CN2033125U - 微机精密直流电桥检定装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属直流电阻测量领域。

本实用新型是关于直流电阻式电桥，特别是带微机的直流电阻式电桥。这种电桥应用准平衡电桥原理，在电桥内装有比例臂主平衡盘比例自校准线路，装有比较臂标准电阻RN适时温度监测线路，并配备有检测电桥准平衡信号的电压表，正常工作中,由微机采集桥臂状态信号和数字电压表提供的电源电压信号，测温传感器输出信号和准平衡电压信号，按固定程序由计算机给出检测结果，可经终端显示并由打印机自动打印。

Description

本实用新型属于直流电阻测量领域。

本实用新型是关于直流电阻式电桥，特别是关于带微机的直流电阻式电桥的发明。本实用新型在直流电阻式电桥中首次采用准平衡电桥理论和微机技术成功地解决了高精度直流电阻仪器的测量，简化了电桥结构，降低了电桥中电阻元件的要求，实现了数据采集，处理自动化，在10Ω～10⁵Ω范围内，测量精度优于5PPm。

在直流电阻测量领域中，迅速、准确地把国家电阻基准的量值传递到工作用电阻测量仪器、仪表是十分重要的，随着科学技术的发展，相继出现的测量电阻的仪器主要可以分为电阻式平衡电桥、电阻式不平衡电桥（亦称偏差电桥），直流电流比较仪电桥，数字电桥（包括数字万用表中电阻测量部分）四种，其中电阻式平衡电桥受电阻元件制造工艺的限制，目前最准确度为10PPm；不平衡电桥不需进行平衡调节，可以直读被测电阻元件偏差，但测量准确度较低，直流电流比较仪电桥和数字电桥是近年来应用电流比较仪和D／A转换技术发展起来的新型测量仪器，其测量准确度虽高，但不适应电阻仪器的检测工作需要。

本实用新型为解决由于电阻元件制造工艺的限制，使电阻式电桥准确度难以提高的困难，提供一种高效率的，供检测高准确度直流电阻仪器的电桥装置，其测量准确度在10Ω～10⁵Ω范围内优于5PPm能够适应目前大量使用中高准确度电阻仪器的检测要求。

本实用新型的具体解决方案为：应用电桥准平衡理论和微机技术，在电桥比例臂中加入主平衡盘比例自校准线路，使比例臂能够提供高准确度的1～11比例值，可根据工作需要，随时进行校准和修正；在电桥比较臂（标准电阻）中加入测温传感器，实际监测其使用温度，经计算机按照标准电阻的温度修正公式，给出比较臂电阻实际值；电桥各臂工作状态均同时通过专用接口输送给计算机，由计算机根据电桥各臂状态数据和检测电桥桥顶输出的准平衡信号，进行数据处理。将检测结果在计算机终端显示并经打印机打印。

本实用新型检测桥顶准平衡电压值U_cd与电源电压U_ab和各桥臂电阻值（包括电桥被测臂所接未知电阻R_x）有关。如式1所示

U_cd＝ (R_AR_N- R_BR_X)/((R_X+ R_N)(R_A+ R_B)) （1）

予备测量时，各桥臂电阻一经确定，桥顶失衡电压U_cd仅与电源电压U_ab和未知电阻R_x有关，其关系式如2：

$U_{\mathrm{cd}}=-U_{\mathrm{cb}}\frac{K\frac{\mathrm{\ΔR}}{\left(R_X\right)}}{(1+\frac{\mathrm{\ΔR}}{\left(R_X\right)}+K)(1+K)}(2$

式中：K＝ (R_N)/(〔R_X〕) ；〔R_x〕为被测电阻标称值，R_N为桥体比较臂所用标准电阻实际值。△R为未知电阻实际值R_x与具体标称值〔R_x〕的偏差。

2式中：当 (△R)/(〔R_X〕) ＜＜1时，分母内 (△R)/(〔R_X〕) 项可忽略，从而得出在此条件下U_cd与△R近似线性的关系式。由本实用新型目的已知，被测电阻 (△R)/(〔R_X〕) 均已限制在±5×10^－4范围内则从此得出U_cd的非线性误差＜1×10^－7，故本实用新型称为准平衡电桥。

本实用新型确保高准确度测量的另一点是在电桥比例臂主平衡盘设计了自校线路，可以保证电桥测量过程中比例准确。

本实用新型确保高准确度测量的最后一点是在电桥比较臂中设计了温度传感器，实现对标准电阻“R_N”进行适时修正。

图1描述了微机精密直流电桥检定装置工作原理框图。它是括由直流电源供电的电桥桥体，桥体包括比例臂和比较臂两部分；由直流电源供电的测量电桥比较臂实际温度的测温传感器，温度输出由数字电压表指示；数字电压表可以分别测量电桥电源桥顶的工作电压和桥体在准平衡领域内检测桥顶输出的电压信号；桥体各臂工作状态信号经桥体接口输给计算机；数字电压表所测得的各电压讯号经数表接口输入给计算机；计算机按照固定程序对全部数据进行处理，经终端显示，并经打印机打印出检测结果，根据需要，可以按固定格式打印出检定证书。

图2描述了比例臂主测量盘自校准原理线路。图中：R_N、R₅构成比例臂。R_B为比较臂，R_A为被测臂。四桥臂电阻标称值均为1000Ω。当“K_F”置于“S₁”位置时，R_A臂主测量盘为1000Ω，其余各盘置零位，可得相对偏差δ₀。当“K_F”置于“S₂”位置时，R_A臂主测量盘为i×1000Ω，可得相对偏差为δ_i；当“K_F”置于“S₁”位置时，R_A臂主测量盘置零位，第二测量盘置“10”，可得相对偏差δ₁₁。

以上测量中，对各次测量被测电阻的导线电阻，通过计算机软件进行修正。

对包括零位的＋进电阻测量所采用比例系数公式为：

$K_i^{\′}=\frac{R_{\mathrm{Ai}}}{R_{A1}+R_{A0}}=1+{\mathrm{\δ}}_i-{\mathrm{\δ}}_0$ $K_{11}^{\′}=1+{\mathrm{\δ}}_{11}-2{\mathrm{\δ}}_0+{\mathrm{\δ}}_1$ $K^{\′}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{K}_2$

对不包括零位的十进电阻测量所采用的比例系数公式为：

$K_i^{\′}=\frac{R_{A1}+R_{A0}}{R_{A1}+R_{A0}}=K_i^{\′}+\frac{R_{A0}}{R_{A1}+R_{A0}}.$

＝1＋δ_i－δ₁

K₁₁″＝ (R_A11+ R_A0)/(R_A1+ R_A0) ＝1＋δ₁₁－δ₀

$K^{\′\′}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{K_{11}}^{\′}$

以上测量和数据处理均按固定程序进行。

图3描述了电桥比较臂所用标准电阻实时测温度传感器安装图。选择恰当的测温传感器。並将标准电阻与传感器共同置于油槽内，当油温在（20±2）℃条件下，可获得高准确度的电阻实际值。

附图2中：1为电桥比较臂标准电阻R_N，在自校过程中与R_S共同构成1：1比例臂。2为内附校准用标准电阻R_S，自校过程中与R_N共同构成1：1比例臂。3为R_B自校过程中为比较臂电阻固定值为1000Ω。4为R_A主平衡盘步进电阻，自校过程中为被测电阻，经双刀开关可以任选主平衡盘电阻插入桥体。

附图3中：1为油槽，2为标准电阻外壳；3为标准电阻电流接线端，4为变压器油。5为标准电阻电位接线端，6为测温传感器外壳，7为标准电阻测温杆孔，8为测温传感器引线，9为测温传感器主体，10为标准电阻，11为绝缘垫块。

Claims (3)

1、由数字电压表、桥体、计算机系统、接口、直流电源、终端显示装置、自动打印装置、测温传感器，测温装置组成的微机精密直流电桥检定装置，其特征在于，应用准平衡电桥原理，桥体各臂使电桥处于准平衡状态：通过DVM两点由数字电压表检测桥顶准平衡电压信号，由计算机采集桥体各臂状态数据信号和数字电压表测得的准平衡电压信号，经终端显示装置和由计算机直接自动打印装置打印出检测结果。

2、根据权利要求1所述的微机精密直流电桥检定装置其特征在于，比例臂主平衡盘自校准线路。通过功能开关“K_F”实现，对比例臂主平衡盘1～11的比例自校准，自校结果直接输给计算机。

3、根据权利要求1所述的微机精密直流电桥检定装置其特征在于：比较臂所选用的标准电阻外壳中安装精密测温传感器，实现对标准电阻“R_N”进行适时修正。

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