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SIM系列

SIM921 — 交流電阻橋

概述

SIM921 交流電阻橋是一款精密、低噪聲的儀器，專為低溫?zé)犭姕y量應(yīng)用設(shè)計。其激勵功率低于 100 aW，可以在低于 50 mK 的溫度下測量熱敏電阻和其他電阻樣品，幾乎沒有自加熱誤差。

測量電阻

SIM921 使用四線電路測量電阻，消除了引線電阻對結(jié)果的直接影響。通過使用交流激勵電流源，避免了熱電動勢和放大器偏移漂移的問題。

激勵頻率可以從前面板或計算機(jī)接口調(diào)整，范圍從 2 Hz 到 60 Hz。這種靈活性允許用戶在電力線頻率的同步子諧波頻率（如 15 Hz/12.5 Hz）或某些不整倍頻率下操作。多個 SIM921 可以在同一實驗設(shè)置中以不同頻率運行，而不會導(dǎo)致帶內(nèi)串?dāng)_。此外，對于高阻抗測量，可變頻率使得可以探測電阻結(jié)果中的任何電容效應(yīng)。激勵信號為正弦波，消除了與方波激勵相關(guān)的高頻諧波內(nèi)容。

電阻的實際測定是通過比率測量實現(xiàn)的，將選定的激勵電流通過內(nèi)部高穩(wěn)定性參考電阻和用戶的待測設(shè)備。內(nèi)部自動校準(zhǔn)功能可以用于校準(zhǔn)比率讀數(shù)的兩個臂，以提高準(zhǔn)確性。

激勵

SIM921 提供兩種激勵模式：恒流模式和恒壓模式。大多數(shù)低溫?zé)犭姕y量應(yīng)用使用負(fù)溫度系數(shù)電阻。恒壓模式的優(yōu)點是當(dāng)溫度降低時，熱電阻中的功率損耗減少。在此模式下，SIM921 調(diào)節(jié)施加的交流激勵，以維持用戶電阻上的選定電壓。

恒流模式適用于測量小電阻，例如表征超導(dǎo)轉(zhuǎn)變。在恒流模式下，內(nèi)部參考電阻作為伺服的輸入，使電流恒定為選定電壓除以電阻范圍的一半（例如，在 20 kΩ 范圍上，100 μV 產(chǎn)生 10 nA rms 的激勵電流）。

相敏檢測

SIM921 中的一對雙相正弦波交流解調(diào)器在最困難的測試條件下提供出色的信噪比。此外，雙相解調(diào)使電阻和相位測量成為可能。大的相位偏移可以警告用戶引線的過大反應(yīng)。可選擇的解調(diào)后時間常數(shù)從 300 ms 到 300 s 允許用戶完全控制測量響應(yīng)時間與最終分辨率之間的權(quán)衡。

自動量程

選擇自動量程時，SIM921 動態(tài)調(diào)整橋放大器的增益，以優(yōu)化小信號的性能，并根據(jù)測量結(jié)果重新標(biāo)定顯示。禁用自動量程時，顯示范圍保持固定，橋放大器保持全量程增益。這在將 SIM921 用于控制環(huán)路應(yīng)用時尤為重要。在自動量程和手動范圍模式下，激勵設(shè)置不會被儀器更改，確保用戶在實驗中對測量條件的完全控制。

熱電測量

SIM921 兼容所有電阻傳感器，包括負(fù)溫度系數(shù)傳感器（如鍺、電阻玻璃碳復(fù)合材料、Cernox™、釕氧化物等）和正溫度系數(shù)傳感器（如銠鐵 RTD、鉑 RTD 等）?？梢酝ㄟ^計算機(jī)接口將最多四個用戶校準(zhǔn)曲線（電阻到開爾文）上傳到儀器，每個曲線包含 200 個數(shù)據(jù)點。

輸出

除了顯示輸出和計算機(jī)接口外，模擬輸出提供一個與電阻或溫度成比例的直流電壓。用戶可以完全控制此輸出的刻度（V/K 或 V/Ω）和偏移（K 或 Ω）。

溫度控制

模擬輸出信號非常適合與 SIM960 模擬 PID 控制器連接。這個模塊組合提供了靈活且具有成本效益的溫度控制解決方案。

前面板顯示

主要顯示是一個易于讀取的 5? 位 LED 顯示器（靜態(tài)驅(qū)動，低噪聲）。該顯示器可以顯示測量值（電阻或溫度）、值減去偏移、相位偏移、偏移、激勵頻率、模擬輸出刻度和校準(zhǔn)曲線。獨立的條形顯示指示電阻范圍、激勵和輸出時間常數(shù)，以及激勵模式（電流或電壓）和自動量程設(shè)置。

接口

所有儀器參數(shù)可以通過前面板控制和顯示，或者通過計算機(jī)接口設(shè)置和查詢。模擬 DC 輸出通過前面板 BNC 連接器提供。

后面板有一個標(biāo)準(zhǔn)的 9 針 D-sub 連接器用于傳感器。電源和串行通信通過與 SIM900 主機(jī)配對的 15 針 D-sub 連接器提供。也可以通過直接在 15 針連接器上提供 ±15 V 和 +5 V 電源，實現(xiàn) SIM921 的獨立操作。

分辨率

分辨率見下表。上值給出激勵電流，下值是典型的 rms 電阻噪聲，測量的是 3 秒輸出時間常數(shù)下的室溫電阻的 50% 全量程。

SIM921 規(guī)格

• 測量類型: 4 線交流電橋
• 輸入數(shù)量: 1
• 電阻范圍: 1 mΩ 到 100 MΩ
• 時間常數(shù): 0.3 s 到 300 s
• 讀數(shù)速率: 2 次更新/秒
• 解調(diào)器分辨率: 32 位
• 分辨率: 見特性表
• 準(zhǔn)確度 (% 讀數(shù) + % 范圍):
  • 2 Ω 到 200 kΩ: (0.05% + 0.05%)，激勵 ≥30 μV 和 ≥3 nA
  • 200 mΩ 到 2 MΩ: ±(0.15% + 0.15%)，激勵 ≥300 pA
• 穩(wěn)定性:
  • 自動校準(zhǔn): (±0.001% 讀數(shù))/°C
  • 無自動校準(zhǔn): (±0.02% 讀數(shù))/°C
• 最大引線電阻: 100 Ω + 25% 范圍
• 輸入阻抗: >10 GΩ（典型值）
• 源:
  • 類型: 正弦波，恒流或恒壓
  • 源頻率: 2 Hz 到 60 Hz
  • 激勵: 3 μV 到 30 mV，最大 10 mA
  • 最大直流電流: <3 μV/范圍
• 熱電測量:
  • 支持傳感器: 所有負(fù)溫度系數(shù)和正溫度系數(shù)電阻傳感器
  • 溫度單位: K，mK
  • 低溫: 50 mK，取決于傳感器
  • 傳感器校準(zhǔn)曲線: 4 條曲線，每條 200 個點
• 模擬輸出:
  • 范圍: ±10 VDC
  • 分辨率: 300 μV
  • 準(zhǔn)確度: 1 mV
• 一般:
  • 工作溫度: 0 °C 到 40 °C，無凝結(jié)
  • 接口: 通過 SIM 接口的串行接口
  • 連接器:
    • 傳感器: DB9（母頭）
    • SIM: DB15（母頭）SIM 接口
    • 模擬輸出: BNC（前面板）
  • 電源: 由 SIM900 主機(jī)提供，或可選用用戶提供的直流電源（±15 V 和 +5 V）
  • 尺寸: 3.0″ × 3.6″ × 7.0″（寬 × 高 × 長）
  • 重量: 2.3 磅
  • 保修: 一年零件和工時保修，針對材料和工藝缺陷