專利名稱：多量程數字式電子測量儀表內部參考電阻自我校準的方法
技術領域：
本發明涉及多量程電子測量儀表技術領域，特別是一種數字式電子測量儀表內部 參考電阻自我校準的方法。
背景技術：
目前常見的多量程數字式電子測量儀表如數字萬用表，在內部電氣線路中設置有 一個標準電壓源和一組參考電阻。在不同的測量功能和量程，通過電子開關的不同組合，將 這些參考電阻中的一個或幾個的組合構成不同等效電阻值的參考電阻或形成不同電壓分 壓比的分壓網絡，以滿足不同功能和量程的測量要求。由于這些參考電阻的準確度會直接 影響到最后測量結果的準確度，所以通常需要選擇使用一組準確度好和穩定性高的電阻來 作為內部參考電阻，甚至還須進行特別的選擇和配對。隨著測量準確度要求的提高，對多量 程數字式電子測量儀表的內部參考電阻的要求也更苛刻，造成這些電阻的價格變得非常昂 貴。因此，要么由于要求保持低成本，只能使用較差的參考電阻，導致實際性能難以提高，要 么使用者必需承受高價格來得到更好的性能。本發明的任務是要提供一種內部參考電阻自我校準的方法，僅需使用一個長期穩 定性好的電阻作為標準，就可以使整個儀器的測量準確度和長期穩定性得以提高，而成本 大大降低。
發明內容
本發明的目的是要克服現有多量程數字式電子測量儀表中所存在的對內部一組 參考電阻的穩定性和準確度要求高、挑選難度大，影響產品性能價格比提高的不足之處，提 供一種內部只需要設置一個長期穩定性好的電阻作為標準電阻即可使整個多量程數字式 電子測量儀表的測量準確度得以提高，而生產成本得到有效降低的自我校準方法。本發明的多量程數字式電子測量儀表內部參考電阻的自我校準方法是在現有多 量程數字式電子測量儀表電氣設計線路的基礎上，在一組參考電阻中，設置一個長期穩定 性好的電阻作為內部標準電阻，作為其他內部參考電阻的校準基準，在電氣線路中增加設 置若干電子開關，在控制程序中增加設置自我校準程序，以便在進入自我校準的狀態時，由 程序控制使這些電子開關形成不同的組合，構成不同參考電阻間的比較測量電路，自動地 把這些參考電阻分別與設定的內部標準電阻進行直接或間接比較、測量出各自的電阻值， 并把這些測量的結果作為相關的存儲數據存儲在內部存儲器中，當該數字式電子測量儀表 進入電阻測量或電壓測量工作狀態時，根據工作時所涉及的參考電阻或它們的組合，利用 所述的各相關參考電阻的存儲數據計算出相應的電阻數值修正系數或電壓分壓比系數，再 在測量結果上自動乘上所述的相應系數，實現對測量結果的自動修正，就可以獲得準確的 測量結果。對于一臺采用本發明方法設置的多量程數字式電子測量儀表來說，所述的設定為 內部標準電阻的參考電阻只需一個，且只需具有長期穩定性好的要求，其實際值與名義值之間的初始誤差可以在生產過程中通過與外部標準電阻的比對獲得，并儲存于內部存儲器 中，在使用時加以消除。采用本發明方法設置的多量程數字式電子測量儀表工作時，自校準程序的啟動，可 以在滿足預設的條件下自動發生，也可以通過人為地按動面板上的自校準啟動按鍵后發生， 當自校準程序完成后會自動轉入正常測量狀態，并同時發出自校準任務完成的提示信號。基于本發明的多量程數字式電子測量儀表內部參考電阻的自校準方法的數字式 電子測量儀表，與現有技術中的同類數字式電子測量儀表相比，由于只需要選用一個而不 是一組長期穩定性好的內部標準電阻，而且并不需要預先調整到很高的準確度，可以極大 地簡化生產工藝，降低選用電阻的指標要求，因而可大幅度地降低生產成本；而且由于只選 用一個長期穩定性好的標準電阻，生產或用戶定期校準時只需要在相應的量程上對它進行 標定一次，然后進入到自校準狀態，對所有的其它參考電阻自動進行測量、校準，便可以完 成所有的電阻量程、電壓衰減量程的校準，使無論是生產過程中的校準還是使用者的定期 校準都變得更簡單、有效且準確。此外，在現有技術中的數字式電子測量儀表，對于各參考電阻隨著時間和溫度發 生各自變化的情況，一般使用者均沒有條件對它們的變化進行校準，也無法預計這些變化 對測量結果的影響，所以即使是出廠時標定得準確度很高、技術指標很好的數字式電子測 量儀表，在實際使用中的真實準確性是難以保證的，而采用本發明方法設置的數字式電子 測量儀表，由于使用者可以根據需要隨時啟動自我校準程序，在不同的環境條件下都可以 確保具有很高的準確度；對于所述的長期穩定性好的內部標準電阻，不但可以要求它具有 較低的溫度系數，而且還可以通過在生產時把它的溫度系數儲存在存儲器中，在使用時該 儀表自動測量它所處的環境溫度，然后根據它的溫度系數進行自動修正，可確保在非常寬 的溫度范圍內，該儀表各測量量程保持有接近于零的附加溫度誤差；對于所述的電子開關， 可以增加設置在IC內部，也可以按需設置在IC外部的電路中；使用內部標準電阻校準測量 其它參考電阻時可采用常規的比較法或恒流源法。與現有技術相比，由于現代微電子技術的發展，在IC內增加一些電子開關和控制 程序，增加的成本遠遠少于全部使用高精度電阻作為參考電阻的成本，因此可以用較低的 成本達到優良的性能。綜上所述，采用本發明多量程數字式電子測量儀表內部參考電阻的自校準方法設 置的數字式電子測量儀表，在進入自我校準的狀態時，各內部參考電阻與一個內部標準電 阻進行直接或間接的測量比較，并儲存相應的數據；在進入正常測量狀態時，調用這些數據 進行修正，就可以消除其它參考電阻隨時間和溫度變化發生變化的影響，保證各測量量程 的準確度。雖然其中增加設置了若干電子開關和控制程序，增加了一定的設置成本，但與全 部采用高精度電阻作為參考電阻的現有數字式電子測量儀表的成本相比，采用本發明的多 量程數字式電子測量儀表，無論是多量程電壓表、多量程電阻表還是數字式萬用表等都可 以獲得更高的性能/價格比，因而具有顯著的技術先進性、很強的實用性和廣闊的市場應 用前景。
圖1是與本發明相關的現有自動量程數字萬用表的參考電阻部分電氣結構示意
4圖；圖2是現有自動量程數字萬用表IC內部電子開關的電氣結構示意圖；圖3是本發明實施例在圖2的IC內部增加設置電子開關的電氣結構示意圖；圖4是圖3所示的本發明實施例中，自校準工作狀態之一的電氣連接關系示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和典型實施例對本發明作進一步說明。在圖1和圖2中，以多量程數字式電子測量儀表中目前最常見的自動量程數字萬 用表為例，說明現有技術及測量的基本工作原理。在常見的自動量程數字萬用表中，用于電 阻和電壓測量的相關電路中包括測量輸入端Ul和U2、集成電路(IC)、精密參考電阻R1-R5， 以及部分為說明工作原理必須的外部切換開關和輔助電阻。在集成電路(IC)中包括必要 的電子開關、基準電壓源、放大器、模擬數字轉換器(ADC)、微處理器、顯示驅動電路等，其中 R1-R5是精密參考電阻，R和R6為采樣電阻。當選擇電阻測量功能時，開關Sl和S3閉合、 S2斷開，電子開關K6導通，使參考電壓VREF可以施加到R1-R5中的某一個精密參考電阻上 (具體施加到哪個精密參考電阻上，取決于被測電阻的大小范圍，由IC內部的微處理器控 制)，形成一個自動量程的電阻測量裝置，例如當被測量的電阻在幾百千歐姆時，微處理器 控制K3A和K3B接通，于是參考電壓VREF通過R3經Sl和保護電阻PTC施加到連接設置在 輸入端子Ul、U2間的被測電阻上。模數轉換器(ADC)可以通過K7B、K7C、K7D的連接測量 到參考電阻R3兩端的電壓，以及與被測電阻連接的Ul端子與U2接地端間的電壓，由于被 測電阻與參考電阻處于串聯連接狀態，流過的電流相同，根據被測電阻兩端的電壓、參考電 阻兩端的電壓，以及參考電阻值的大小，可以計算出被測電阻的數值；當選擇電壓測量功能 時，開關S1、S3斷開、S2閉合，外部被測電壓連接在輸入端U1、U2之間，IC內部電子開關K6 斷開，K3A閉合，輸入被測電壓經由Rl可以加到R2-R5中的某一個內部參考電阻上，具體加 到哪個電阻，取決于外部被測電壓的大小，由IC內部的微處理器控制，形成一個自動量程 的電壓測量裝置，例如當被測量的電壓在IV時，選擇K2A和K2B接通，被測電壓由Rl和R2 分壓，測量R2上的電壓，根據Rl和R2的分壓比，便可以計算出被測電壓的數值。很明顯， 參考電阻R1-R5的準確度對測量結果有直接的影響，因而在現有技術中要求這一組參考電 阻準確度和長期穩定性都很好，才能保證測量的準確度。在圖3和圖4中，依據本發明方法的實施例在IC內部增加設置電子開關，在參考 電阻R1-R5中選擇R3使用長期穩定性好的精密電阻作為內部標準電阻，在數字萬用表用于 電阻測量功能時，與圖2中所示的現有自動量程數字萬用表的測量原理相同。當進入自校準狀態時，開關S3閉合、Sl和S2斷開，電子開關K6導通，使參考電壓 VREF可以加到R1-R5中的某一個參考電阻上，具體加到哪個電阻，要根據自校準程序選擇 哪兩個電阻進行比較測量。在本發明的方案中，通常選擇R3(100k)作為內部標準電阻，圖 4是使用內部標準電阻R3對參考電阻R4進行測量的線路連接示意圖，此時電子開關K3A、 K3B、K4C、K4D、K6、K8導通，使R3的一端與參考電壓VREF相連，R3與R4形成一個串聯電 路，R4的另一端接地，模擬數字轉換器(ADC)通過K7B、K7C、K7D的連接測量到參考電阻R3 及R4的兩端的電壓，根據這些電壓就可以得到R4與R3比值的數據和R4的實際阻值。存 儲R4的實際阻值數據，在以后使用到R4時用于對測量結果進行修正。
同樣可以用R3對參考電阻R2 (IM)進行自校準測量，并儲存有關R2的實際阻值數據。對于Rl(IOM)和R5(lk)的測量，由于它們與R3的阻值相差高達100倍，考慮到模 擬數字轉換器(ADC)的動態范圍和分辨率，直接用R3作為測量的標準電阻可能會造成較大 的誤差，因此會在對R4進行自校準測量后使用R4對R5進行自校準測量，在對R2和R5進 行自校準測量后使用R2和R5串聯對Rl進行自校準測量，這時K8斷開，在計算Rl時要扣 除PTC電阻的影響。也就是說，對R2、R4進行自校準測量是采用直接與標準電阻R3比對的 方法，對R1、R5進行自校準測量是采用間接與標準電阻R 3比對的方法。為保證進入自校準狀態時，輸入端子不會誤接到外部電壓上，通常會把輸入端短 路后才可進入到自校準狀態。由于電阻測量狀態時輸入端是否短路很容易識別，控制程序 可以對輸入端沒有短路時要求啟動自校準程序的指令(不管是內部程序發出的還是使用 者通過按鍵發出的)拒絕執行，以確保自校準的準確性。使用內部標準電阻校準測量其它參考電阻時可采用常規的比較法或恒流源法等， 以上舉例是使用比較法測量電阻的線路原理進行說明。而如果使用標準參考電阻加上其它 線路構成恒流源來測量電阻，參考電阻的自動校準方法是類似的，只是開關設置和連接的 方式不同而已。本說明書已經詳細地描述和說明了本發明，但是，這都只是作為說明和實例，而不 是要作為限定，本發明的精神和范圍僅受限于權利要求書中所描述的。
權利要求
一種多量程數字式電子測量儀表內部參考電阻的自我校準方法，其特征是在現有多量程數字式電子測量儀表電氣線路的基礎上，增加設置若干電子開關，在控制程序中增加設置自校準程序，在進入自我校準的狀態時，由程序控制這些電子開關形成不同的組合，構成不同參考電阻間的比較測量電路，而在儀表內部的一組參考電阻中，設置一個長期穩定性好的電阻作為內部標準電阻，在自我校準時自動地把其它參考電阻分別與設定的內部標準電阻進行直接或間接比較、測量出各自的電阻值，并把這些測量的電阻值作為相關的存儲數據存儲在內部存儲器中；當該多量程數字式電子測量儀表測量電阻或電壓時，根據工作時所涉及的參考電阻或它們的組合，利用所述的各相關參考電阻的存儲數據計算出相應的電阻數值修正系數或電壓分壓比系數，再在測量結果上自動乘上所述的相應系數，實現對測量結果的自動修正，獲得準確的測量結果。
2.根據權利要求1所述的多量程數字式電子測量儀表內部參考電阻的自我校準方法， 其特征在于所述的內部標準電阻對于一臺多量程數字式電子測量儀表來說，只需設置一 個。
3.根據權利要求1所述的多量程數字式電子測量儀表內部參考電阻的自我校準方法， 其特征在于所述的內部標準電阻只需要長期穩定性好，其實際值與名義值之間的初始誤差 可以在生產過程中通過與外部標準電阻的比對獲得，并儲存于內部存儲器中，在使用時加 以消除。
4.根據權利要求1所述的多量程數字式電子測量儀表內部參考電阻的自我校準方法， 其特征在于所述的多量程數字式電子測量儀表工作時，自校準程序的啟動，可以在滿足預 設的條件下自動發生，也可以通過人為地按動面板上的自校準啟動按鍵后發生，當自校準 程序完成后會自動轉入正常測量狀態，并同時發出自校準任務完成的提示信號。
5.根據權利要求1所述的多量程數字式電子測量儀表內部參考電阻的自我校準方法， 其特征在于所述的長期穩定性好的內部標準電阻，不但可以要求它具有較低的溫度系數， 而且還可以通過在生產時把它的溫度系數儲存在存儲器中，在使用時測量它所處的環境溫 度，然后根據它的溫度系數進行自動修正，可確保在非常寬的溫度范圍內，各測量量程保持 有接近于零的附加溫度誤差。
6.根據權利要求1所述的多量程數字式電子測量儀表內部參考電阻的自我校準方法， 其特征在于所述的電子開關可增加設置在IC內部或設置在IC外部的電路中。
7.根據權利要求1所述的多量程數字式電子測量儀表內部參考電阻的自我校準方法， 其特征在于在自我校準時所述的內部參考電阻校準測量時采用常規的比較法或恒流源法。
全文摘要
本發明涉及一種多量程數字式電子測量儀表內部參考電阻的自我校準方法，在現有數字式電子測量儀表設計線路的基礎上，增加設置電子開關和自校準程序，在一組內部參考電阻中，設置一個長期穩定性好的電阻作為內部標準電阻，在進入自我校準狀態時，由自校準程序控制電子開關形成不同的組合，構成不同參考電阻間的比較測量電路，把這些參考電阻分別與設定的內部標準電阻進行直接或間接比較、測量出各自的實際電阻值，并存儲在內部存儲器內用于對測量結果的自動修正，由于只需選用一個長期穩定性好的標準電阻，使其他參考電阻與它進行對比、校準，有效降低了其他參考電阻的要求，有利于降低生產成本和確保各量程的測量精度，使生產過程中的校準和使用者的定期校準都變得更為簡單、有效且準確。
文檔編號G01R35/00GK101937066SQ200910054278
公開日2011年1月5日 申請日期2009年7月2日 優先權日2009年7月2日
發明者臧佳菁, 臧玉倫 申請人:臧佳菁
專業數控銑床產品供應商
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