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SIM系列
SIM921 — 交流电阻桥
概述
SIM921 交流电阻桥是一款精密、低噪声的仪器，专为低温热电测量应用设计。其激励功率低于 100 aW，可以在低于 50 mK 的温度下测量热敏电阻和其他电阻样品，几乎没有自加热误差。
测量电阻
SIM921 使用四线电路测量电阻，消除了引线电阻对结果的直接影响。通过使用交流激励电流源，避免了热电动势和放大器偏移漂移的问题。
激励频率可以从前面板或计算机接口调整，范围从 2 Hz 到 60 Hz。这种灵活性允许用户在电力线频率的同步子谐波频率（如 15 Hz/12.5 Hz）或某些不整倍频率下操作。多个 SIM921 可以在同一实验设置中以不同频率运行，而不会导致带内串扰。此外，对于高阻抗测量，可变频率使得可以探测电阻结果中的任何电容效应。激励信号为正弦波，消除了与方波激励相关的高频谐波内容。
电阻的实际测定是通过比率测量实现的，将选定的激励电流通过内部高稳定性参考电阻和用户的待测设备。内部自动校准功能可以用于校准比率读数的两个臂，以提高准确性。
激励
SIM921 提供两种激励模式：恒流模式和恒压模式。大多数低温热电测量应用使用负温度系数电阻。恒压模式的优点是当温度降低时，热电阻中的功率损耗减少。在此模式下，SIM921 调节施加的交流激励，以维持用户电阻上的选定电压。
恒流模式适用于测量小电阻，例如表征超导转变。在恒流模式下，内部参考电阻作为伺服的输入，使电流恒定为选定电压除以电阻范围的一半（例如，在 20 kΩ 范围上，100 µV 产生 10 nA rms 的激励电流）。
相敏检测
SIM921 中的一对双相正弦波交流解调器在最困难的测试条件下提供出色的信噪比。此外，双相解调使电阻和相位测量成为可能。大的相位偏移可以警告用户引线的过大反应。可选择的解调后时间常数从 300 ms 到 300 s 允许用户完全控制测量响应时间与最终分辨率之间的权衡。
自动量程
选择自动量程时，SIM921 动态调整桥放大器的增益，以优化小信号的性能，并根据测量结果重新标定显示。禁用自动量程时，显示范围保持固定，桥放大器保持全量程增益。这在将 SIM921 用于控制环路应用时尤为重要。在自动量程和手动范围模式下，激励设置不会被仪器更改，确保用户在实验中对测量条件的完全控制。
热电测量
SIM921 兼容所有电阻传感器，包括负温度系数传感器（如锗、电阻玻璃碳复合材料、Cernox™、钌氧化物等）和正温度系数传感器（如铑铁 RTD、铂 RTD 等）。可以通过计算机接口将最多四个用户校准曲线（电阻到开尔文）上传到仪器，每个曲线包含 200 个数据点。
输出
除了显示输出和计算机接口外，模拟输出提供一个与电阻或温度成比例的直流电压。用户可以完全控制此输出的刻度（V/K 或 V/Ω）和偏移（K 或 Ω）。
温度控制
模拟输出信号非常适合与 SIM960 模拟 PID 控制器连接。这个模块组合提供了灵活且具有成本效益的温度控制解决方案。
前面板显示
主要显示是一个易于读取的 5½ 位 LED 显示器（静态驱动，低噪声）。该显示器可以显示测量值（电阻或温度）、值减去偏移、相位偏移、偏移、激励频率、模拟输出刻度和校准曲线。独立的条形显示指示电阻范围、激励和输出时间常数，以及激励模式（电流或电压）和自动量程设置。
接口
所有仪器参数可以通过前面板控制和显示，或者通过计算机接口设置和查询。模拟 DC 输出通过前面板 BNC 连接器提供。
后面板有一个标准的 9 针 D-sub 连接器用于传感器。电源和串行通信通过与 SIM900 主机配对的 15 针 D-sub 连接器提供。也可以通过直接在 15 针连接器上提供 ±15 V 和 +5 V 电源，实现 SIM921 的独立操作。
分辨率
分辨率见下表。上值给出激励电流，下值是典型的 rms 电阻噪声，测量的是 3 秒输出时间常数下的室温电阻的 50% 全量程。
SIM921 规格
- 测量类型: 4 线交流电桥
- 输入数量: 1
- 电阻范围: 1 mΩ 到 100 MΩ
- 时间常数: 0.3 s 到 300 s
- 读数速率: 2 次更新/秒
- 解调器分辨率: 32 位
- 分辨率: 见特性表
- 准确度 (% 读数 + % 范围):
- 2 Ω 到 200 kΩ: (0.05% + 0.05%)，激励 ≥30 µV 和 ≥3 nA
- 200 mΩ 到 2 MΩ: ±(0.15% + 0.15%)，激励 ≥300 pA
- 稳定性:
- 自动校准: (±0.001% 读数)/°C
- 无自动校准: (±0.02% 读数)/°C
- 最大引线电阻: 100 Ω + 25% 范围
- 输入阻抗: >10 GΩ（典型值）
- 源:
- 类型: 正弦波，恒流或恒压
- 源频率: 2 Hz 到 60 Hz
- 激励: 3 µV 到 30 mV，最大 10 mA
- 最大直流电流: <3 µV/范围
- 热电测量:
- 支持传感器: 所有负温度系数和正温度系数电阻传感器
- 温度单位: K，mK
- 低温: 50 mK，取决于传感器
- 传感器校准曲线: 4 条曲线，每条 200 个点
- 模拟输出:
- 范围: ±10 VDC
- 分辨率: 300 µV
- 准确度: 1 mV
- 一般:
- 工作温度: 0 °C 到 40 °C，无凝结
- 接口: 通过 SIM 接口的串行接口
- 连接器:
- 传感器: DB9（母头）
- SIM: DB15（母头）SIM 接口
- 模拟输出: BNC（前面板）
- 电源: 由 SIM900 主机提供，或可选用用户提供的直流电源（±15 V 和 +5 V）
- 尺寸: 3.0″ × 3.6″ × 7.0″（宽 × 高 × 长）
- 重量: 2.3 磅
- 保修: 一年零件和工时保修，针对材料和工艺缺陷
