CN88100509A - 从内部校准电测校准器的装置和方法 - Google Patents

Abstract

将覆盖多个量程的各种电参数(即电压、电流和电阻)加到某一待校仪表的校准器，它包括：用于导出多个量程内的每个参数的各内部部件，一个内部电压基准，一个DAC，一个存储器，一个模拟比较器和模数转换器。所述各内部部件以电路形式同内部电压基准，模数转换器、比较器和存储器相连接。各内部部件同存储器和DAC连成电路以使DAC响应所述表示校准修正系数的己存数据信号，从而使被加到该装置的参数值能得到修正和校准。

Description

概括地说，本发明涉及电测仪器的校准技术，更具体地说，涉及一种在其内部时时得到校准的校准装置。

对电子测试仪的校准是为确保由其得出的测量结果的一致性和精确性所必需的。由于诸如电测仪器的阻抗值和放大器增益等特性参数会随着时间、温度和其他多种因素的变化而变，故为保证测量精度就需要对这类仪器的各组成部分进行周期性的校准。在微处理机出现前，校准器，即用来校准电测仪器的标准源一般是通过经常地实际地调节其内各部件使所述校准器的输出同外部标准相一致而得到校准的。就复杂的校准器而言，必须按照往往需耗费许多小时的校准例行程序的要求进行许多内部物理调整。

随着微处理机和诸如随机存储器和只读存储器的相关器件的出现，为实现校准所需的校准步骤和装置现已大为简化。随机存取存储器贮存校准修正系数并利用软件对不同量度的多个量程上的增益和零位误差进行补偿。现代这类装置已利用微处理机和电子存储器去贮存基于同用于仪器校准的外部标准相比较的各种常数。微处理机和电子计算机存储器储存内部软件和修正系数，它们几乎都无需拿掉所述装置的盖板。因此，实际已无需人工调整所述装置内的各部件。

然而，无需对诸如测量仪器之类的装置内部各部件作物理调整，仅为降低校准过程的费用迈出了一小步。例如，对一台具有多功能和多量程的万能测量仪或一个具有多量程的精密源，则仍需将许多不同的外部激励源加到此类仪器或源上。为应用这些激励源所需的时间和为保证这些在校准过程中必须使用的大批外部标准所涉及的经费是违背要降低仪器所有成本（ownership    costs）的现代趋势的。

因此，本发明的一个目的是为对把电压、电流和阻抗这些参数供给电测仪器所用的校准源提供一个新的改进方法和装置。

本发明的另一目的是为校准具有多功能、多量程的电测仪器和/或具有多量程的源提供一种新的改进了的方法和装置。

本发明的又一目的是为校准用电测仪器和/或源提供一种实际上无需对校准器内各部件物理调整的一种新颖改进型装置和方法。

本发明的又一目的是提供一种所需外部标准最少的新颖改进型电测仪器的校准器。

在使用手动和电子技术和用于校准电子仪器的装置的先有技术方面所涉及的各种问题，通过举一个精密DC电压源的校准例子便可了解。为校准这样一种仪器，无论其内部已存有软件常量还是要求手动调整，一般需要某种类型的外部基准电压，例如一个标准电池同一个零位检测器相组合（以便进行比较，和一个多量程的比例规。这一系列设备以各种构型连接，以便对所述源的毫伏至千伏的各量程进行校准。

这种校准步骤是繁复和重复的，非常适于自动化。一种如美国专利4，541，065和4，585，987中所描述的先有技术的直流精密仪器校准电压源是通过重复地对其每个量程的内部各响应特性和外部的各标准之间进行比较而在内部完成校准的。通过对所述源施加一个外部的10伏标准而得到的内部测量结果习惯于表征该源的内部基准。同样，在此校准期间，还同一个外部分压器进行比较。对外部分压器的比较表征了所述源内的电阻比例。这种对人工标准的简单应用必需对所述精密DC电压源进行全面的外部校准。

在校准现代电测仪器中的最大工作量包括在拥有这类仪器的公司实验室里或在为校准起见而要周期性地装运这类仪器的试验室里对直流和低频通用测量仪进行校准的工作中。由于这些通用测量仪是随着工作量要求的增大而要变得更为精确，所以外部校准的成本有所或应该相应地提高。

因此，本发明的另一目的就是为对电子通用仪器进行校准而提供一种新的改进型装置和校准方法。

本发明的又一目的是为借助一个不时地从内部得到自动校准的校准源使通用电子测量仪能不时地被校准而提供一种新的较廉价的改进型装置。

本发明的另一目的是为借助一个用最少量的外部源进行内部校准的校准器对通用测量仪器进行校准而提供一种新的改进型装置和校准方法，以便通过使校准器的校准时间减到最少而使所有成本减到最少。

根据本发明的一个方面，一种用于测量多个量程范围内的某种电参数或在一个或一个以上量程内的若干不同的电参数的仪表的校准器包括适于把诸如电压和/或电流和/或阻抗等电气校准参数供到被校仪表的相应端的各接线端。所述各校准参数均被调节到与被校仪表的各量程相适应。所述校准器包括同多个量程的特定测量参数或一个或几个量程内的若干不同参数相关的内部部件。这些内部部件导出被供到所述校准器输出端，从而供到测量仪或被校正中仪表的电压和/或电流和/或阻抗。

为校准所述各内部部件，该校准器包括一个内部电压基准，数-模和模-数转换装置，存储装置和模拟比较装置。各内部部件不时地同内部电压基准、数-模转换装置、比较装置和存储器连成电路，以将表示内部部件校准的修正系数的数据信号写入存储器。

如果在工作期间该校准器是为向一台测量仪提供各校准响应或参数而连接的，则该校准器的各输出端是为对来自内部部件的响应、又对数-模转换器起反应而连接的。数-模转换器对已贮存的代表要加到各内部部件的信号标称值的数字信号起反应。该标称值是通过代表内部部件校准的修正系数的已存储信号来修正的，即被递增和/或递减，于是，由该校准器将一个精确的参数供到校准中的仪表上。

所述校准器可用于导出在多个量程范围内的精确的DC和AC校准电压、阻抗和电流值。所述交流电压在许多频率和幅度量程的整个范围内是可变化的。所述用于校准一个外部仪表的精确的AC输出是通过将一个恒定幅度、可变频率的振荡器连到一个连接成可驱动所述仪表的可变增益放大器而导出的。该可变增益放大器的输出再被加到一个反馈网络，该反馈网络包括一个衰减器和一对控制环路，每个控制环路包括一个独立的交流有效值对直流的热（电偶式）变换器。所述放大器和衰减器受到控制，以便使所述变换器的输入总是处在变换器所能精确操纵的某个范围内。第一变换器向可变增益放大器实时的提供一个粗略控制信号，以使输出幅度的精度保持在0.1%左右。第二变换器是处在一个有较长响应时间的环路内的，该环路包括一个模-数转换器，一台微处理机和数字控制器，以使交流输出的精度维持在百万分之10左右。第二环路可对表示出控制环路中各部件的低频和高频校准误差的各已存储校准误差信号起反应。

当待校准的是交流校准输出电压时，则该校准以下述方式实现，即，将一个可变幅度振荡器连到第一交流有效值（AC-RMS）至直流（DC）转换器，经由可变增益的输出放大器和衰减器而连到数-模转换器的各输出。RMS转换器响应于加到其上的直流信号，以导出一个同引自内部电压基准的DC电压幅度相比较的DC信号。该比较结果产生低頻校准误差信号的偏差，作为校准修正系数而被贮存。

为校准用于更高频输出而必须考虑其分布电抗的AC电压的放大器和衰减器，则当将一个校准AC电压加到被校仪表时，以上述同样方式连接振荡器，放大器，衰减器和第一AC-DC变换器。但是，从衰减器到第二变换器的连接线被断开，而且可变增益放大器的输出是经由一可变电阻而加到第二变换器，该第二变换器对比较器的一个输入端施加一信号，所述比较器具有一个对基准源起反应的第二输入端。当可变增益放大器被连到振荡器时，该比较器就通过控制该放大器增益而对振荡器输出的每个较高频率的多个电压导出各校准误差信号。

本发明的上述的以及其它的目的，特征和优点将通过下述对其一个特定的实施例，特别是当结合附图所作的详细说明，而变得更明白。

图1是根据本发明一个最佳实施例的校准器的总的方块图;

图2是图1所示装置在为对校准器中所用的数模转换器进行外部校准时所连接的一个方块图;

图3是图1所示装置在为对该校准器中所用的DC基准源进行内部校准时所连接的方块图;

图4是图1所示装置当用于校准一个仪表的2伏DC量程而进行内部校准时连接的方块图;

图5是图1所示装置当为对该校准器中所用的放大器进行内部校准时所连接的方块图;

图6是图1所示装置当用来校准一个仪表的200毫伏DC量程时作为内部校准而连接的方块图;

图7是图1所示装置在为对该校准器的分压器进行内部校准时所连接的方块图;

图8是图1所示装置当用于校准一个仪表的200伏DC量程时所用装置作为内部校准而连接的方块图;

图9是图1所示装置当所用装置为校准一个仪表的1100伏DC量程而进行某些内部校准时所连接的方块图;

图10和11是图1所示装置在为分别对内部10KΩ和1Ω电阻进行外部校准时所连接的方块图;

图12是图1所示装置在为对用于以欧姆为单位校准一个仪表的电阻网络的各电阻器进行内部校准时所连接的方块图;

图13是图1所示装置在为对被供到一个仪表的各已校电流作内部校准时所连接的方块图;

图14是图1所示装置在为对一个被校准中仪表提供校准AC电压时所连接的方块图;

图15是图1所示装置为对用于导出AC校准电压的各部件内部低频（100HZ或更低）校准时所连接的方块图;和

图16是图1所示装置在为对AC源作内部高频（100HZ至1MHZ）校准时所连接的方块图。

下面说明为实现本发明的最好方式。现参考附图1，图中示出本发明一个校准源的总的方块图。该校准源通过内部电路在覆盖AC和DC电压、阻抗（电阻）和电流的许多量程内响应操作员不时地对一单独按钮的触发而自动得到校准。该校准源只需要三种由手动完成的外部校准-它们与自动校准所出现的经常性相比，是在少得多的时间间隔下才出现的。

图1所示的校准器能对某些测量仪表进行校准，那些仪表可测量（a）量程为200毫伏，2伏，10伏、20伏、200伏和1100伏的DC电压，（b）量程为1欧姆，10欧姆，100欧姆，1000欧姆，10，000欧姆，100，000欧姆，1兆欧，和10兆欧的电阻，（c）量程为100微安，1毫安，10毫安，100毫安和1安培的DC电流，（d）频率范围从10HZ至1MHZ，幅度范围与直流电压相同的交流电压。为此，使校准器对其输出端供以精确的电压和电流并将精确的电阻连到其别的输出端。由操作员将该校准器的输出端连到被校准仪表的相应输入端。为获得被供到该校准器输出端的精确的参数该校准器不时地对操作员触发单一按钮起反应而自动进行内部校准。该校准器是以相当稀少的时间间隔借助外部装置进行手动校准的。

起初，用一个外部10伏校准源以及具有1欧姆和10，000欧姆值的外部4端电阻器校准校准器。在经这样的外部源校准后，校准器便在作为各电压，电流和阻抗测量范围的所有规定量程上不时地进行内部校准。这些内部校准都是通过将校准器中各内部电路响应同由校准器内数模转换器所产生的各基准电压相比较，并储存代表被比较量偏差的数字信号来实现的;所述偏差代表各内部电路的校准误差系数。当校准器用于向一个校准中的仪表供给精确的DA和AC电压时，所述校准系数便修正由数-模转换器产生的标称基准电压值。所述电流和阻抗校准系数被加到一台显示器上，从而使正在校准该仪表的操作员可据此调整该仪表的响应特性。另一方面若该仪表包括一台计算机，则来自校准器的诸信号根据校准器的该电流和阻抗校准误差系数修正该仪表的已存储信号。于是，对加到该仪表的精确参数因被加到校准器输出端的值往往随时效、温度和其他各种变量而变所造成的误差作了补偿。

为实现上述校准而获得各精确的输出，校准器包括微处理机11，该微处理机有一访问只读存储器（ROM）13的多比特输出总线12。存储器13响应操作员按压“输入”按钮10的信号而储存所述校准器的内部校准程序。当校准器得出被用来校准一个仪表的精确输出时，以及当校准器被接到三个外部校准装置时，存储器13还储存用于所要建立的各种连接关系的诸指令。

只读存储器13包括输出总线14和15，总线14和15分别将各连接指令和各地址供给开关矩阵16和随机存取存储器17。RAM17响应由总线15给予它的地址信号，以及在引线18上的来自微处理器11的读/写信号以便在总线19上同矩阵16交换多比特数据信号。此外，微处理机11通过总线21同开关矩阵16交换多比特数据信号。

开关矩阵16包括输入端22，端22被配接到所述10V，1Ω和10KΩ外部校准装置。此外，开关矩阵16包括“检测高”和“检测低”输出端23，23′，“输出高”和“输出低”端24，24′，保护端25和接地端26，这些接线端都通过同轴电缆配接到某测量仪（例如数字电压表）的相应各端，以便监视规定量程内的AC和DC电压，电阻和电流。

矩阵16响应总线14上的各连接控制信号，以形成总线27中不同导线间的连接以及所述总线27中诸导线与连到接线端22，23，23′，24，24′，25和26的诸设备间的连接。此外，当导线18上的二进制信号命令RAM17要处于写状态时，总线27中诸导线上的数据信号根据总线14和15上的信号而都被写入RAM17中的各指定地址。通常此时写入RAM17的诸信号都是校准用修正信号。当用校准器向端子23，23′，24，24′，25和26供给各精确参数时，导线18上的信号命令RAM17处于读状态同时将所述校正用修正系数从RAM17读出，经由根据总线14上的命令信号所形成在矩阵16中的连接而送到总线27中的各导线，其读出点的各地址是由总线15指定的。

由矩阵16所建立的用于各种校准操作的各连接将结合图2-16予以详述。根据下文结合图2至16所描述的诸连接和端子22至26与被连到这些端子的仪表之间的所描述的其他连接，本领域的专业人员便能判定开关矩阵16的内部结构性能。

为使各校准用修正信号能储存于RAM17内并为使测量仪表在校准期间能利用所述各校准用修正信号，总线27包括分总线31和32，以便分别地将多比特数字信号从模-数转换器33供给RAM17和将多比特数字信号从该RAM和ROM13供给数-模转换器（DAC）34和给数字控制式可变电阻器。总线27中其余的大部分导线则传送经由开关矩阵16从校准器中各剩余部件导出和连到这些剩余部件的模拟信号。此外，数模转换器34导出一个模拟DC信号，该信号范围为0-22伏。转换器34的输出经由总线27和开关矩阵16耦合到所述剩余部件。模-数转换器33响应一个取自所述剩余部件并经由总线27和矩阵16而与其耦合的模拟信号。一般来说，模-数转换器33用其同数-模转换器34的一种差动方式工作。转换器34（最好为脉宽调制转换器，在全刻度的1/10处其线性比优于百万分之1）包括一个累加寄存器，借此使存放其内的数字信号可被递增和/或递减。

仪器的DC电压精度是由6.5V    DC基准源35和36在内部保持的，源35和36由总线27中的导线和开关矩阵16连接到所述电路的剩余部分。DC电压源35和36最好是以前用于Fluke732A电压标准的那种DC标准运算放大器。这个标准的稳定性优于每月百万分之0.5和每年百万分之2。该标准放大器（包括源35和36）被保存在50℃的该仪器内部的一块受温度控制的基片上。这一环境使标准源35和36的温度系数降到小于每摄氏度百万分之0.03，因此，该仪器在一个宽广的温度范围内具有恒定不变的性能。

为能导出所述校准误差信号，所述仪器包括一个以DC差动运算放大器37形式的比较网络，该放大器有分别为38和39的反相和正相输入端，以及输出端40，在端40上得到一个模拟信号，该模拟信号的幅度和极性表示了端子38和39上的信号之差的极性和幅度。端子38，39和40被连到总线27中的导线，从而经由矩阵16连到导出和响应校准器内各模拟信号的其他部件。

为导出用于不同量程的外部和/或内部DC校准电压，所述校准器包括分压器42，43和44，它们的分压系数分别为1：5，1：10，和1：8。42，43和44的每一个包括一对精密的薄膜电阻器以使分压器42的电阻器45和46的值为4R₁和R₁，分压器43的电阻47和48的值为9R₂和R₂，分压器44的电阻49和50的值为7R₃和R₃。各电阻器46，48和50的一端接地，而各电阻器的另一端是连到总线27中某一独立导线和连到各自分压器的剩余电阻的一端的分压器抽头。各电阻45，47和49的另一端被连到总线27中某一独立导线。

为内部参数校准和/或为对连到校准器的仪表进行校准起见，包括有DC运算放大器52，53和54以及功率放大器55。放大器52是一个缓冲放大器，它有正相输入端56和输出端57，后者通过总线27和矩阵16的开关连接的导线连到校准器的其余部分。放大器53包括反相输入端58和正相输入端59，以及输出端60，所有这些端子均经由总线27的导线和矩阵16的开关被连到校准器的其余部件。连接在端子58和60之间的是反馈电阻62;反相输入端58经由电阻63接地。电阻62和63的阻值分别为12R₄和R₄，故放大器53的标称放大系数为13。

放大器54用于在内部校准期间将200-1100伏范围内的DC电压衰减到适合于DAC34的输出要求的某一电平，该放大器54包括反相输入端65，接地的正相输入端66和输出端67。连接在端子65和67之间的是反馈电阻68，而电阻71被连到反相输入端65。为此，电阻71的一端借助包含在总线27的导线和矩阵16中的开关连接到校准器的其余部件，而电阻71的另一端被直接连到反相端65。放大器54的输出端67经由总线27中一根导线和矩阵16中的各开关连到校准器的其余电路。电阻68和71的阻值是经选择的，以便使放大器54的增益是0.01，从而使该放大器是一个100：1的衰减器，为内部校准的200-1100范围提供适当的电平。

DC功率放大器55的增益规定为20，该放大器用于导出20-200V和200-1，100V量程内的DC外部校准电压。为此，放大器55包括反相输入端75和接地的正相输入端76以及输出端77。端子75被连到阻值为R5的固定电阻78，并经由总线27的一导线和开关矩阵16连到该仪器的其余电路。为作200V和1，100V DC外部校准，将阻值为20R₅的电阻79通过总线27中的导线和开关矩阵16连到端子75和77。

为校准一个仪表的电阻或所述校准器的输出电流，电阻排90通过总线27中导线和开关矩阵16有选择地连到仪器的其余部件。电阻排90包括薄膜电阻92至98，它们在抽头90.2至90.9处对地之间的阻值分别为10Ω，100Ω，1KΩ，10KΩ，100KΩ，1MΩ，10MΩ和100MΩ。各抽头90.2至90.9和电阻91的非接地端被连到总线27中的独立导线，以便各电阻能被校准并用于校准器的内部电流校准和对被校准仪表作电阻标准。为校准电阻排90的诸电阻和1Ω电阻91，阻值分别为1Ω和10KΩ的超稳定线绕电阻101和102是经由总线27中诸导线所建立的连接和开关矩阵16而有选择地同电阻排90的电阻和电阻91连成电路。电阻101和102还经由开关矩阵16同连到接线端22，阻值为1Ω和10KΩ的外部精密四端校准电阻连成电路。该外部四端电阻使用于电阻101和102的各修正系数可储存在RAM17中。超稳定线绕电阻101和102一般有很小的温度系数-小于每摄氏度百万分之0.3，并有超过每年百万分之2的长期稳定度。

为使用于内部校准和对仪表的电流响应进行校准所要确立的不同值的电流能恒定，所述校准器包括电流发生器150和电阻151-156。各电阻151-156经由开关矩阵16有选择地连接到电流发生器150，以建立6个不同量级的电流量程。电阻151-156不必过分精密或稳定，因为对连到电流发生器150的各电阻151-156而言，引自该电流发生器的电流是借助电阻91-99来校准的。

为作AC校准起见，所述仪器包括可变频率、固定幅度的振荡器103和有效值-直流变换器104和105-最好为Fluke8506热变换器。数字控制的可变电阻器106有选择地被连到不同交流电压电平方面的变换器105的输入端。由源103导出的AC电压的频率和电阻106的值受到由ROM13加到包含在所述振荡器内的缓冲寄存器（未示出）的独立的多比特数字信号和所述网络的数字控制电阻的控制，所述数字信号是经由矩阵16顺序地加到总线27内的某一子总线的。在作AC内部校准和导出AC校准输出电压期间，开关矩阵16响应引自ROM13的总线14的数字幅度控制信号和引自RAM17的总线19的已修正校准信号，以及一个可变的模拟控制信号。振荡器103的可变频率输出被连到可变的电压敏感电阻158-它对导线或总线159上的一个粗调增益控制反馈信号是有响应的。

电阻158同数字控制电阻161串联，后者包括一个响应数字反馈、来自ROM13的精密增益控制信号和一个来自RAM17的校准修正信号的累加寄存器。电阻158和161被连到放大器162的输入端，该放大器包括具有一个对来自ROM13的量程控制数字信号有响应的缓冲寄存器的数字控制的反馈电阻163。放大器162的AC输出经由矩阵16，作为校准电压加到校准中的仪表。

在作内部校准和对一外部仪表进行校准期间，放大器162的输出还被加到衰减网络167的输入端，该衰减网络包括可变数字控制电阻164，AC放大器165和反馈电阻166。电阻164的阻值是对引自ROM13并经由矩阵16加到该电阻中的缓冲寄存器的一个数字信号有响应的。放大器162的增益和衰减器167的衰减系数是以相反的方向而受到控制的，因此使放大器165的输出总是在变换器104和105的输入的工作范围内。正如下文所述，放大器165的输出是有选择地通过矩阵16连到变换器104和105的输入端的。放大器162和165是能控制在1MHZ频率范围内没有明显衰减的DC放大器。

由于均方根（RMS）对DC的变换器104和105是Fluke固态热电压变换器，其输出是DC电压-这些电压值完全比例于两变换器的AC输入RMS值而并不是比例于所述AC输入的电压峰值。变换器105输入端处的电阻106包括各低阻值无源电阻-它们基本上是非感性也非容性的，因此，它们的平坦度误差可忽略不计，也就是说，这些阻值不会作为频率的函数而变化。变换器104的输入和输出通过总线27的导线和矩阵106中的开关而被连到所述仪器的其余电路，而变换器105的输出通过总线27中别的导线和开关矩阵16而连接到所述仪器中的其余电路。

微处理机11有选择地响应三个外部校准的命令信号-这些信号是响应开关111，112和113的闭合而导出的。开关111，112，113在形式为10V    DC源，1Ω四端校准电阻和10KΩ四端校准电阻的外部校准装置被分别连到接线端22时是由操作员闭合的。

微处理机11也响应在通过系列开关114，115，116，117和118控制时表示由校准器加到被校仪表的输出种类和量程的手动控制输入信号。所述系列开关114，115，116，117和118是由该仪器使用者为七个DC电压量程的某一所选量程，为八个电阻量程的某一所选量程，为八个AC电压量程的某一所选量程和为五个DC电流量程的某一所选量程以及为对七个频率量程的某一所选量程而闭合的。微处理机11还在开关10为操作员所闭合时，对振荡器418起反应，以提供所述装置的自动内部校准。

微处理机11对为控制ROM13的开关111-113的闭合起反应，从而导出ROM13的三组地址序列，即，用于外部DC电压校准的一组和用于电阻外部校准的两组。振荡器418触发微处理机11，使ROM13按序通过一系列同内部校准相关的步骤，以便使校准器的诸装置通过总线27中子总线和诸导线，经由矩阵16而互相连接并连到RAM17。

根据操作员闭合开关系列114-118中的各开关，微处理机11向ROM13供给命令信号，ROM13又通过总线14和15将命令信号加到开关矩阵16和RAM17，以建立接线端23-26和校准器中各装置之间的连接关系。为响应系列开关114-118的闭合，本仪器的最佳实施例能提供0.2和1100V之间的校准AC和DC电压输出，阻值为1Ω和10MΩ间的校准电阻值和100毫安和1A之间的校准电流值以及10HZ至1MHZ间的频率值。

在对校准器内诸装置进行校准期间，为响应操作员闭合的开关10，微处理机11将一信号序列供给ROM13，ROM13又命令矩阵16去建立RAM17和校准器中其余装置间的连接关系。在对校准器校准期间，模-数转换器和显示器33被激励，以提供由内部校准例行程序判定的电压、电流和电阻校准误差系数幅度的直观数字显示。当应用于可包括一打印机的所述显示器时，操作员可监视A-D转换器33的响应特性，以判定校准器功能是否良好并提供该校准器的历史情况。

现在涉及附图2，此图示出图1中有关对内部DC基准源35，36以及数模转换器34的外部校准方面的各元件连接关系的电路。在这些部件工作期间，10V外部基准源121（最好为Fluke732A型）被连接到开关矩阵16的接线端22。与此同时，微处理机11控制ROM13，以使ROM导出一个作为数模转换器34的命令输入信号而代表10V数字值的多比特输出信号。同时，ROM13对开关矩阵16供以控制信号，以使所述代表ROM数字输出信号的10V数字值被耦合到DAC34。与此同时，ROM13控制开关矩阵16以使DC基准源35和36彼此串联而连到DAC34的电源输入端。此时，开关矩阵16也受到ROM13的输出控制，以建立从DAC34的模拟输出到差动放大器37的反相输入端的连接关系。与此同时，矩阵16受ROM13的输出所控制，以建立从DC基准源121的非接地端到放大器37的正相输入端的连接，而且开关矩阵受到控制，以建立放大器37的输出和模-数转换器33的输入端之间的连接关系。

放大器37的输出信号代表外部基准121和DAC34的两输出之差的幅度和极性。在这些情况下，差动放大器37的理想输出为零。然而，由于基准源35和36以及DAC34包括了会随时间、温度以及其他可能的环境影响而变化的组成部件，故如图2所示在由开关矩阵16建立的连接情况下，通常由放大器37引出一个有限的非零信号。由差动放大器37所得到的该非零模拟信号被连到模数转换器33，从而经由开关矩阵16连到RAM17-该信号在此被贮存作为对DC电压基准35，36和DAC34的一个校准修正系数。

图2所示的全部连接关系均是响应于受微处理机11供到总线12的一个地址信号所控制的ROM13的一个输出信号而在开关矩阵16中形成的。此外，ROM13将一个信号通过开关16、经由总线27中的子总线32加到DAC34的数字输入端。转换器33的数字输出为响应RAM被导线18上的一个信号激励进入写状态而经由子总线31通过开关矩阵16加到受总线15上的ROM13的输出所控制的RAM17中的某一地址。

当各数字数据信号被接连地加到DAC34中的累加寄存器时，则这些信号是作为分别引自ROM13和RAM17的两个顺序字节。来自ROM13的字节表示假定DAC没有校准修正的必要时DAC34所应导出的模拟输出信号的标称大小。来自RAM17的字节对DAC34的寄存器中所储存的字节增加或减小一个量，该量等于在图2示出的操作期间所判定的校准修正系数。

在已完成图2示出的诸操作之后，振荡器418驱使微处理机11对ROM13进行一次访问，以使ROM13去触发开关矩阵16，从而建立如图3所说明的关于使6.5V    DC基准源35能作内部校准的连接关系。为此，将DC基准源35和36彼此串联地接到DAC34的电源输入端，DAC34的所述数字数据输入端顺序地响应来自ROM13指示出6.5V的第一数字信号和来自RAM17指示出DAC校准修正系数的第二数字信号。结果由DAC34和基准35所导出的DC电压被连到放大器37的反相和正相输入端，该放大器导出一个加到模数转换器33的误差信号。转换器33导出一个代表DC基准电压源35的校准误差的数字输出信号。该校准误差被储存在RAM17内，其地址是由连到总线15的ROM13的输出所指定的;为此，所述RAM响应导线18上的信号而被激励成写状态。作为基准源35的校准误差信号被连续地加到DAC34以便将DAC输出信号增大或减小到作为该基准源的校准误差的修正量。

在已将基准源的校准修正误差存入RAM17之后，基准源35和36的所述连接关系则与图3中所示连接相反，同时，以与已述基准源35相同的方式导出6.5V    DC基准源36的校准误差。

然后，ROM13响应微处理机11的输出而被触发，从而激励开关矩阵16，以建立图4中所示连接关系，该连接使1：5分压器42能得到校准。当校准器用于对仪表的2V量程进行校准时，分压器42被连到DAC34的全输出范围（0和10伏之间）。为判定分压器42的校准误差，DC基准源35和36彼此串联连接，并跨接在分压器42上，该分压器有一个连到缓冲器52的正相输入端的抽头。缓冲器52的增益为1，因此假定分压器42提供一个分压系数为1：5以及源35和36的DC串联电压是13.0V的话，得到的DC输出电压为2.6V。为响应引自ROM13表示2.6V的数字信号和代表作为DC源35和36以及根据来自ROM的地址信号而引自RAM的DAC34的校准修正量，缓冲器52的输出在差动放大器37中同数-模转换器34的输出相比较。

差动放大器37响应加到其反相和正相输入端的输入信号，以导出一个被连到模-数转换器33的误差信号。转换器33给RAM17供以代表分压器42的校准误差系统的数字信号。RAM17响应总线15和导线18上的信号，以将分压器42的校准误差储存在一个由总线15上的信号所表示的地址内。

当将图1校准器设置成与2V    DC量程相关的系列114中的那个开关闭合时，校准器借助接线端23′和26给被校测量仪供以2V量程内的一系列DC电压。为此，分压器42被跨接在DDAC34的输出端，在由微处理机11导出的信号控制下经由缓冲放大器52通过开关矩阵16而连到接线端23′和26，并作为多比特地址信号连到ROM13。ROM13将一信号加到总线14，以闭合矩阵16中的各开关，从而使端子23′和26通过缓冲器52连到分压器42的抽头并使DAC34的输出端与分压器42并联。与此同时，ROM13给DAC34供以0和10V之间的整个范围的数字信号，以便使分压器42的抽头提供给被校仪表从0至2V的各标称量程。表示该0-10V的数字信号被顺序地存入包含在DAC34中的缓冲寄存器。对每个0-10V间的信号，ROM13选定那些在RAM17中作为分压器42和DAC34而储存的校准误差地址。作为分压器42和DAC34的校准误差，通过RAM17加到DAC34中的寄存器，以增加和/或减小储存在其内的表示与0-10V范围相当的DAC输出端的数字信号。

对于基些量程的内部和外部校准，有必要采用标称增益设计值为13的放大器53。放大器53的增益的校准误差系数是借助以图5所示方式，通过开关矩阵16连接仪器的各元件而获得的。在图4所示的校准连接已经完成并在分压器42的校准误差已存入RAM17之后，便建立图5所示连接关系。

为校准放大器53，ROM13受微处理机11所控制，以借助串联连接的DC基准源35和36以及使DAC导出5V输出电平的一个数字信号，向DAC34供给DC电源电压。通过ROM13加到DAC34中寄存器的信号被修正，即，为代表作为引自RAM17的DAC34和分压器42的DC基准35和36的校准误差信号所增加和/或减少。

于是，开关矩阵16被激励以将DAC34的输出连到分压器42，同时将该分压器的抽头经由开关矩阵16加到缓冲器52。在缓冲放大器52的输出端，标称1V的DC电平被加到放大器53的正相输入端，后者导出一被连到放大器37的正相输入端的、标称值为13V的DC输出电压。放大器37的反相输入端响应串联DC基准源35和36两端的电压，使该放大器引出一代表放大器53的校准误差的差分输出信号。这个引自放大器37的代表校准的模拟误差信号被施加于模-数转换器33，转换器33又导出代表放大器53的校准误差的数字信号。以转换器33的输出信号表示的作为放大器53的数字校准误差被储存在RAM17内的一个地址上，该地址是受在导线18上写信号控制下的总线15上的信号所控制的。放大器53供内部校准之用，并如下文所描述，是有助于获得200-1100V范围内的诸外部校准电压的。

所述校准过程的下一步骤使微处理机11激励ROM13，以使开关矩阵16将仪器各部件连接成图6所示的构型-用来判定对1：10分压器43的校准误差。分压器43被连到DAC34以协助导出200MV范围内的外部DC校准电压。

为校准1：10分压器43，放大器37的反相输入端响应DAC34的一个标称8.45V    DC输出。DAC34的实际输出与8.45V的偏差便是DAC34、放大器53和DC基准电压源35的校准误差系数，为此，通过ROM13给DAC34的累加寄存器供以一个代表8.45V的DAC标称输出的信号。DAC34的累加寄存器中的该信号在DAC由彼此串联的源35和36产生的DC电压供电时，是为DAC、基准源35和放大器13的校正误差而表示的诸信号所增加和/或减小的。因此，DAC导出一个大约8.45V的校准输出。

与此同时，矩阵16连接与分压器43并联的源35的电压，分压器43有一连到放大器53的正相输入端的抽头。放大器53的具有8.45V标称值的输出电压被加到放大器37的正相输入端，放大器37的反相输入端是对DAC34的输出信号起反应的。差动放大器37导出一个幅度正比于分压器43的校准误差系数的DC电压。差动放大器37的输出信号被加到模数转换器33的输入端，转换器33在总线15和导线18上的信号控制下导出一个被连到RAM17中某一指定地址的数字信号。

为导出200MV量程内的诸电压，当分压器43由DAC34所激励时，接线端23′和26被连到分压器43的抽头和地。DAC34通过ROM13供以使DAC能导出从0至2V    DC输出的全部数字信号，致使分压器43的抽头与接地点之间的电压从0变到200MV。由ROM13加到DAC34的各数字信号是通过储存在RAM17中作为DAC，基准源35和36和分压器43的校准修正信号而增大和/或减小的，所以分压器43抽头上的诸电压都是0至200MV范围内的精确的校准电压。

为校准其输出电压在20-200V范围内的被校源，采用了1：8分压器44。在分压器43已用图6所示电路配置进行校准之后，分压器44通过激励开关矩阵16，以建立起图7所示的各连接关系而进行校准。

为判定分压器44的校准误差，开关矩阵16被激励，以使DC电压基准源35和36彼此串联地连接到DAC34的供电端并与分压器44并联。ROM13被激励以使DAC34被供以一个命令DAC导出一个1.625V标称值输出信号的数字输入信号。来自ROM13的该信号是由同DAC34的诸校准误差系数相关的RAM17的输出信号，以及DC电压基准35和36所增大或减小的。分压器44抽头处的电压和DAC34的输出被加到差动放大器37的正相和反相输入端，放大器37导出一个DC模拟电压，该电压值正比于分压器44的校准误差。将放大器37的输出信号加到模数转换器33，后者又导出一个被加到RAM17中的指定地址作为分压器44的校准误差系数的信号。

分压器44用于校准校准器中作为引自放大器55的20-200V范围内电压的DC电压源。因此，在分压器44已被校准之后，被设计成标称增益为20的功率放大器55是通过微处理机11命令ROM13去激励开关矩阵16，以使校准器各部件以图8所示方式连接而得到校准的。

为校准放大器55，DC基准源35向功率放大器55供以6.5V    DC输入，放大器55响应该输入，得到一个标称值为-130V的DC输出电平。放大器55的负输出被加到分压器44的电阻49的一端，同时DAC34向电阻50供以标称值为18.571V的DC电平。为此，DAC34响应同18.571V的DC电平相关的ROM13的输出和响应来自RAM17与DAC基准源35和分压器44有关的校准修正误差信号。电阻49和50间的抽头电压被加到差动放大器37的正相输入端，而该差动放大器的反相输入端是接地的。差动放大器37导出一个可表示功率放大器55的校准误差幅度和极性的DC电压。当功率放大器55的增益恰好为20时，电阻49和50间的抽头电压为零。放大器37的输出被加到模数转换器33，转换器33导出一个被加到RAM17中指定地址的数字输出信号。

为导出20和200V之间的诸校准电压，DAC34的输出经由电阻78连到放大器55的输入端，同时该放大器输出连到被校仪表的一个输入端。这些连接关系是在ROM13控制下，为响应操作员给开关116输入作为20-200V范围的信号，而经由开关矩阵16建立的。DAC响应来自ROM13作为DAC1和10V之间诸标称输出电压的输入信号序列并响应来自RAM17的各输入信号-这些信号根据DAC和放大器55的校准误差而增大和/或减小DAC输出。由此，放大器55导出一系列20和200V之间加至被校仪表的校准输出电压。

放大器55还被用来校准一个用于200-1，100V范围的内部校准的100：1分压器。该100：1电压衰减器包括放大器54，反馈电阻68和输入电阻73;电阻68和73具有为提供100：1电压衰减的适当值。

用于校准所述100：1分压器的电路示于图9，它包括DC电压源35和36的串联组合-它们向DAc34供电并将13.0V加至功率放大器55的信号输入端。因此，放大器55导出一个标称电平为-260V的DC输出。放大器55的-260V输出被加到100：1衰减器，该衰减器包括电阻68和71和放大器54，这样就得到一个标称值为+2.6V的输出信号。

在+2.6V输出从放大器54导出的同时，DAC34导出一个受ROM13和RAM17控制的输出电压。ROM13由微处理机12激励而引出一个相当于DAC的2.6V标称输出值的数字信号。此后，ROM13控制RAM17去读出对应于DAC34、电压基准35和36及功率放大器20的诸校准修正误差的数字信号。放大器37响应放大器54和DAC34的输出信号，以导出一个作为100：1衰减器的校准修正系数，并加到模数转换器33。转换器33响应放大器37的输出，向RAM17中的某一地址提供作为100：1衰减器的校准修正系数。

为导出用于待校仪表的200-1，100V范围内的诸校准电压，增益分别为13和20的放大器53和55彼此串联连接以便响应引自DAC34的范围为0.77-3.85V的一系列电压。放大器55的200-1，100V输出借助校准器的输出端而被连到被校仪表的输入端。所述诸连接是在为响应操作员对排116中与200-1，100量程相关开关的激励而在来自ROM13信号的控制下经由矩阵16和DAC34按序建立的。DAC34响应来自ROM13的信号，以导出标称值在0.77-3.85V之间的各信号。这些标称值信号被一个来自RAM17表示校准器在200和1，100V之间全部值的校准误差的信号所增大和/或减小。

为判定所述校准器在200和1，100之间的校准误差，ROM13控制矩阵16，以使放大器53和55进行级联放大，故DC基准源35的6.5V输出被加到放大器53，放大器55的输出被连到包括放大器54和电阻68和71的100：1衰减器。放大器54产生的标称16.9V输出在放大器37中同DAC34的输出比较，放大器54受ROM13所控制而得到16.9V标称值。该标称值是由放大器53和55以及由RAM17加至DAC34的100：1衰减器的诸校准修正误差增大和/或减小的。

为校准10KΩ电阻102（该电阻和用于电阻校准的电阻分压器网络90共同用作一个基准电阻），开关矩阵16由ROM13激励以建立图10所示电路。当通过操作员将四端10KΩ基准电阻122连接到接线端22时，电阻102就得到校准。电阻122的一端连到由彼此串联连接的源35和36所得到的13.0V电平，同时，对DAC34用该13.0V电平供电。开关矩阵16将接线端22同被校的内部基准电阻102串联连接。电阻102和122间的抽头被连到差分网络37的正相输入端，从而使网络37的正相输入端响应标称值为6.5V的电压。同时，差分网络37的反相输入端响应DAC34的输出，而DAC是响应来自ROM13而使DAC得出一个标称值为6.5V的输出电压的信号的。于是DAC34由RAM17供以用于DAC和用于源35和36的校准修正信号。网络路37响应其输入信号，以导出一个其值正比于电阻102的校准误差系数的DC电压。转换器33响应网络37的输出，以对RAM17供以表示电阻102的校准误差系数的数字信号。

在已将10KΩ电阻102校准之后，用来校准仪表内电阻的电阻91-99是通过将装置按图12中所示方式借助开关矩阵16的连接而被校准的。电阻排90中的电阻92-99的排列使各电阻在各抽头90.2-90.9处相对于地具有对地阻值各为10Ω，100Ω，1KΩ，10KΩ，100KΩ，1MΩ，10MΩ和100MΩ。各抽头90.2-90.9处的电阻是通过将每个抽头连到10KΩ基准电阻102的一端来校准的，10KΩ基准电阻102的第二端被连到由基准源35和36串联组合而得到的13.0V    DC电压基准。

电阻排90的抽头被连到电阻102的一端还连到差动放大器37的正相输入端。放大器37的反向输入端响应数模转换器34的一个输出信号，数模转换器34有一响应由源35和36的串联组合得到的13.0DC电压电平的电源输入端。DAC34响应一个与电阻排90的抽头标称电压相当的ROM13的数字输出信号（放大器37的正相输入端是连到所述抽头的）。因此，对电阻排90的每个抽头来说，ROM13向DAC34提供一个不同的输入信号。从而，放大器37得到一系列代表电阻排90的各抽头的校准误差的输出电压。该引自放大器37的电阻校准误差表示信号被加到模数转换器33，转换器33又将一数字信号加到RAM17中对电阻排90的若干抽头处的每个阻值所指定的地址。

所有前述连接关系均是由微处理机11对ROM13确立一系列顺序地址命令信号而建立的。ROM13响应各地址命令信号，以将用于各抽头90.2-90.9中的某一命令信号加到开关矩阵16。对抽头90.2-90.9之每一个来说，ROM13命令RAM17将来自模数转换器33数据写入RAM17的某个不同地址。因此，RAM17在该指定地址上储存一个代表电阻排90的各抽头90.2-90.9的校准误差的数字信号。

为使电阻排90能校准一个被校仪表的10Ω和100MΩ之间的电阻值，开关矩阵16为响应操作员对排115中开关的激励而受ROM13的控制，以使校准器各输出端被连到各抽头90.2-90.9。借助操作员所确立的连接，校准器输出端上的电阻被连到被校仪表的电阻输入端。校准器的直观显示器在ROM13的控制下经由矩阵16连接到代表各抽头90.2-90.9各校准误差的RAM17的输出端，所述校准误差是在前面所述的对校准器的电阻92-99作内部校准循环期间确定的。操作员对该直观显示作出反应以修正被校仪表上所显示的阻值，以使该仪表得出电阻的精确表示。另一方面，若该仪表包括一台能响应来自本发明校准器的校准修正信号的计算机，则代表各抽头90.2-90.9处电阻校准修正误差的RAM17的输出信号就被连到该仪表并自动地由校准器将修正该电阻的值加到该仪表

在按图12连接对电阻排90的各电阻已作校准之后，微处理机11使ROM13步进到某一引起待建立的图13中所示的连接状态。图13所示连接关系使恒定电流发生器150能使100μA到1A的各十进电流量程将得到校准，以提供数量级为130μA的倍数的已校电流。电流发生器150最好为通常在Millman和Halkias所著题为“集成电子学”一书中第539页所说明的型号。为得出不同的已校准的输出电流，电流发生器150有选择地被连到电阻151-156。为确定恒定电流发生器150的各输出电流的校准修正系数，将电流发生器的输出跨接在校准电阻92-97抽头90.2-90.7和电阻排90的接地点之间。抽头90.2-90.9上所产生的电压降在差动放大器37中同表示抽头两端所需电压的DAC34的输出相比较，该DAC34的输出包括各抽头90.2-90.7处的电阻和与DAC的各相关部件的各校准误差，以确定恒定电流源150的130μa，1.3ma，13ma，130ma和1.3a的各校准误差。

为此，将恒定电流源150的第一输入端连到串联组合的源35，36并将源150的第二输入端顺序连到电阻151-156。这些连接关系均是在ROM13控制下经由开关矩阵16（当ROM控制该矩阵时）建立的，故电流发生器的输出是跨接在电阻92-97上的。与此同时，DAC34的供电电源端被连到串联组合的源35和36，而DAC的输入信号端响应来自ROM13、对由源150加到各抽头90.2-90.7电阻的每个电流指示出跨接在抽头90.2-90.7的诸标称输出电压的二进制信号。电阻151-156的阻值最好选得可在电流发生器150被连到各不同电阻151-156和不同抽头（90.2-90.7）对时使跨接在抽头90.2-90.7间的诸标称电压维持在1.3V不变。于是，当对恒定电流源150的各电流量程进行校准时，DAC34由ROM13供以同一信号。

DAC34的诸标称输出根据表示基准源35和36、电阻92-97的各阻值和引自RAM17的DAC本身的诸校准误差的信号而增大和/或减小。差动放大器37响应从抽头90.2-90.7加到其正相输入端和DAC34的各校准输出电压，以得到表示电流源150对各电阻151至156的各校准误差的差分信号。从放大器37得到的电流发生器150的各校准误差由转换器33转换成数字信号并在ROM13的控制下存入RAM17的指定地址。

当某一外部测量仪器要校准电流响应时，操作员闭合排117中的开关，使微处理机为激励矩阵16而访问ROM13，从而使源35和36同电流发生器150的第一输入端串联连接并使电阻151-156接着被连到电流发生器的第二输入端。电流发生器的输出端被连到校准器的各输出端，后者均被连到被校仪表的电流响应输入端。校准器的直观显示器响应已存入RAM17的被加到校准器输出端各电流值的电流校准修正信号。操作员借助校准器的视觉显示的示值对被校仪表的电流读数进行修正。另一方面，若该仪表包括一台计算机，则由操作员将该仪表连到RAM输出端，而由校准器向该仪表提供的校准电流是自动地修正的。

恒定电流源150的0.13A校准输出还用于产生作为内部1Ω基准电阻101的校准修正系数，这是通过激励开关矩阵16以建立图11所示连接关系而实现的。为校准电阻101，由操作员将本发明的校准仪器连到1Ω四端外部基准电阻123，又连到0.13A恒定电流源150。电阻101和123彼此串联连接并连到恒流源150，以使这两个电阻的各自两端有标称值为0.13V的电压引出。电阻101和123上的响应进行有效地比较，以确定电阻101相对于四端外部标准电阻123的相对校准误差。

为独立地监测电阻101和123上的电压，开关矩阵16包括接点151-153和154-156，如图11所示。接点153和156连到测量放大器157的正、负输入端;测量放大器157不涉及接地，因此能响应加到其正、负输入端的电压而形成共模抑制。接点153和156实际上是这样一种联动接点，以致使接点153和152同接点155和156可彼此同时接合;反之，接点153和156与接点151和154同时接合。接点151和152被连到四端电阻123的相对端。而接点154和155被连到电阻101的相对端。为监测电阻101的值，接点153和156是这样地接合接点152和155，以致测量放大器157的相反极性的输入端可对电阻101上所产生的标称0.13V电平起反应。当接点153和156同接点151和154接合时，所述标称0.13V电压就同电阻123上的电压相比较。

由放大器157引出的响应被加到放大器37的正相输入端，放大器37有一个响应DAC34的输出的反相输入端。DAC34对放大器37的反相跨入端供以一个表示恒流源150（用于0.13V量程、DAC本身和基准源35和36的校准误差的模拟电压，基准源35和36是串联连到DAC的电源接线端的。

当接点151，153和154，156被连接时，放大器37的输出信号是一个表示四端外部基准电阻123对电流源150的响应电压，同时以对作为0.13A量程和与DAC34相关部件的源150的校准误差的补偿。放大器37的输出信号被加到模数转换器33，转换器33就导出一个存入RAM17中某一指定地址的数字信号。此后，接点152，153和155，156被连接，从而使转换器33给RAM17中另一指定地址供以表示带有源150在0.13A量程及同DAC34相关部件中的校准修正量的电阻器101电阻的数字信号。在RAM17中对电阻101和123的响应所存储的地址由微处理机11来存取，微处理机对它们进行差分综合，以导出作为电阻101的校准误差的指示。该校准误差就被存入RAM17的某指定地址。

当要校准1Ω量程内的外部测量仪器时，电阻101用于向校准器输出端提供一响应。该过程除电阻101是在来自响应与1Ω相关排115中开关的闭合控制的微处理机11的信号控制下，经由为响应ROM13的输出而由开关矩阵16所建立的连接关系而被直接连到被校仪表的输入端之外;均和上面所述用于校准10Ω至100MΩ的诸电阻时的过程一样。

为使AC校准电压能通过本发明的校准器加到一个外部被校仪表，开关矩阵16被激励，以建立图14电路图中所示的连接关系。该外部被校仪表响应具有40HZ和1MHZ之间的一个宽广频率范围和一个引自放大器162的一个宽幅度范围的一个AC电压，又响应可变频、固定幅度振荡器103的输出。振荡器103的频率是响应操作员闭合开关排118中的一个开关而受ROM13的输出所控制的。

振荡器103的可变频率是根据包括放大器162和与此有关的阻抗，即数字控制电阻161和163，以及电压控制电阻158的电路而变更其幅度的。电阻158和161彼此串联地连在振荡器103输出端和放大器162输入端之间，而电阻163被连接在放大器162的输入和输出端之间的一个反馈通路内。电阻161和163的阻值是根据ROM13的输出而受到控制的，以便控制放大器162输出的范围，并将该范围中输出的幅度控制到预定的标称值。此外，电阻158响应由RAM17为每个幅度和频率量程内的AC输出而连到DAC34的各校准修正误差信号。RAM17被指定为校准修正误差的ROM13的输出所访问，所述ROM输出是以后面结合附图15和16所述方式导出的。若振荡器103为导出两个已被校准的频率之间的某频率而被调整时，作为两相邻已校频率的校准误差通过RAM17加到微处理机11。微处理机11对两个相邻频率之间的校准误差进行内插运算，以确定该调整频率的校准误差。该调整频率的校准误差经由DAC34连到RAM17，以便控制电阻158。

RAM17还将数字控制信号加到电阻161，以便对放大器162的输出提供一个精确的比较长期的反馈控制：在最佳实施例中包括RAM17和电阻161的反馈回路使放大器162的输出维持到百万分之十。对电压控制电阻158也提供了一个粗略（0.1%）实时反馈通路。因此，提供了两个基本平行的反馈回路：一个较粗略的实时回路和另一个精密的较长期恒定的回路。

当振荡器103的频率增加时，放大器162的输出电压有减小的趋势，这是由控制电路的分布的。即，杂散电容所造成。所述长时间恒定精密回路包括当振荡器103的频率增大时，对放大器162的输出电压减小的补偿。分布电容的影响和所需修正量在所述校准过程中被确定并存入RAM17，以控制电阻158的值，而放大器162的输出作为校准用电压而被连到外部仪表。因此，当振荡器103的频率变化时，电阻158的值随之变化，从而使加到外部仪表的放大器162的输出维持在所需值。

所述实时，粗略反馈回路包括RMS    AC-DC转换器104而较长时间恒定精密控制反馈回路包括RMS-AC对DC转换器105。转换器104和105被衰减器167的输出平行地驱动，衰减器167包括放大器165，放大器165的一个输入端通过数字控制电阻164连到放大器162的输出;固定电阻166连接在放大器165的输入和输出端之间，作为一个反馈阻抗。电阻164的值受ROM13的输出、以类似于ROM13对电阻163所提供的控制方式的控制。因此，放大器165的衰减系数和放大器162的增益系数接近相同，以致使放大器165的输出处在可由转换器104和105操纵的范围内，而与放大器162施加到外部被校装置的电压幅度无关。

放大器165的AC输出被加到RMS对DC转换器104，后者引出一个可指示放大器165的实际RMS输出幅度的DC输出信号。为对诸数字控制电阻161，163和164和对振荡器103的各频率进行设定，转换器104应引出一个预定的DC输出电压。转换器104的输出电压同一个从储存于ROM13中指定地址输出的预置值进行比较。该储存于ROM13的指定地址中的值是由振荡器103的频率以及电阻161，163和164的阻值所确定的。在ROM13中的所述地址处的信号被加到DAC34。在那里通过由RAM17加到DAC的校准修正误差而得到修正。DAC34和转换器104的DC输出信号被分别加到积分器237的正相和反相输入端，该积分器引出一个有幅度和极性的模拟误差信号，将电压控制电阻158的值以实时为基础控制使放大器162的输出电压维持在接近于由DAC34的输出所指示的所需电平上。为防止积分器237的输出中的波动影响反馈回路，将积分器237的输出加到低通滤波器238，从而加到电阻158的控制输入端。

通过将RMS-DC转换器105的输出加到模数转换器33的输入，为放大器162输出值的精确、长期恒定的控制，提供了保证。由此，转换器33在ROM13的一个地址输出信号的控制下导出一个被连到RAM17中指定地址的多比特数字信号。在微处理机11中，RAM17内代表转换器105输出幅度的信号同储存在ROM13内的一个数字信号相比较，后者的数字信号对用于由电阻163和164的各阻值以及由电阻161的阻值所表示的范围内的值所指定的范围，指示出转换器105输出的所需预置值。微处理机11响应表示所述预置值和作为转换器105输出的实际值的数字信号，以导出一个数字误差信号，该误差信号在ROM13的控制下被连回到RAM17中的某一指定地址。

代表作为存入RAM17中的转换器105输出的数字信号的误差被周期性地从RAM读出并读入到电阻161中的累加寄存器内，以增大和减小电阻161的阻值。储存在电阻161中累加寄存器内的、由ROM13向该寄存器提供的值指示出在由电阻163和164的值所指定的范围内的放大器162的AC输出幅度。

现涉及附图15，其内示出：在ROM13的控制下，为对图14中所示设备进行低频校准而借助开关矩阵16所建立的各种连接关系。对于振荡器103的低频来说，即频率低于100HZ时，则有充分根据可假设：用来使放大器162导出校准用输出电压的电路杂散电容并不会对被加到被校仪表的放大器162的输出产生影响。因此，常用DC电压来校准转换器104、放大器162、衰减器167和与此有关的电路的低频响应特性。

低频校准中的第一步即是确定用于转换器104的校准修正误差，通过激励开关矩阵16所执行的操作使6.5V    DC基准源35通过开关接点181，182（包含在矩阵16中）被连到该转换器的输入。将转换器104的输出和源35的6.5V输出分别加到放大器37的正相和反相端，于是放大器37导出一个表示转换器104的校准修正误差的误差信号;从源35至放大器37的连接是经过开关接点184和185（包含在矩阵16内）的。放大器37的DC输出被加到模数转换器33，于是该转换器导出一个在ROM13控制下存入RAM17中某个适当存储单元中的数字信号。

在已确定转换器104的校准修正误差之后，由放大器162和165引入的DC修正量是借助ROM13将表示零电压电平的数字控制信号加到DAC34并通过激励矩阵16，以使DAC的输出被连到电阻161，又连到放大器162的信号输入端而确定的。矩阵16被这样激励，以致放大器162所产生的DC输出通过电阻164连到放大器165的信号输入端，放大器165的输出通过包含在矩阵16内开关接点181和183连到RMS-AC-DC转换器104的输入端。使转换器104的输出同一个通过将该转换器的输出连到放大器37的正相输入端而该放大器的反相输入端通过接点184和186（包含在矩阵16内）接地的零电压电平相比较。通过转换器33，将放大器37所产生的代表放大器162和165的DC零修正量的差值输出转换成一个数字信号，转换器33给RAM17中某一指定地址提供零修正系数。

然后，开关矩阵16为确定作为包括放大器162和165的电路的低频校准误差而被激励。具体地说，使图15所示电路的接点181，183和184，185接合。电阻161，163和164的值以及DAC34的输出幅度受到ROM13中数字信号的如此控制以致当放大器162的DC输出量程改变时，由放大器165加到转换器104的DC电压的标称值为6.5V。转换器104响应加到其上的标称6.5V输入电平，以导出一个与该转换器的输入电压值相同的DC输出电压。在放大器37中转换器104的输出同源35的6.5V基准相比较，放大器37对要通过放大器162加到后来被校仪表的每个幅度导出一个低频校准误差信号。该低频校准误差信号是根据电阻161，163和164的阻值变化而得到的。

由放大器37导出的该低频校准误差信号通过转换器33被转换成数字信号，转换器33有一个给RAM17中指定地址提供指示低频校准误差的数字信号的输出。储存于RAM17中的该低频校准误差信号同储存于RAM中的零位修正和转换器105的校准误差信号一起通过微处理机11激励ROM13，以将RAM中的低频校准误差信号，零位修正信号和转换器105的校准误差信号读入微处理机11内。微处理机11将零位偏差和转换器105的校准误差信号同各低频校准误差信号混合，以便导出一个对由放大器162加到外部仪表的每个幅度的更精确的低频校准误差信号。由微处理机¹1导出的所述更精确的低频校准误差信号在ROM13的控制下被连回到RAM17中的各指定地址。

当为给被校仪表提供一个低频校准信号而触发振荡器103时，借助ROM13访问RAM17，以便经由DAC34给电压控制电阻158提供校准修正信号。对于通过放大器162加到被校仪表的每个幅度来说，RAM17借助ROM13步进达到某一不同地址，以便使电阻158的值由于该低频校准误差而必然不同。该校准误差信号增大和减小由ROM13加到DAC34的电阻158的范围中的预置值。

为确定高频校准误差，开关矩阵16被触发，以建立由图16的电路图所示的连接。为高频（即，100HZ至1MHZ间的频率）校准，振荡器103通过ROM13而被触发，以便得到10HZ，100HZ，1KHZ，100KHZ和1MHZ的频率。在实际运行中，这范围内的每个频率可通过本发明的校准器、（利用对微处理机11中被存入RAM17的所述校准误差的内插法）加到外部待校仪表。所述校准修正误差是在振荡器103的每个频率位置上对一种幅度而确定的。根据这个对每个频率的单一幅度所确定的校准误差，由微处理机11为那一频率的所有幅度响应先前所检测和所储存的低频校准误差而确定所述校准修正量。这一过程与在每个频率位置上通过每个幅度分步而分步调整从放大器162所导出的幅度的过程来相比，前者所需时间较少。不过，要知道：当想要或必要时，可让放大器162的输出幅度在振荡器103的每个频率位置上的若干步内改变。

为提供高频校准，开关矩阵16被如此激励，以使振荡器103的输出经由电压控制电阻158和数字控制电阻161的串联组合而连到放大器162的输入。放大器162的输出被连到与前面结合图14所描述电阻158的相同粗调反馈回路。然而，在高频校准期间，RAM17没有把校准修正误差加到DAC34，而DAC只响应来自ROM13的预定设置点的值。

作为电阻161的精确的长期恒定反馈回路被断开，而且放大器162的输出经由数字控制电阻106被连到AC-RMS-DC转换器105，数控电阻106的值受ROM13控制以使其输入到转换器105的输入信号具有接近于对转换器104的输入信号幅度。正如前面所述，电阻106包括多个实际上没有电抗分量的精密电阻，因此，对转换器105的输入不会随振荡器103的频率变化而变。然而，对转换器104的输入是频率的一个函数，这是因为衰减器167中放大器165的输入端存在着电阻164的杂散电抗。正因为该杂散电抗，使电阻158的值未能完全得到包括转换器104的反馈回路的控制。响应放大器162的输出的、包括转换器105的电路确定由于包括有转换器104的通路上的电抗而引起放大器162输出幅度的变化。

为此，通过将转换器105和源35和36的电压加到差动放大器37的反相和正相输入端而使该转换器的DC输出同源35的6.5V基准电压作比较。由此，差动放大器37导出一个表示对振荡器103的每个频率、单一幅度的校准修正误差的模拟输出信号。最好，所述单一幅度是由振荡器103经由放大器162加到最后要连到被校仪表的接线端的全部幅度的一个中间值。为此，在高频校准操作期间，ROM13将各预定信号加到电阻161，163和164，以及至电阻106从而使转换器104和105的输入保持在适当的值上。

差动放大器37的高频校准模拟输出信号通过模数转换器33而转换为数字信号，关ROM13的控制下，转换器33将表示其特征的数字信号从那里加到RAM17中的指定地址。被存入RAM17的高频信号在微处理机11中，同被存入RAM作为各低频幅度校准误差相混合。微处理机11响应所述低和高频误差校准信号，以得到一个作为振荡器103的每个幅度和频率位置的独立的校准误差修正信号。在正常操作期间，当放大器162被连到一个外部被校仪表时，被存入RAM17的每个幅度和频率位置的校准误差信号经由DAC34而加到电压控制电阻158。

虽然已对本发明的一个具体的实施例作了图示和说明，但显然，对已明确地图示和描述的实施例的诸细节方面可能作出各种变更而并未脱离如所附权利要求书中所限定的本发明精神实质和范围。

Claims (14)

1、用于向待校准装置提供覆盖多个量程的某种电参数的校准器，其特征在于包括：

-用于导出覆盖多个量程的该参数的内部部件，一个内部电压基准，数模转换器装置，一个存储器，模拟比较装置和模数转换器装置，

-用于将所述内部部件同内部电压基准连成电路的第一装置，模数转换器装置，比较装置和用于将表示所述各内部部件的各校准修正系数的各数据信号写入存储器的存储器，和

-用于将所述内部部件同存储器和数模转换装置连成电路的第二装置，以便数模转换器响应所述表示校准修正系数的已存数据信号去修正通过内部部件供到所述装置的参数值，从而使被供参数根据对该参数的校准修正量而得到修正。

2、权利要求1的校准器，其特征在于：所述参数是待导出的多个量程范围内的电压，所述内部部件是可变电压的变化装置，所述第一连接装置包括用于连接下列各项的装置：（a）将所述电压变化装置连到所述内部电压基准装置，以便在不同时间导出可应用于多量程的不同电压，（b）将由所述电压变化装置和所述模拟信号导出的各电压连到所述比较装置，以使该比较装置导出一个误差信号，（c）将所述比较装置连到所述模数转换器装置，以使该模数转换器装置导出一个表征所述误差的信号和（d）将所述转换器装置连到所述存储器，以使该存储器储存一个代表每个量程的由所述误差指示信号确定的一个修正系数的数字信号。

3、权利要求2的校准器，其特征在于所述可变电压变化装置包括具有不同电压分配系数的分压器装置。

4、权利要求3的校准器，其特征在于所述可变电压变化装置包括具有不同增益系数的放大器装置。

5、权利要求2的校准器，其特征在于所述可变电压变化装置包括具有不同增益系数的放大器装置。

6、权利要求2的校准器，其特征在于其中所述待测电压是DC，而所述内部电压基准装置是一个DC源，以及所述第一连接装置包括用于将DC电压从所述DC源连到所述比较装置的装置。

7、用于向待校准装置提供覆盖多个量程的某种电参数的校准器，其特征在于包括：

-用于导出覆盖多个量程的该参数的各内部部件，一个内部电压基准，数模转换器装置，一个存储器，模拟比较装置和模数转换器装置，

-用于将所述内部部件同所述内部电压基准，数模转换器装置，模数转换器装置，比较装置和用于将表示所述内部部件的校准修正系数的数据信号写入存储器的存储器连成电路的第一装置，

-用于将所述内部部件同待校准装置连成电路的第二装置，和

-用于激励存储器的装置，以便读出指示校准修正系数的所述已存储数据信号，同时第二装置将内部部件同待校准装置相连接，以使通过各内部部件供到该装置的参数值能被修正，从而使该被供参数能根据该参数的校准修正量而得到修正。

8、权利要求7的校准器，其特征在于其中所述参数是一个待连到覆盖多个量程的所述外部装置的阻抗，所述各内部部件包括一个具有某标准值的标准阻抗和对各量程中的每个量程具有不同值的阻抗装置，所述第一连接装置包括用于连接下列各部分的装置：（a）所述内部电压基准装置同所述标准阻抗和所述阻抗装置连成电路，以便导出一个其幅度表征处于所述各阻抗量程之一中的阻抗装置的一个标准值的第一模拟信号，即对各阻抗量程中的每个量程得出一个不同幅度，（b）所述数模转换器装置，它被连到所述存储器，以导出一个第二模拟信号（c）所述第一和第二模拟信号所被连到的所述比较装置以使该比较装置导出一个模拟误差信号（d）所述比较装置，它被连到模数转换器装置，以便使该模数转换器装置导出一个指示该误差的数字信号，和（e）所述存储器，它被连到所述模数转换装置以使该存储器储存代表由所述误差指示信号所确定的对应每个量程的一个阻抗校准修正系数的数字信号。

9、权利要求7的校准器，其特征在于所述参数是一个覆盖多个量程的待测电流，所述各内部部件包括一个用于对每个量程导出一个不同电流的恒流发生器，和对每个量程具有不同值的阻抗装置，所述第一连接装置包括用于连接下列部分的装置：（a）将所述内部电压基准装置同所述恒流发生器和阻抗装置以电路形式连接以导出一个其幅度表征每个电流量程中特定电流的基准值的第一模拟信号，即对每个电流量程求得一个不同幅度，（b）连接数模转换装置，存储器以导出第二模拟信号，（c）所述第一和第二模拟信号同所述比较装置连接，以使所述比较装置导出一个模拟误差信号，（d）连接所述比较装置和模数转换器装置，以使该模数转换装置导出一指示所述误差的数字信号，和（e）连接所述存储器，和模数转换装置，以使该存储器储存一个代表对应每个量程由所述误差指示信号确定的一个电流校准修正系数的数字信号。

10、对一台测量若干量程中的每个量程中的某一电参数的电测仪器进行校准的方法，该校准方法是利用一台仪器来完成的，该仪器包括：与测量复盖多个量程的电参数有关的各内部部件，一个内部电压基准，数模转换器装置，一个存储器和模拟比较装置，该方法的特征在于包括如下步骤：

-同时进行如下连接：（a）将一个外部基准电压源接到所述比较器，（b）将作为电源的所述内部电压基准源接到所述转换器装置，而该转换器装置响应一个代表外部基准电压幅度的数字信号以使该转换器装置导出一个第一模拟信号，该信号有一个值等于已对所述内部基准和所述转换器装置的不精确性经修正后的外部电压基准的幅度和（c）将所述转换器装置接到比较器以使该比较器导出一个指示所述第一模拟信号和所述外部电压基准间的第一误差的输出信号，

-根据所述第一误差储存一个对所述内部基准和所述转换器装置的不精确度的指示，

-然后通过同时进行如下连接来校准所述各内部部件：将所述内部基准电源接到所述内部部件和所述转换器装置，同时该转换器装置响应一系列（代表来自所述各内部部件的各不同连接构型的转换器装置的响应值的）已存数字信号，该转换器响应该数字信号序列以得到一系列模拟信号，这些模拟信号的值是经由所述第一误差调整的，故是等于某一已校准值（该已校准值是所述内部部件处于不同连接构型和所述转换器正在导出所述模拟信号序列情况下，通过将所述转换装置和各内部部件连到所述比较器的所述内部部件所导出的模拟信号的已校准值），这样，该比较器就得到一系列代表所述误差信号序列和在所述内部部件处在不同连接构型时取自所述内部部件的其他信号之间的误差的误差信号，

-储存所述代表所述模拟信号序列和所述其他各信号之间的误差大小的误差信号以表示每种不同连接构型的校准修正系数，

-将所述各内部部件连到被校仪器，以使该被校仪器响应每个量程的一个模拟信号序列，

-当该仪器响应所述模拟信号序列时，读出与通过存储器正被加到该仪器的模拟信号有关的校准修正系数，并为计及所述读出的校准修正系数而对该仪器的输入进行修正。

11、用于给一个待校准装置提供一个具有精确值的AC电压的校准器，其特征在于包括：一个振荡器;一个为响应该振荡器的可变增益放大器，它是用于给所述装置提供一个可变幅度的AC电压的;第一和第二AC-DC变换器，它是用于导出其幅度与加到该处AC电压的RMS值成正比的第一和第二DC信号;一个为响应所述可变幅度AC电压的衰减器，以便将该可变幅度AC电压连到第一和第二变换器从而使第一和第二变换器的AC输入值保持在第一和第二变换器的使用范围内而与所述可变幅度AC电压的幅度无关;用于根据所述第一变换器的DC输出而实时控制所述可变增益放大器增益的装置;响应所述第二变换器的DC输出以便以一个显著大于该实时控制装置的时间常数控制可变增益放大器增益的装置;以及响应对所述可变幅度AC电压的一个所需幅度和特定频率的校准修正误差信号来控制所述可变增益放大器增益的装置。

12、权利要求11的校准器，其特征在于进一步包括用于确定所述可变幅度AC电压的每个所需幅度和每个频率上的校准修正误差信号的装置。

13、权利要求12的校准器，其特征在于该确定装置包括：用于给串联布置的所述放大器、衰减器和第一变换器施加一个DC电压的装置;用于当该直流电压被加到该串联装置时，禁止通过所述第一和第二变换器的输出对可变增益放大器进行控制的装置;以及当该串联装置响应该直流电压时而被激励的装置，为的是将第一变换器的输出同一个基准值进行比较以便导出一个低频校准误差信号，该低频校准误差信号是当被加到待校准装置的可变幅度电压是在一个并不显著影响所述衰减器的衰减系数的某一频率上时控制可变增益放大器增益的。

14、权利要求12的校准器，特征在于其中所述确定装置包括：用于给所述放大器、衰减器和第一变换器的串联装置施加所述振荡器输出的装置;当振荡器输出被加到该串联装置时，用于禁止通过第二变换器的输出对可变增益放大器进行控制，和用于借助第一变换器的输出而维持对可变增益放大器进行控制的装置;对所述振荡器的所有频率有可忽略不计的电抗的电阻性衰减装置;用于将可变幅度AC电压耦合到第二变换器输入端而对第二变换器和衰减器输出进行去耦的装置;以及用于使第二变换器输出同一个基准电压进行比较的装置以导出一个高频校准误差信号，该高频校准误差信号是当被加到所述待校准装置的可变幅度电压在某一显著影响衰减器的衰减系减系数的频率时，控制所述可变增益放大器的所述增益的。

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