式，得到超低的老化率
3、安装结构的改变，最大限度减少结构对电阻老化的影响


指标：
温度系数<0.05ppm/℃ (20°C to 30°C)
老化率<0.2ppm/年
外形 高165mm、直径90mm
重量 2kg



个人评价：
本人没见过更不曾拥有过该电阻。但0.2ppm/年的指标是所有电阻中最好的。

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L&N 4210 1欧标准电阻

美国Leed & Northrup公司是老牌标准电阻生产公司，简称L&N。
L&N在1980年就被General Signal Corporation收购了：
http://www.fundinguniverse.com/c ... ompany-History.html
By 1980 General Signal was one of the fastest growing conglomerates, with assets of more than $260 billion and sales of $1.5 billion. The firm went into the utilities industry, acquiring Leeds & Northrup


到了1995年，霍尼韦尔又转收了L&N：
http://www.highbeam.com/doc/1G1-17862518.html

Dec. 15, 1995--Honeywell Inc. today announced that it has signed an agreement to acquire the assets of the Leeds & Northrup measurement and control and sensor businesses from General Signal Corporation.

当然，L&N最终归到2006年成立的专门做高精度电阻的Ohm Labs手里：
http://www.ohm-labs.com/about-us.html
Ohm-Labs acquired the resistor manufacturing capabilities of Process Instruments, including those formerly held by  Leeds & Northrup and Julie Research Laboratories.

4210是L&N公司历史悠久、产量最大、质量非常好的标准电阻，也是

托马斯电阻的商品化版

。
本人拥有4只，可惜的是，由于这电阻大约30年前就停产，找不到出生证，也没有指标。









评价：
从测试情况看，这些大约7、80年代生产的电阻老化非常小，最多几ppm。因此，可以假设，指标可以达到<0.5ppm/年的稳定度。美国国家标准局的5只和我国的1只，有文献说明，实际老化均<0.1ppm/年。
但是，由于制作年代久，电阻丝材料仍然是锰铜的，这样就脱离不开温度系数大的弊病，这就限制了其使用范围，所以这样的电阻都是油电阻（要求使用时放在恒温油槽里）。
当然，也可以事先精确测定温度系数，使用时放到空气中，用精密温度计测量温度后进行改正，也能得到很精确的测试结果。


现在，Ohm-Labs收购了L&N后，搞出了一个200型的1欧，温度系数小于0.1ppm/C，老化指标2ppm/首年。


L&N 4214 10k标准电阻

4210是421-10的0次方，而4214是421-0的4次方，可以认为是一个系列的。4214和SR104被认为是两个历史悠久、性能最好的两个10k，各有千秋。

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SR104 10k标准电阻

本来，电阻标准是1欧的，而且Thomas 1欧电阻非常成熟、非常稳定，也是各国的实物基准首选。
但是，1欧电阻阻值比较小，不便于向其它阻值传递，更不适合普通测试，也不便于携带（油槽、温度系数大），不方便校准。
因此，70年代开始出现10k标准电阻。
为什么是10k呢？主要是1:100的传递可以做得非常好，10k到1欧仅需要两次传递。另外，10k的电阻测试电压可以比较高（10V），这样热电动势的影响可以很小。阻值再高也不行，因为绝缘材料也就能保险做到1E12欧（1T），再大泄露电阻的影响就大了。

Electro Scientific Industries公司（简称esi，注意是小写的字母）也是一家老牌标准公司，一定在60年代末期就开始生产著名的SR104了，因为见过至少两款生产于1970年的电阻。同时代的类似电阻，还有GenRad的1444-A。


SR104具有非常高的性能指标：
外壳采用带盖木盒，主电阻为6线
同时对称的有一个6线10k的温度检测铜电阻，温度系数是0.1%/C，这样可以方便、精确的测试内部温度
铝面板盖位于上部，便于操作，内部有密封电阻罐，并用泡沫绝热。
电阻单元生产出来后在NBS（美国国家标准局）测试到0.1ppm，并给出测试编号和温度曲线
老化，第一年为<1ppm，随后每年<0.5ppm
温度系数α<0.1ppm/C，β<0.05ppm/C2

α&#61;-0.1，β&#61;-0.028。在20度下温度系数为+0.07，而在21度到22度之间温度系数非常小，因此

最后一个图为SR104的内部解剖到最后，如果再解剖就要进行破坏而不能复原了，根据GR 1970年文章介绍，这电阻的壳体是不锈钢的，内部是两组5000欧的电阻芯，是用直径0.05mm的裸Evanohm导线绕制并在摄氏500度下的惰性气体环境退火，焊接完毕后充入干燥氮气。之所以没有充油，是因为油里面很难避免有水，而有水就难免有氧化。

评价：
SR104可以说是最好的10k标准电阻。测试并整理过5只，大部分老化<0.1ppm/年。另外，温度系数非常小，在常规对比测试时甚至可以忽略温度的影响。
1992年年末，Tegam公司买下了eis公司，而前年IET由买下了包括SR104在内的标准电阻，因此，现在这电阻已经属于IET公司了。





补充内容 (2015-12-7 19:34):
根据IET的新文件介绍，SR104是油封的。GR1444A是充氮气的。

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日本AE公司的标准电阻

日本Alpha Electronics公司很早就生产自己的金属箔电阻，包括金封金属箔，体积外形与Vishay VHP类似，在日本的高精密仪器中用的较多。
这样的电阻，在其数据表中可以看出，具有早期Vishay金封电阻的类似特性，比如5ppm之内的年稳，1ppm/C之内的温度系数。

Advantest TR6143精密电源用的AE电阻

Advantest TR6143精密电源用的AE电阻

AE的标准电阻

自然，AE公司采用多个筛选、配合的金封电阻，组成了自己的标准电阻。
一种是ASR系列，&lt;3ppm/年的稳定性，&lt;0.2ppm/C的温度系数
另一种是更高的 USR  系列，&lt;1ppm/年的稳定性，&lt;0.1ppm/C的温度系数，而且温度系数是线性的、不弯曲的（β很小或接近于0）




   

USR系列，体积并不大，但重2.5kg！？

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加拿大高联（Guildline）的标准电阻

加拿大高联（Guildline）是著名的基准公司，早期生产的9330，属于密封灌油系列，目前仍在生产，指标不太高为&lt;3.5ppm年稳，&lt;2ppm/C温度系数。



目前高联比较推崇的，一个是6634TS，属于恒温、4个电阻封在一起的便携基准，含有1欧、10k、1M和100M四个电阻，其中1欧和10k的稳定性是&lt;1.5ppm/年，温度系数是0.005ppm/C。



另一种是9334A空气电阻，1欧到10k的年稳为&lt;2.5ppm（其中10k为2ppm），温度系数为&lt;0.2ppm。
  

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加拿大MI公司的其它标准电阻

同样，MI公司也有一款与高联公司类似的便携恒温4电阻基准4304，但似乎做的不好，因为尽管温度系数一样，但1欧和10k的年稳是5ppm。

  



空气电阻的型号是9331，年稳也是5ppm，温度系数0.2ppm

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美国Leed &amp; Northrup公司其它标准电阻

除了开始提到的4210和4214外，还有两类电阻曾较大批量生产。一个是4221低阻值电阻，再就是4020-4050电阻。
前者是全密封方式，参数不得而知。



后者4020是1欧、4030是100欧、4040是10k、4050是1M，4只成组。标称精度10ppm，锰铜丝电阻，油罐封。

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美国Fluke公司的标准电阻

Fluke的就是很有名的742A系列，最常用的是1欧和10k。
其中1欧的年稳指标为8ppm不算好，10k的为4ppm只能说凑合。实际上，742A内部用了老式的金封电阻，其离散性比较大，所以经常能在二手市场上见到742A，属于稳定性不好而被淘汰的。我测试过两个742A-10k（其中一个还在手上），正偏差很大，超过6ppm/年。
这电阻的唯一优势，就是温度系数比较小，因此适合短时间内的电阻转移。






内部图

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美国IET公司的标准电阻

IET有一个系列叫SRL，性能指标与Fluke 742A完全一样，可以肯定是一个原厂家，但卖的比Fluke的要便宜不少。
下面这个是SRL-1欧



IET有另外一个系列是SRX，年稳是10ppm，温度系数是1ppm/C。我几年前去美国买了一只10k的，价格是$389。






内部核心元件是一个体积较长的金封电阻，然后就是一个小电路板，上有一些小电阻等元件，用来精确调整到10k。用了不少Teflon材料。   

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原苏联标准电阻

我国以前沿用了很多苏联老大哥的标准，国家主基准和副基准里面均大量采用P321。



P321也是我国后来BZ3标准电阻的原型。
  




温度系数比较大，Beta系数为典型锰铜的-0.6ppm/C2附近。
  


老化也不太好。这只是1958年生产的，到现在仍然每年老化3ppm
  

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国产BZ3系列标准电阻

双壁、油浸电阻，国内产量还不少，国家实物标准中也采用。








  


从内部结构看：
双线并绕-----减少电感
线用的比较细------抠。用粗了才能稳定性更好，当然费材料
紧贴在内壁上-----不好，这样温度系数和气压系数都大
用什么绳子绑上并上漆-------败笔！这些都是有机物质，老化引起的力的变化会导致电阻变化。
调整用锉------应该避免
是漆包线------漆皮有老化，也证明绕后没有经过热处理，不能释放因绕制时的应力，也造成老化不好。

另外，BZ3小阻值电阻，结构不同，非密封，油杯型。




其中，0.01欧的内部已经在前面帖过图，0.001欧的内部在此：  



BZ3标准电阻从温度系数上看，一般都是几ppm，正温度系数的多，个别能在1ppm之内但很少。小电阻的温度系数更大一些。
另外，β系数大多在-0.6ppm/C2附近，这是锰铜的特点。



从老化上看，出厂指标是&lt;20ppm/a，但大部分实际老化能在3ppm/a之内，半数能进入1ppm之内。

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BZ3标准电阻的 说明书、出生证（产品证明书）

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标准电阻使用注意事项
1、不要强烈振动。强烈振动会让内部结构发生变化，比如骨架、线以及其相对关系，有可能发生错位，造成电阻变动。所以，运输的包装要有良好的缓冲。
2、不要温度过高或过低，最好的温度是10度到30度之间，否则也会产生永久变化。因此，运输的时间也要选择好，避免冬季或夏季运输。
3、不要加 过大的功率。尽管有些电阻说明瞬间加了高压也不会损坏，但应严格避免。
例如VHP202Z，额定300mW，是说加到300mW也不会损坏。但加了100mW到300mW之间的功率后，会加速老化，功率移除后电阻也不会复原，因此应避免。当然，加了20mW到100mW之间的功率后，有温升，有电阻变化，不过当功率撤离后，电阻会恢复原来的数值。为了不引起电阻的变化，标准的功率是10mW。
4、也不要加 过大的电压和电流。有时候对于高阻，尽管功率没到但电压超了，对于低阻尽管功率没到但电流超了，都应该避免。
5、端子扭动不要用力太猛



结束语

lymex

保留位置--全文完

yjm2000

感谢老大,期待中的这么多标准电阻出现了,可以给我的VHP202Z制作时参考! [s:30]

grn

大开眼界，这些东西是平时想看都看不见的，学习了。

yjm2000

不是一般的牛！

wanqing

真开眼界了，今天真幸福，找到了这个论坛，谢谢YJM2000！

archie

哪里可以买的，一个价格大约多少？

lymex

引用第24楼archie于2009-03-05 19:30发表的  :
哪里可以买的，一个价格大约多少？

新品价格很贵的，特性越好的越贵，比如SR104要7k美金，Fluke 742A要3万多RMB。

yjm2000

用VHP202Z做，只要220RMB！

yjm2000

加上接线柱100元，共320RMB！

爱好一点

引用第27楼yjm2000于2009-03-06 17:14发表的  :
加上接线柱100元，共320RMB！

能具体讲讲吗？

yjm2000

本栏置顶的帖子里有啊！去“VISHAY VHP金封金属箔高精度电阻专题--把你们的测试、制作情况发出来吧！”帖子里看看！

轩尼诗

这个太烧，不止38度，顶一下就好。