欧姆表的校准方法和校准电路

摘要

对欧姆表的校准器进行补偿，以消除因互连着欧姆表的诸端子与欧姆表校准过程中所连接的参考电阻的诸引线的电阻所引起的任何误差。根据本发明的一个方面，流过由浮动电源偏置的缓冲放大器的欧姆表电流被欧姆表诸引线所旁路。根据本发明的另一方面，往所述诸引线上加了与欧姆表电流大小相等方向相反的电流。

说明书

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本发明总的说来是关于测量仪表的校准，特别是关于欧姆表校准器引线电阻的补偿。

要测定一个负载的电阻时，欧姆表通过一对输出引线给负载提供大小已知的电流。负载两端因欧姆表电流流过而产生的压降被测定，用以驱动一个经校准以便以欧姆为单位显示电阻值的输出。但由于欧姆表电流不仅流经负载也流经互连欧姆表各端子的引线，因而大小在0.05-0.1欧姆数量级的引线电阻就会使读数产生误差。

精密的实验室欧姆表采用四引线输出端的结构来避免这种误差源。该结构包括一对叫做“高输出”和“低输出”的引线，用以往负载供应欧姆表电流，和另一对直接跨接在负载两端的引线，供检测电压之用。第二对引线叫做“读出引线”，它使与欧姆表引线本身有关的压降相对于欧姆表端子所监测出的电压来说可以忽略不计。然而其它类型的欧姆表具有双引线输出端的接线方式，而没有引线电阻误差消除电路。

实验室的欧姆表和其它测量仪表在制造好之后是要进行校准的，而且以后还要不时进行校准，校准的方法是将欧姆表的各输出引线连接到一电阻值极其精确且已知的标准或参考电阻器上，然后调节欧姆表显示器的读数，使其等于参考电阻的阻值。四引线欧姆表校准起来容易，因为欧姆表的读出引线补偿着欧姆表各端子与参考电阻之间引线的电阻。但双引线的欧姆表校准起来就要麻烦得多，因为目前还不知道有什么适当的方法可以补偿或消除引线电阻对双引线欧姆表校准的影响。

因此本发明的一个目的是提供测量仪表校准仪器的引线电阻补偿。

本发明的另一个目的是提供欧姆表的一种新的经改良的欧姆表补偿，该补偿消除了引线电阻对阻值校准的影响。

本发明的另一个目的是提供校准双引线欧姆表的一种方法和线路，该方法和线路消除了引线电阻对阻值校准的影响。

本发明的另一个目的是提供补偿双引线阻值校准器引线电阻用的一种新的经改良的电子线路。

根据本发明，采用这样一种方法和线路可以满足上述和其它目的，该方法和线路旨在降低或消除欧姆表在互连欧姆表各端子与双引线欧姆校准器中一参考或校准电阻器各端引线中的电流。更具体地说，本发明适用于欧姆表具有一些输出端子且其第一和第二引线从这些端子延伸到待接负载的场合。欧姆表内的一个电流发生器促使欧姆表具有预定值的电流流经所述引线，测定各引线之间因电流流过其中所产生的电压差，即得出负载电阻的读数。根据本发明的一个方面，校准欧姆表用的校准线路包括一些连接到第一和第二引线的输入端子、一个阻值已知的参考电阻和一个电流施加装置，用以将欧姆表电流加到参考电阻上，以便给欧姆表提供一个对应于参考电阻阻值的校准读数。欧姆表各引线中因引线中分布电阻所引起的会给校准读数带来误差的任何压降都得到了补偿，从而消除了校准读数误差。

根据本发明的一个实施例，校准误差的补偿是由将欧姆表引线在电气上旁路使欧姆表电流在欧姆表各端子和参考电阻之间流通的线路提供的。该线路最好包括一个反馈放大器，反馈放大器由一个浮动电源提供偏压，且其各输入端分别连接到欧姆表和校准电阻上，以便将欧姆表电流加到校准电阻上。

根据本发明的第二实施例，补偿是由用以给欧姆表各引线供应与欧姆表电流大小相等方向相反的补偿电流的线路提供的、该线路最好包括一包括其中一个传导着欧姆表电流的欧姆表引线的电流环路的形成装置，一欧姆表电流测定装置和一个响应测定装置产生补偿电流的装置。

根据本发明第二实施例某一更为具体的方面，与校准电阻器串联的读出电阻器监控着欧姆表电流，一个放大器则根据欧姆表电流加以控制，以产生补偿电流。根据本发明的另一个方面，该放大器包括第一和第二运算放大器，各运算放大器的各正相输入端分别连接到校准电阻器的各相对端，第二运算放大器的一个反相输入端耦合到所述第一运算放大器的一个输出端。第一运算放大器的一个反相输入端接地。第一和第二放大器将与检测电阻器测出的欧姆表电流大小相等方向相反的补偿电流加到欧姆表的各引线上。

本领域的技术人员将从下面的详细说明中不难理解本发明的其它一些目的和优点。下面的详细说明，仅仅是以列举实施本发明的最佳方式的图例来说明、显示和介绍本发明最佳实施例的。不言而喻，在不脱离本发明内容和精神实质的前提下，本发明是可能有其它和不同的实施方案的，本发明的一些细节在显而易见的各个不同方面是可以加以修改的。因此这里的附图和说明应视为是举例说明性质的，不应视为对本发明的限制。

图1是一个欧姆表与本发明的双引线欧姆校准器互连进行校准的透视图。

图2是表示与现有技术的一个双引线欧姆校准器互连的一个欧姆表引线中分布着的引线电阻的示意图。

图3是表示根据本发明进行校准误差补偿用的线路的两实施例的原理图。

图4是表示根据本发明第一实施例的校准误差补偿更为详细的原理图。

图5是表示根据本发明第二实施例的校准误差补偿更为详细的原理图。

参看图1。数字万用表10有一对接线端子12通过引线14连接到校准器16，校准器16在接线端子18处设有阻值已知的精密电阻，供万用表10进行阻值校准之用。万用表10可以是任何公知类型的实验室用万用表，例如美国华盛顿州埃弗里特市约翰福录克制造公司制造的8500A型总线结构式微处理机控制的数字万用表。本发明的校准器16装有新型的引线补偿线路，这种引线补偿线路能消除因互连着两仪器的接线端子12和18的引线14中固有的电阻所引起的加到万用表10的校准误差。

参看图2可以更好地理解引线电阻对校准误差的影响。图2中，分别在接线端子12和18将两仪器互连的引线14将万用表10连接到普通的欧姆校准器16a上。根据对万用表10进行的一般双引线阻值校准，精密校准电阻器RL连接到校准器16a的接线端子18上是作为供万用表10使用的按其进行校准的参考电阻。把万用表10的转换开关放到“欧姆表方式”的工作位置时，来自内部恒流源10a的电流就通过引线14供到参考电阻RL上，由内部电压表10b测出在接线柱12上产生的电压。从理论上讲，接线柱12上的电压值等于接线柱18上的电压值，接线柱18上的电压值又对应于参考电阻RL的阻值，这时万用表读数即按参考电阻RL进行校准。

但实际上接线柱18上的电压（对应于参考电阻RL两端的电压）与接线柱12上的电压是有小小差别的。这个相当于校准误差的电压差是由于欧姆表电流Im流过引线14中固有的电阻（在图2中示为引线14a和14b上的R_1，f……R_1，n和R_2，1……R_2，n）引起的。这个误差虽然小，但在实验室精密测量仪表的校准中却是个重大的误差。根据本发明，这个校准误差在一个实施例中是通过将引线14旁路，使欧姆表电流Im不流经引线14来消除的;在另一个实施例中则是通过往引线14中加入与欧姆表电流Im大小相等方向相反的补偿电流Ic来消除的。

现参看图3。校准器16有四个接线端子20、22、24和26，接线端子20和22通过引线28、30接到万用表的接线柱12a上，校准器的接线端子24和26则通过引线32、34接到万用表的接线柱12b上。显然，虽然图3中的四条引线28、30、32、34互连着校准器16和万用表10，万用表的校准却只是在万用表的两个接线柱12a、12b上进行的。换句话说，本发明是用在双引线阻值校准的场合，而不是用在占用万用表的输出接线端子和万用表的读出接线端子的四引线阻值校准的场合。

根据本发明的第一方面，在校准器16中，选取运算放大器36使其电压补偿极低、温度系数低，放大系数大，它有一个正相输入端38通过线路39连接到校准器的接线柱22（“高读出端”）上。放大器36的反相输入端54通过线路52连接到校准或参考电阻器48的一端50。放大器36由浮动电源40激励，浮动电源40则通过接线端子20（“高输出”）和引线28相对于万用表接线端子12a形成浮动接地（以S表示）。电源40的输出端通过线路44连接到放大器36的电源输入端42上。

放大器36的输出端又通过读出电阻器46连接到校准电阻器48上。如上所述，在校准电阻器48的一端50，读出线路52连接到放大器36的反相输入端54上;电阻器48的另一端80则连接到系统的接地点G，并经由线路82连接到接线端子26（“低读出”）上。接线端子26又通过引线34连接到接线柱12b上。下面即将谈到的校准接线端子24（“低输出”）通过线路32连接到万用表10的接线柱12b上。

到此为止所介绍的线路其消除因互连校准器16和万用表10的引线30中的压降所引起的校准误差的方法是将该引线进行电气旁路，使欧姆表电流不流入该引线，从而不存在与此有关的压降。因此从图4可以看出，欧姆表电流Im只通过引线28通过浮动电源40流到放大器36，将“高读出”引线30加以旁路。校准电阻器48两端因欧姆表电流Im流过其中而产生的电压Vm经由线路52加到放大器36的反相输入端54。放大器36的高环路增益促使反相输入端54处的电压跟踪着电阻器48端子50处的电压。因此在万用表端子12a的电压由线路30维持在电压Vm上。由于欧姆表电流Im通过流经引线28和浮动电源40将引线30旁路，因而引线30上没有压降，从而使万用表10的电压表10b测不出与引线电阻有关的电压误差。如图3所示，欧姆电流Im通过“高输出”接线端子20流到浮动电源40和放大器36，再流过读出电阻器46和校准电阻器48，然后通过“低读出”端子26和引线34返回到万用表，于是消除了在接线端子12a和22上因互连校准器和万用表的线路30上的压降所引起的校准误差。

再参看图3。根据本发明的第二方面，欧姆表电流Im是作为读出电阻器46两端压降的一个函数而由运算放大器56和58测定的。放大器56有一个正相输入端60通过线路62连接到电阻器46的一端，放大器58的正相输入端64则通过线路66连接到电阻器46的另一端。放大器56的反相输入端68通过电阻器70连接到系统的接地点G，放大器的输出端则通过反馈电阻器72连接到其反相输入端上。

放大器58有一个正相输入端64连接到放大器36的输出端和一个反相输入端74通过电阻器76连接到放大器56的输出端上。反馈电阻器78把放大器58的输出端互连到其反相输入端74上，电阻器80则把放大器58的输出端互连到校准器16的“低输出”接线端子24上。电阻器46和80的电阻值均为R，电阻器70，72，76和78的电阻值均为2R。

参看图3。由图可见，所述线路往互连着校准器16和万用表10的引线32上加了一个与欧姆表电流Im大小相等方向相反的补偿电流Ic，从而使引线32中没有压降和关联的校准误差。

放大器56和58使读出电阻器46两端因欧姆表电流Im流过其中所产生的压降加倍，并将此加倍后电压加到电阻器80上以产生与电阻器46中的欧姆表电流Im大小相等方向相反的补偿电流Ic。更详细地说，放大器56和58配置成使其微分增益等于2，如Graeme和Tobey在其题为“运算放大器的设计和放大作用”的文章（麦克劳希尔图书公司（1971年）第430-432页）中所介绍的那样。在电阻器70、72、76和78紧密匹配的情况下，放大器58的输出便与读出电阻器46两端的电压大小相等方向相反，从而使促使其流经电阻器80和引线32、34和82的补偿电流Ic将上述电阻器和引线中的欧姆表电流Im抵消掉。因此互连着校准器16与万用表10的引线32的接线端子24和12b上不存在压降。

由于本发明的一个方面通过将互连着校准器16与万用表10的一个接线端子12a的引线30加以电流旁路来消除该引线中的压降，而且由于抵消了互连着校准器与万用表另一接线端子12b的引线32中的欧姆电流，因而校准电阻器48两端的电压，等于经万用表10的电压表10b测定的万用表接线端子12a和12b之间的电压，因此不存在校准误差。

在本公开内容中，我们只展示和介绍了本发明的最佳实施例，但正如前面提及的那样，不言而喻，在本说明书所述的发明构思的范围内，本发明是可以其它各种组合方式和在其它各种场合中使用。举例说，虽然图4和5中所示的两种不同补偿线路系结合在一起来对欧姆表引线30和32上的电阻分别进行补偿，不言而喻，以上两线路中的任何一个都适宜对该两引线进行补偿。