CN101937066A - 多量程数字式电子测量仪表内部参考电阻自我校准的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多量程数字式电子测量仪表内部参考电阻的自我校准方法，在现有数字式电子测量仪表设计线路的基础上，增加设置电子开关和自校准程序，在一组内部参考电阻中，设置一个长期稳定性好的电阻作为内部标准电阻，在进入自我校准状态时，由自校准程序控制电子开关形成不同的组合，构成不同参考电阻间的比较测量电路，把这些参考电阻分别与设定的内部标准电阻进行直接或间接比较、测量出各自的实际电阻值，并存储在内部存储器内用于对测量结果的自动修正，由于只需选用一个长期稳定性好的标准电阻，使其他参考电阻与它进行对比、校准，有效降低了其他参考电阻的要求，有利于降低生产成本和确保各量程的测量精度，使生产过程中的校准和使用者的定期校准都变得更为简单、有效且准确。

Description

多量程数字式电子测量仪表内部参考电阻自我校准的方法

技术领域

本发明涉及多量程电子测量仪表技术领域，特别是一种数字式电子测量仪表内部参考电阻自我校准的方法。

背景技术

目前常见的多量程数字式电子测量仪表如数字万用表，在内部电气线路中设置有一个标准电压源和一组参考电阻。在不同的测量功能和量程，通过电子开关的不同组合，将这些参考电阻中的一个或几个的组合构成不同等效电阻值的参考电阻或形成不同电压分压比的分压网络，以满足不同功能和量程的测量要求。由于这些参考电阻的准确度会直接影响到最后测量结果的准确度，所以通常需要选择使用一组准确度好和稳定性高的电阻来作为内部参考电阻，甚至还须进行特别的选择和配对。随着测量准确度要求的提高，对多量程数字式电子测量仪表的内部参考电阻的要求也更苛刻，造成这些电阻的价格变得非常昂贵。因此，要么由于要求保持低成本，只能使用较差的参考电阻，导致实际性能难以提高，要么使用者必需承受高价格来得到更好的性能。

本发明的任务是要提供一种内部参考电阻自我校准的方法，仅需使用一个长期稳定性好的电阻作为标准，就可以使整个仪器的测量准确度和长期稳定性得以提高，而成本大大降低。

发明内容

本发明的目的是要克服现有多量程数字式电子测量仪表中所存在的对内部一组参考电阻的稳定性和准确度要求高、挑选难度大，影响产品性能价格比提高的不足之处，提供一种内部只需要设置一个长期稳定性好的电阻作为标准电阻即可使整个多量程数字式电子测量仪表的测量准确度得以提高，而生产成本得到有效降低的自我校准方法。

本发明的多量程数字式电子测量仪表内部参考电阻的自我校准方法是在现有多量程数字式电子测量仪表电气设计线路的基础上，在一组参考电阻中，设置一个长期稳定性好的电阻作为内部标准电阻，作为其他内部参考电阻的校准基准，在电气线路中增加设置若干电子开关，在控制程序中增加设置自我校准程序，以便在进入自我校准的状态时，由程序控制使这些电子开关形成不同的组合，构成不同参考电阻间的比较测量电路，自动地把这些参考电阻分别与设定的内部标准电阻进行直接或间接比较、测量出各自的电阻值，并把这些测量的结果作为相关的存储数据存储在内部存储器中，当该数字式电子测量仪表进入电阻测量或电压测量工作状态时，根据工作时所涉及的参考电阻或它们的组合，利用所述的各相关参考电阻的存储数据计算出相应的电阻数值修正系数或电压分压比系数，再在测量结果上自动乘上所述的相应系数，实现对测量结果的自动修正，就可以获得准确的测量结果。

对于一台采用本发明方法设置的多量程数字式电子测量仪表来说，所述的设定为内部标准电阻的参考电阻只需一个，且只需具有长期稳定性好的要求，其实际值与名义值之间的初始误差可以在生产过程中通过与外部标准电阻的比对获得，并储存于内部存储器中，在使用时加以消除。

采用本发明方法设置的多量程数字式电子测量仪表工作时，自校准程序的启动，可以在满足预设的条件下自动发生，也可以通过人为地按动面板上的自校准启动按键后发生，当自校准程序完成后会自动转入正常测量状态，并同时发出自校准任务完成的提示信号。

基于本发明的多量程数字式电子测量仪表内部参考电阻的自校准方法的数字式电子测量仪表，与现有技术中的同类数字式电子测量仪表相比，由于只需要选用一个而不是一组长期稳定性好的内部标准电阻，而且并不需要预先调整到很高的准确度，可以极大地简化生产工艺，降低选用电阻的指标要求，因而可大幅度地降低生产成本；而且由于只选用一个长期稳定性好的标准电阻，生产或用户定期校准时只需要在相应的量程上对它进行标定一次，然后进入到自校准状态，对所有的其它参考电阻自动进行测量、校准，便可以完成所有的电阻量程、电压衰减量程的校准，使无论是生产过程中的校准还是使用者的定期校准都变得更简单、有效且准确。

此外，在现有技术中的数字式电子测量仪表，对于各参考电阻随着时间和温度发生各自变化的情况，一般使用者均没有条件对它们的变化进行校准，也无法预计这些变化对测量结果的影响，所以即使是出厂时标定得准确度很高、技术指标很好的数字式电子测量仪表，在实际使用中的真实准确性是难以保证的，而采用本发明方法设置的数字式电子测量仪表，由于使用者可以根据需要随时启动自我校准程序，在不同的环境条件下都可以确保具有很高的准确度；对于所述的长期稳定性好的内部标准电阻，不但可以要求它具有较低的温度系数，而且还可以通过在生产时把它的温度系数储存在存储器中，在使用时该仪表自动测量它所处的环境温度，然后根据它的温度系数进行自动修正，可确保在非常宽的温度范围内，该仪表各测量量程保持有接近于零的附加温度误差；对于所述的电子开关，可以增加设置在IC内部，也可以按需设置在IC外部的电路中；使用内部标准电阻校准测量其它参考电阻时可采用常规的比较法或恒流源法。

与现有技术相比，由于现代微电子技术的发展，在IC内增加一些电子开关和控制程序，增加的成本远远少于全部使用高精度电阻作为参考电阻的成本，因此可以用较低的成本达到优良的性能。

综上所述，采用本发明多量程数字式电子测量仪表内部参考电阻的自校准方法设置的数字式电子测量仪表，在进入自我校准的状态时，各内部参考电阻与一个内部标准电阻进行直接或间接的测量比较，并储存相应的数据；在进入正常测量状态时，调用这些数据进行修正，就可以消除其它参考电阻随时间和温度变化发生变化的影响，保证各测量量程的准确度。虽然其中增加设置了若干电子开关和控制程序，增加了一定的设置成本，但与全部采用高精度电阻作为参考电阻的现有数字式电子测量仪表的成本相比，采用本发明的多量程数字式电子测量仪表，无论是多量程电压表、多量程电阻表还是数字式万用表等都可以获得更高的性能/价格比，因而具有显著的技术先进性、很强的实用性和广阔的市场应用前景。

附图说明

图1是与本发明相关的现有自动量程数字万用表的参考电阻部分电气结构示意图；

图2是现有自动量程数字万用表IC内部电子开关的电气结构示意图；

图3是本发明实施例在图2的IC内部增加设置电子开关的电气结构示意图；

图4是图3所示的本发明实施例中，自校准工作状态之一的电气连接关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图和典型实施例对本发明作进一步说明。

在图1和图2中，以多量程数字式电子测量仪表中目前最常见的自动量程数字万用表为例，说明现有技术及测量的基本工作原理。在常见的自动量程数字万用表中，用于电阻和电压测量的相关电路中包括测量输入端U1和U2、集成电路(IC)、精密参考电阻R1-R5，以及部分为说明工作原理必须的外部切换开关和辅助电阻。在集成电路(IC)中包括必要的电子开关、基准电压源、放大器、模拟数字转换器(ADC)、微处理器、显示驱动电路等，其中R1-R5是精密参考电阻，R和R6为采样电阻。当选择电阻测量功能时，开关S1和S3闭合、S2断开，电子开关K6导通，使参考电压VREF可以施加到R1-R5中的某一个精密参考电阻上(具体施加到哪个精密参考电阻上，取决于被测电阻的大小范围，由IC内部的微处理器控制)，形成一个自动量程的电阻测量装置，例如当被测量的电阻在几百千欧姆时，微处理器控制K3A和K3B接通，于是参考电压VREF通过R3经S1和保护电阻PTC施加到连接设置在输入端子U1、U2间的被测电阻上。模数转换器(ADC)可以通过K7B、K7C、K7D的连接测量到参考电阻R3两端的电压，以及与被测电阻连接的U1端子与U2接地端间的电压，由于被测电阻与参考电阻处于串联连接状态，流过的电流相同，根据被测电阻两端的电压、参考电阻两端的电压，以及参考电阻值的大小，可以计算出被测电阻的数值；当选择电压测量功能时，开关S1、S3断开、S2闭合，外部被测电压连接在输入端U1、U2之间，IC内部电子开关K6断开，K3A闭合，输入被测电压经由R1可以加到R2-R5中的某一个内部参考电阻上，具体加到哪个电阻，取决于外部被测电压的大小，由IC内部的微处理器控制，形成一个自动量程的电压测量装置，例如当被测量的电压在1V时，选择K2A和K2B接通，被测电压由R1和R2分压，测量R2上的电压，根据R1和R2的分压比，便可以计算出被测电压的数值。很明显，参考电阻R1-R5的准确度对测量结果有直接的影响，因而在现有技术中要求这一组参考电阻准确度和长期稳定性都很好，才能保证测量的准确度。

在图3和图4中，依据本发明方法的实施例在IC内部增加设置电子开关，在参考电阻R1-R5中选择R3使用长期稳定性好的精密电阻作为内部标准电阻，在数字万用表用于电阻测量功能时，与图2中所示的现有自动量程数字万用表的测量原理相同。

当进入自校准状态时，开关S3闭合、S1和S2断开，电子开关K6导通，使参考电压VREF可以加到R1-R5中的某一个参考电阻上，具体加到哪个电阻，要根据自校准程序选择哪两个电阻进行比较测量。在本发明的方案中，通常选择R3(100k)作为内部标准电阻，图4是使用内部标准电阻R3对参考电阻R4进行测量的线路连接示意图，此时电子开关K3A、K3B、K4C、K4D、K6、K8导通，使R3的一端与参考电压VREF相连，R3与R4形成一个串联电路，R4的另一端接地，模拟数字转换器(ADC)通过K7B、K7C、K7D的连接测量到参考电阻R3及R4的两端的电压，根据这些电压就可以得到R4与R3比值的数据和R4的实际阻值。存储R4的实际阻值数据，在以后使用到R4时用于对测量结果进行修正。

同样可以用R3对参考电阻R2(1M)进行自校准测量，并储存有关R2的实际阻值数据。

对于R1(10M)和R5(1k)的测量，由于它们与R3的阻值相差高达100倍，考虑到模拟数字转换器(ADC)的动态范围和分辨率，直接用R3作为测量的标准电阻可能会造成较大的误差，因此会在对R4进行自校准测量后使用R4对R5进行自校准测量，在对R2和R5进行自校准测量后使用R2和R5串联对R1进行自校准测量，这时K8断开，在计算R1时要扣除PTC电阻的影响。也就是说，对R2、R4进行自校准测量是采用直接与标准电阻R3比对的方法，对R1、R5进行自校准测量是采用间接与标准电阻R 3比对的方法。

为保证进入自校准状态时，输入端子不会误接到外部电压上，通常会把输入端短路后才可进入到自校准状态。由于电阻测量状态时输入端是否短路很容易识别，控制程序可以对输入端没有短路时要求启动自校准程序的指令(不管是内部程序发出的还是使用者通过按键发出的)拒绝执行，以确保自校准的准确性。

使用内部标准电阻校准测量其它参考电阻时可采用常规的比较法或恒流源法等，以上举例是使用比较法测量电阻的线路原理进行说明。而如果使用标准参考电阻加上其它线路构成恒流源来测量电阻，参考电阻的自动校准方法是类似的，只是开关设置和连接的方式不同而已。

本说明书已经详细地描述和说明了本发明，但是，这都只是作为说明和实例，而不是要作为限定，本发明的精神和范围仅受限于权利要求书中所描述的。

Claims (7)

1.一种多量程数字式电子测量仪表内部参考电阻的自我校准方法，其特征是在现有多量程数字式电子测量仪表电气线路的基础上，增加设置若干电子开关，在控制程序中增加设置自校准程序，在进入自我校准的状态时，由程序控制这些电子开关形成不同的组合，构成不同参考电阻间的比较测量电路，而在仪表内部的一组参考电阻中，设置一个长期稳定性好的电阻作为内部标准电阻，在自我校准时自动地把其它参考电阻分别与设定的内部标准电阻进行直接或间接比较、测量出各自的电阻值，并把这些测量的电阻值作为相关的存储数据存储在内部存储器中；当该多量程数字式电子测量仪表测量电阻或电压时，根据工作时所涉及的参考电阻或它们的组合，利用所述的各相关参考电阻的存储数据计算出相应的电阻数值修正系数或电压分压比系数，再在测量结果上自动乘上所述的相应系数，实现对测量结果的自动修正，获得准确的测量结果。

2.根据权利要求1所述的多量程数字式电子测量仪表内部参考电阻的自我校准方法，其特征在于所述的内部标准电阻对于一台多量程数字式电子测量仪表来说，只需设置一个。

3.根据权利要求1所述的多量程数字式电子测量仪表内部参考电阻的自我校准方法，其特征在于所述的内部标准电阻只需要长期稳定性好，其实际值与名义值之间的初始误差可以在生产过程中通过与外部标准电阻的比对获得，并储存于内部存储器中，在使用时加以消除。

4.根据权利要求1所述的多量程数字式电子测量仪表内部参考电阻的自我校准方法，其特征在于所述的多量程数字式电子测量仪表工作时，自校准程序的启动，可以在满足预设的条件下自动发生，也可以通过人为地按动面板上的自校准启动按键后发生，当自校准程序完成后会自动转入正常测量状态，并同时发出自校准任务完成的提示信号。

5.根据权利要求1所述的多量程数字式电子测量仪表内部参考电阻的自我校准方法，其特征在于所述的长期稳定性好的内部标准电阻，不但可以要求它具有较低的温度系数，而且还可以通过在生产时把它的温度系数储存在存储器中，在使用时测量它所处的环境温度，然后根据它的温度系数进行自动修正，可确保在非常宽的温度范围内，各测量量程保持有接近于零的附加温度误差。

6.根据权利要求1所述的多量程数字式电子测量仪表内部参考电阻的自我校准方法，其特征在于所述的电子开关可增加设置在IC内部或设置在IC外部的电路中。

7.根据权利要求1所述的多量程数字式电子测量仪表内部参考电阻的自我校准方法，其特征在于在自我校准时所述的内部参考电阻校准测量时采用常规的比较法或恒流源法。

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