CN113484811B - 一种用于直流电阻分压器自校准方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流电阻分压器自校准方法及系统，将直流分压器与辅助单元进行连接；将直流电阻分压器中多个分压电阻进行串联，将辅助单元中多个标准电阻进行串联；对直流电阻分压器施加第一额定电压U_N，获取第一电压测量值u′₁；对辅助单元输出的电压进行测量，获取第二电压测量值u₁；将直流电阻分压器中多个分压电阻进行并联，将辅助单元中多个标准电阻进行并联；分别对直流电阻分压器施加第二额定电压U_N/10，获取第三电压测量值u′₂；对辅助单元输出的电压进行测量，获取第四电压测量值u₂；基于第一电压测量值u′₁与第二电压测量值u₁的比值，以及第三电压测量值u′₂与第四电压测量值u₂的比值，确定直流电阻分压器的分压比。

Description

一种用于直流电阻分压器自校准方法及系统

技术领域

本发明涉及直流电阻分压器自校准技术领域，更具体地，涉及一种直流电阻分压器分压比自校准方法及系统。

背景技术

直流电阻分压器由于其原理简单，稳定性好和测量准确度高的优点，常用作直流电压比例标准。如何获得直流电阻分压器的实际分压比，是直流电压进行量值溯源的关键所在。现有技术获得直流电阻分压器实际分压比的方法分为直接法和间接法。直接法为直接测量直流电阻分压器的分压电阻阻值，从而获得分压器的实际分压比，或通过准确度等级更高的标准分压器做标准器，对被试分压器的分压比进行比较，得到分压器的实际分压比。间接法是在被测直流电阻分压器上直接施加直流电压，测量出被测分压器各段电压与参考电压回路中相应各段电压的差值，根据参考电压回路和测量试验，建立起被测分压器的分压比与测量得到的电压差值之间的函数关系，将测量得到的电压差值代入函数关系式进行计算，从而得到被测分压器在该直流电压下的分压比。

然而，对于直流电阻分压器而言，其分压电阻阻值跨度较大，由于测量手段的限制，采用直接测量分压电阻的方法无法得到高准确度的分压电阻阻值。当被校分压器的准确度是最高等级时，已无法找到更高准确度等级的分压器作为标准器，因此采用直接法无法有效得到分压器的实际分压比。采用间接法进行量值溯源时，现有校准方法均需要辅助分压器，且对测量手段要求较高，差压测量点繁多，可操作性较差。

因此，需要一种技术，以实现在无需辅助分压器条件下对直流电阻分压器进行自校准。

发明内容

本发明技术方案提供一种直流电阻分压器自校准方法及系统，以解决如何在无辅助分压器条件下，对直流电阻分压器进行自校准的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种直流电阻分压器自校准方法，所述方法包括：

将直流分压器与辅助单元进行连接；

将直流电阻分压器中多个分压电阻进行串联，将辅助单元中多个标准电阻进行串联；

对直流电阻分压器施加第一额定电压U_N；

对所述直流电阻分压器输出的电压进行测量，获取第一电压测量值u′₁；

对所述辅助单元输出的电压进行测量，获取第二电压测量值u₁；

将直流电阻分压器中多个分压电阻进行并联，将辅助单元中多个标准电阻进行并联；

分别对直流电阻分压器施加第二额定电压U_N/10；

对所述直流电阻分压器输出的电压进行测量，获取第三电压测量值u′₂；

对所述辅助单元输出的电压进行测量，获取第四电压测量值u₂；

基于所述第一电压测量值u′₁与所述第二电压测量值u₁的比值，以及所述第三电压测量值u′₂与所述第四电压测量值u₂的比值，确定所述直流电阻分压器的分压比。

优选地，所述直流电阻分压器中包括的10个分压电阻为：R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、R₇、R₈、R₉、R₁₀，其中R₁₀包括R_L1和R_L2；R₁＝R₂＝R₃＝R₄＝R₅＝R₆＝R₇＝R₈＝R₉＝R₁₀，R₁₀＝R_L1+R_L2＝10R_L1；

所述辅助单元包括的3个标准电阻为：R_S1、R_S2、R_S3；R_S1＝R_S2＝R_S3＝0.3R_L1。

优选地，所述直流电阻分压器中多个分压电阻串联，以及辅助单元中多个标准电阻串联后，得出所述第一电压测量值u′₁与所述第二电压测量值u₁的比值为：

优选地，所述直流电阻分压器中多个分压电阻并联，以及辅助单元中多个标准电阻并联后得出：

R_P为所述直流电阻分压器中多个分压电阻并联后的电阻值；

设M为分压电阻R₁至R₁₀的平均值，m_i为分压电阻R_i与M之间的差值，则：

当分压电阻R₁-R₁₀与平均阻值之间的偏差小于0.01％时，与/>之间的误差小于10^-8数量级，误差不计；

R_SP为所述辅助单元中多个标准电阻并联后的电阻值；

与/>之间的误差小于10^-8数量级，误差不计。

优选地，所述第三电压测量值u′₂与所述第四电压测量值u₂的比值为：

计算出直流电阻分压器的实际分压比如下式：

基于本发明的另一方面，本发明提供一种直流电阻分压器自校准系统，所述系统包括：

初始单元，用于将直流分压器与辅助单元进行连接；

第一试验单元，用于将直流电阻分压器中多个分压电阻进行串联，将辅助单元中多个标准电阻进行串联；对直流电阻分压器施加第一额定电压U_N；对所述直流电阻分压器输出的电压进行测量，获取第一电压测量值u′₁；对所述辅助单元输出的电压进行测量，获取第二电压测量值u₁；

第二试验单元，将直流电阻分压器中多个分压电阻进行并联，将辅助单元中多个标准电阻进行并联；分别对直流电阻分压器施加第二额定电压U_N/10；对所述直流电阻分压器输出的电压进行测量，获取第三电压测量值u′₂；对所述辅助单元输出的电压进行测量，获取第四电压测量值u₂；

结果单元，用于基于所述第一电压测量值u′₁与所述第二电压测量值u₁的比值，以及所述第三电压测量值u′₂与所述第四电压测量值u₂的比值，确定所述直流电阻分压器的分压比。

优选地，所述直流电阻分压器中包括的10个分压电阻为：R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、R₇、R₈、R₉、R₁₀；其中R₁₀包括R_L1和R_L2；R₁＝R₂＝R₃＝R₄＝R₅＝R₆＝R₇＝R₈＝R₉＝R₁₀，R₁₀＝R_L1+R_L2＝10R_L1；

所述辅助单元包括的3个标准电阻为：R_S1、R_S2、R_S3；R_S1＝R_S2＝R_S3＝0.3R_L1。

优选地，所述第一试验单元用于将直流电阻分压器中多个分压电阻串联，以及辅助单元中多个标准电阻串联，还用于：获取所述第一电压测量值u′₁与所述第二电压测量值u₁的比值：

优选地，所述第二试验单元将直流电阻分压器中多个分压电阻并联，以及辅助单元中多个标准电阻并联后得出：

R_P为所述直流电阻分压器中多个分压电阻并联后的电阻值；

设M为分压电阻R₁至R₁₀的平均值，m_i为分压电阻R_i与M之间的差值，则：

当分压电阻R₁-R₁₀与平均阻值之间的偏差小于0.01％时，与/>之间的误差小于10^-8数量级，误差不计；

R_SP为所述辅助单元中多个标准电阻并联后的电阻值；

与/>之间的误差小于10^-8数量级，误差不计。

优选地，所述结果单元还用于，获取第三电压测量值u′₂与所述第四电压测量值u₂的比值为：

计算出直流电阻分压器的实际分压比如下式：

为了解决高准确度等级直流电阻分压器量值溯源较难实现的问题，本发明技术方案提出了一种直流电阻分压器分压比自校准方法。本发明技术方案在两次自校准试验过程中，分别将分压电阻组成串联和并联模式，再通过辅助设备中高精密反相比例放大电路和微差测量单元将分压电阻与标准电阻建立联系，进而完成直流电阻分压器实际分压比的校准。本发明技术方案提出的自校准方法避免了各个分压电阻的逐一测量，且无需辅助分压器，可以实现直流电阻分压器的自校准。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为根据本发明优选实施方式的一种直流电阻分压器自校准方法流程图；

图2为根据本发明优选实施方式的直流电阻分压器校准装置示意图；以及

图3为根据本发明优选实施方式的一种直流电阻分压器自校准系统结构图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1为根据本发明优选实施方式的一种直流电阻分压器自校准方法流程图。

本发明提出一种直流电阻分压器自校准方法，可以实现分压比为10:1的直流电阻分压器实际分压比的自校准。测量系统包括直流电源、高精度数字万用表和辅助单元，其中辅助单元包含运算放大电路和与其并联的标准电阻。其中直流电阻分压器中各分压电阻分别为R₁-R₁₀，其中R₁₀分压电阻由R_L1和R_L2组成，辅助单元中各标准电阻分别为R_S1-R_S3。直流电阻分压器的实际分压比的测试方法如下：(1)对分压器施加额定电压U_N，采用高精度数字万用表V1和V2，分别对分压器和辅助单元输出电压进行测量，测量结果记为u′₁和u₁。获得R_L1与(R_S1+R_S2+R_S3)之间的比例关系；(2)将分压器分压电阻和辅助单元中标准电阻分别进行并联，并联阻值分别为R_P和R_SP。分别对分压器和辅助单元输出电压进行测量，测量结果记为u′₂和u₂。获得R_L1、R₁₀、R_P和R_SP之间的比例关系。最后根据电阻串并联阻值之间的关系，获得直流电阻分压器的实际分压比(R₁+R₁+…+R₁₀)/R₁₀。

如图1所示，本发明提供一种直流电阻分压器自校准方法，方法包括：

步骤101：将直流分压器与辅助单元进行连接；优选地，直流电阻分压器中包括的10个分压电阻为：R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、R₇、R₈、R₉、R₁₀，其中R₁₀包括R_L1和R_L2；R₁＝R₂＝R₃＝R₄＝R₅＝R₆＝R₇＝R₈＝R₉＝R₁₀，R₁₀＝R_L1+R_L2＝10R_L1；辅助单元包括的3个标准电阻为：R_S1、R_S2、R_S3；R_S1＝R_S2＝R_S3＝0.3R_L1。如图2所示。

步骤102：将直流电阻分压器中多个分压电阻进行串联，将辅助单元中多个标准电阻进行串联；

步骤103：对直流电阻分压器施加第一额定电压U_N；

步骤104：对直流电阻分压器输出的电压进行测量，获取第一电压测量值u′₁；

步骤105：对辅助单元输出的电压进行测量，获取第二电压测量值u₁；

步骤106：将直流电阻分压器中多个分压电阻进行并联，将辅助单元中多个标准电阻进行并联；

步骤107：分别对直流电阻分压器施加第二额定电压U_N/10；第二额定电压为第一额定电压的十分之一。

步骤108：对直流电阻分压器输出的电压进行测量，获取第三电压测量值u′₂；

步骤109：对辅助单元输出的电压进行测量，获取第四电压测量值u₂；

步骤110：基于第一电压测量值u′₁与第二电压测量值u₁的比值，以及第三电压测量值u′₂与第四电压测量值u₂的比值，确定直流电阻分压器的分压比。

优选地，直流电阻分压器中多个分压电阻串联，以及辅助单元中多个标准电阻串联后，得出第一电压测量值u′₁与第二电压测量值u₁的比值为：

优选地，直流电阻分压器中多个分压电阻并联，以及辅助单元中多个标准电阻并联后得出：

R_P为直流电阻分压器中多个分压电阻并联后的电阻值；

设M为分压电阻R₁至R₁₀的平均值，m_i为分压电阻R_i与M之间的差值，则：

当分压电阻R₁-R₁₀与平均阻值之间的偏差小于0.01％时，与/>之间的误差小于10^-8数量级，误差不计；

R_SP为辅助单元中多个标准电阻并联后的电阻值；

与/>之间的误差小于10^-8数量级，误差不计。

优选地，第三电压测量值u′₂与第四电压测量值u₂的比值为：

计算出直流电阻分压器的实际分压比如下式：

本发明提出的方法可实现直流电阻分压器的自校准，且无需辅助参考分压器。本发明提出的自校准方法通过两次试验分别建立低压臂分压电阻，分压电阻并联电阻值与辅助设备标准电阻之间的联系，进而得出分压电阻串联电阻值与低压臂分压电阻之间的比例关系即分压器实际分压比。无需测量与辅助分压器各个对应分压点之间的误差，与参考电势法进行自校准的方法对比，具有测量原理简单，步骤简便，测量结果不确定度来源少的优点，测量设备少，测量过程快速，整个测量过程中各设备可保持较高的稳定性。本发明提出的自校准两次测量步骤中，直流电阻分压器中分压电阻的工作电压不变，由电压系数引入的电阻阻值变化可忽略不计。

本发明提出一种分压比直流电阻分压器自校准方法，在无需标准器的条件下，可实现直流电阻分压器实际分压比的获取。本发明采用以下步骤获得分压器实际分压比，实现分压器自校准：(1)对分压器施加额定电压U_N，采用高精度数字万用表V1和V2，分别对分压器和辅助单元输出电压进行测量，测量结果记为u′₁和u₁；(2)将分压器分压电阻和辅助单元中标准电阻分别进行并联。对分压器施加额定电压U_N/10，分别对分压器和辅助单元输出电压进行测量，测量结果记为u′₂和u₂。通过两次测量结果和串并联电阻阻值之间的关系获得分压器的实际分压比。在本发明中涉及的分压器自校准方法中，两次测量步骤下，分压器中分压电阻的工作电压相同。由工作电压引起的分压电阻阻值变化对测量结果的影响可以忽略不计。

图3为根据本发明优选实施方式的一种直流电阻分压器自校准系统结构图。如图3所示，本发明提供一种直流电阻分压器自校准系统，系统包括：

初始单元301，用于将直流分压器与辅助单元进行连接。优选地，直流电阻分压器中包括的10个分压电阻为：R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、R₇、R₈、R₉、R₁₀；其中R₁₀包括R_L1和R_L2；R₁＝R₂＝R₃＝R₄＝R₅＝R₆＝R₇＝R₈＝R₉＝R₁₀，R₁₀＝R_L1+R_L2＝10R_L1；

辅助单元包括的3个标准电阻为：R_S1、R_S2、R_S3；R_S1＝R_S2＝R_S3＝0.3R_L1。

第一试验单元302，用于将直流电阻分压器中多个分压电阻进行串联，将辅助单元中多个标准电阻进行串联；对直流电阻分压器施加第一额定电压U_N；对直流电阻分压器输出的电压进行测量，获取第一电压测量值u′₁；对辅助单元输出的电压进行测量，获取第二电压测量值u₁。

优选地，第一试验单元用于将直流电阻分压器中多个分压电阻串联，以及辅助单元中多个标准电阻串联，还用于：获取第一电压测量值u′₁与第二电压测量值u₁的比值：

第二试验单元303，将直流电阻分压器中多个分压电阻进行并联，将辅助单元中多个标准电阻进行并联；分别对直流电阻分压器施加第二额定电压U_N/10；对直流电阻分压器输出的电压进行测量，获取第三电压测量值u′₂；对辅助单元输出的电压进行测量，获取第四电压测量值u₂。第二额定电压为第一额定电压的十分之一。

优选地，第二试验单元将直流电阻分压器中多个分压电阻并联，以及辅助单元中多个标准电阻并联后得出：

R_P为直流电阻分压器中多个分压电阻并联后的电阻值；

设M为分压电阻R₁至R₁₀的平均值，m_i为分压电阻R_i与M之间的差值，则：

当分压电阻R₁-R₁₀与平均阻值之间的偏差小于0.01％时，与/>之间的误差小于10^-8数量级，误差不计；

R_SP为辅助单元中多个标准电阻并联后的电阻值；

与/>之间的误差小于10^-8数量级，误差不计。

结果单元304，用于基于第一电压测量值u′₁与第二电压测量值u₁的比值，以及第三电压测量值u′₂与第四电压测量值u₂的比值，确定直流电阻分压器的分压比。

优选地，结果单元还用于，获取第三电压测量值u′₂与第四电压测量值u₂的比值为：

计算出直流电阻分压器的实际分压比如下式：

本发明优选实施方式的一种用于确定直流电阻分压器分压比的系统300与本发明优选实施方式的一种用于确定直流电阻分压器分压比的方法100相对应，在此不再进行赘述。

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

Claims (4)

1.一种直流电阻分压器自校准方法，所述方法包括：

将直流分压器与辅助单元进行连接；

将直流电阻分压器中多个分压电阻进行串联，将辅助单元中多个标准电阻进行串联；

所述直流电阻分压器中多个分压电阻串联，以及辅助单元中多个标准电阻串联后，得出第一电压测量值u′₁与第二电压测量值u₁的比值为：

对直流电阻分压器施加第一额定电压U_N；

对所述直流电阻分压器输出的电压进行测量，获取第一电压测量值u′₁；

对所述辅助单元输出的电压进行测量，获取第二电压测量值u₁；

将直流电阻分压器中多个分压电阻进行并联，将辅助单元中多个标准电阻进行并联；

所述直流电阻分压器中多个分压电阻并联，以及辅助单元中多个标准电阻并联后得出：

R_P为所述直流电阻分压器中多个分压电阻并联后的电阻值；

设M为分压电阻R₁至R₁₀的平均值，m_i为分压电阻R_i与M之间的差值，则：

当分压电阻R₁-R₁₀与平均阻值之间的偏差小于0.01％时，与/>之间的误差小于10^-8数量级，误差不计；

R_SP为所述辅助单元中多个标准电阻并联后的电阻值；与/>之间的误差小于10^-8数量级，误差不计；分别对直流电阻分压器施加第二额定电压U_N/10；

对所述直流电阻分压器输出的电压进行测量，获取第三电压测量值u′₂；

对所述辅助单元输出的电压进行测量，获取第四电压测量值u₂；

所述第三电压测量值u′₂与所述第四电压测量值u₂的比值为：

计算出直流电阻分压器的实际分压比如下式：

基于所述第一电压测量值u′₁与所述第二电压测量值u₁的比值，以及所述第三电压测量值u′₂与所述第四电压测量值u₂的比值，确定所述直流电阻分压器的分压比。

2.根据权利要求1所述的方法，所述直流电阻分压器中包括的10个分压电阻为：R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、R₇、R₈、R₉、R₁₀，其中R₁₀包括R_L1和R_L2；R₁＝R₂＝R₃＝R₄＝R₅＝R₆＝R₇＝R₈＝R₉＝R₁₀，R₁₀＝R_L1+R_L2＝10R_L1；

所述辅助单元包括的3个标准电阻为：R_S1、R_S2、R_S3；R_S1＝R_S2＝R_S3＝0.3R_L1。

3.一种直流电阻分压器自校准系统，所述系统包括：

初始单元，用于将直流分压器与辅助单元进行连接；

第一试验单元，用于将直流电阻分压器中多个分压电阻进行串联，将辅助单元中多个标准电阻进行串联；对直流电阻分压器施加第一额定电压U_N；对所述直流电阻分压器输出的电压进行测量，获取第一电压测量值u′₁；对所述辅助单元输出的电压进行测量，获取第二电压测量值u₁；

所述第一试验单元用于将直流电阻分压器中多个分压电阻串联，以及辅助单元中多个标准电阻串联，还用于：获取所述第一电压测量值u′₁与所述第二电压测量值u₁的比值：

第二试验单元，将直流电阻分压器中多个分压电阻进行并联，将辅助单元中多个标准电阻进行并联；分别对直流电阻分压器施加第二额定电压U_N/10；对所述直流电阻分压器输出的电压进行测量，获取第三电压测量值u′₂；对所述辅助单元输出的电压进行测量，获取第四电压测量值u₂；

所述第二试验单元将直流电阻分压器中多个分压电阻并联，以及辅助单元中多个标准电阻并联后得出：

R_P为所述直流电阻分压器中多个分压电阻并联后的电阻值；

设M为分压电阻R₁至R₁₀的平均值，m_i为分压电阻R_i与M之间的差值，则：

当分压电阻R₁-R₁₀与平均阻值之间的偏差小于0.01％时，与/>之间的误差小于10^-8数量级，误差不计；

R_SP为所述辅助单元中多个标准电阻并联后的电阻值；

与/>之间的误差小于10^-8数量级，误差不计；

结果单元还用于，获取第三电压测量值u′₂与所述第四电压测量值u₂的比值为：

计算出直流电阻分压器的实际分压比如下式：

；

结果单元，用于基于所述第一电压测量值u′₁与所述第二电压测量值u₁的比值，以及所述第三电压测量值u′₂与所述第四电压测量值u₂的比值，确定所述直流电阻分压器的分压比。

4.根据权利要求3所述的系统，所述直流电阻分压器中包括的10个分压电阻为：R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、R₇、R₈、R₉、R₁₀；其中R₁₀包括R_L1和R_L2；R₁＝R₂＝R₃＝R₄＝R₅＝R₆＝R₇＝R₈＝R₉＝R₁₀，R₁₀＝R_L1+R_L2＝10R_L1；

所述辅助单元包括的3个标准电阻为：R_S1、R_S2、R_S3；R_S1＝R_S2＝R_S3＝0.3R_L1。