CN105137378B - 一种分压器的2/1分压比自校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种分压器的2/1分压比自校准方法，包括步骤1：在被测分压器和参考分压器上施加直流电压U₁，测量被测分压器中电阻R_Y和参考分压器中电阻R₂之间的电压差值Δu₁；步骤2：将被测分压器中的电阻R_X和电阻R_Y的位置互换；步骤3：在被测分压器和参考分压器上施加直流电压U₂，测量被测分压器中电阻R_X和参考分压器中电阻R₂之间的电压差值Δu₂；步骤4：根据U₁、U₂、Δu₁和Δu₂，计算被测分压器的实际分压比K和测量不确定度d。与现有技术相比，本发明提供的一种分压器的2/1分压比自校准方法，既不需要对电阻值进行直接测量，也不需要更高准确度等级的标准分压器，即可准确获取分压器的2/1分压比。

Description

一种分压器的2/1分压比自校准方法

技术领域

本发明涉及一种分压器分压比的校准方法，具体涉及一种分压器的2/1分压比自校准方法。

背景技术

分压比为2/1的分压器，其高压臂电阻值与低压臂电阻值相等。对于这种标称分压比为2/1的特殊分压器，如何获得分压比的准确量值，是直流电压比例量值溯源研究的关键问题之一。一般地，常用两种方法确定分压比：一种是通过测量电阻的方法确定电阻比，再将电阻比等效为低电压下的分压比；另一种方法是用更高准确度等级的标准分压器对被试分压器进行校准。但是这两种方法都有局限性，前者受限于电阻的测量准确度水平，后者则受限于标准分压器的准确度水平。

在进行电阻值的直接测量时，为了获得较高的测量准确度，一般根据被测电阻值的大小选择不同的测量方法：①当被测电阻值小于20kΩ时，一般采用高准确度的进口电阻电桥配合标准电阻器进行测量；②当被测电阻值在20kΩ～200kΩ范围时，一般采用自制的高准确度电阻电桥配合标准电阻器进行测量；③当被测电阻值在200kΩ～1MΩ范围时，一般采用二进制分压器配合标准电阻器进行测量；④当电阻大于1MΩ时，一般采用两台标准直流高电压源配合标准电阻器、pA级电流表进行测量。由于分压器的阻值跨度较大，要完成分压器的阻值测量往往要用到以上多种测量电阻的方法，这对设备的要求很高，设备成本昂贵，而且测量过程比较复杂。

采用第二种方法时，当被校准的分压器的准确度等级较高或已经是最高准确度等级时，很难找到适合的标准分压器来做标准器，从而导致第二种方法失效。

综上，需要提供一种既不需要对电阻值进行直接测量也不需要更高准确度等级的标准分压器，获取分压器2/1分压比的方法。

发明内容

为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种分压器的2/1分压比自校准方法。

本发明的技术方案是：

所述方法包括：

步骤1：将被测分压器并联在参考分压器两端，所述被测分压器包括串联的电阻R_X和电阻R_Y，所述参考分压器包括串联的电阻R₁和电阻R₂；在所述被测分压器和参考分压器上施加直流电压U₁，测量被测分压器中电阻R_Y和参考分压器中电阻R₂之间的电压差值Δu₁；

步骤2：将被测分压器中的电阻R_X和电阻R_Y的位置互换；

步骤3：在被测分压器和参考分压器上施加直流电压U₂，测量被测分压器中电阻R_X和参考分压器中电阻R₂之间的电压差值Δu₂；

步骤4：依据所述直流电压U₁、直流电压U₂、电压差值Δu₁和电压差值Δu₂，计算被测分压器的实际分压比K和测量不确定度d。

优选的，测量所述电压差值Δu₁和电压差值Δu₂的方法包括：

将测量仪表的输入端分别与所述被测分压器的测试点和所述参考分压器的测试点连接，测量两个测试点之间的电压差值；

所述被测分压器的测试点为被测分压器中电阻R_X和电阻R_Y的连接点；

所述参考分压器的测试点为参考分压器中电阻R₁和电阻R₂的连接点；

优选的，所述参考分压器中电阻R₁和电阻R₂为可调电阻；

所述步骤1中在被测分压器和参考分压器上施加直流电压U₁后，调节所述参考分压器中电阻R₁或者电阻R₂的阻值，使电压差值Δu₁接近于零，用测量仪表测量电压差值Δu₁；

所述步骤3中在被测分压器和参考分压器上施加直流电压U₂后，保持所述参考分压器中电阻R₁和电阻R₂的阻值不变，用测量仪表测量电压差值Δu₂；

当所述电压差值Δu₁接近于零时，所述电压差值Δu₂也接近于零，在所述被测分压器的电阻R_X和电阻R_Y的精度为0.001％的条件下，若则确定

优选的，所述步骤4中计算被测分压器的实际分压比K包括：

按照公式(1)计算被测分压器中电阻R_X的实际分压比K_X：

按照公式(2)计算被测分压器中电阻R_Y的实际分压比K_Y：

优选的，所述步骤4中计算被测分压器的测量不确定度包括：

按照公式(3)计算实际分压比K_X的测量不确定度d_X：

按照公式(4)计算实际分压比K_Y的测量不确定度d_Y：

与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果是：

1、本发明技术方案中，利用参考分压器进行自校准，只需要参考分压器的量值稳定，不需要知道参考分压器的具体量值，也不需要其他标准器。根据测量数据就可以计算出被测标准分压器的实际分压比；

2、本发明技术方案中，当被测分压器的电阻R_X和电阻R_Y的精度满足一定要求时，若在步骤1时通过调节参考分压器电阻R₁或电阻R₂的阻值使足够小，在步骤3时保持参考分压器电阻R₁和电阻R₂的阻值不变，则必定足够小，如：当被测分压器的电阻R_X和电阻R_Y的精度满足0.001％时，在步骤1中，通过调节参考分压器电阻R₁或电阻R₂的阻值使的绝对值小于1×10^-5，则步骤3中，保持参考分压器电阻R₁和电阻R₂的阻值不变，必定小于2×10^-5；

3、本发明提供的一种分压器的2/1分压比自校准方法，对测量水平的要求不是特别高，但是得到的结果的测量不确定度可以达到较高的水平。如：当电源电压U₁和U₂的测量准确度满足±1％、电压差值Δu₁和电压差值Δu₂的测量准确度满足±1％、被试分压器的电阻R_X和电阻R_Y的精度满足0.001％、小于1×10^-5、小于2×10^-5时，计算得到的被测分压器的分压比的测量不确定度可以达到3×10^-7。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1：本发明实施例中一种分压器的2/1分压比自校准方法流程图；

图2：本发明实施例中步骤1的分压器连接图；

图3：本发明实施例中步骤3的分压器连接图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明提出了一种利用参考分压器进行2/1分压比自校准的方法，利用分压比为k的参考分压器，实现了对被测分压器的分压比k_x的自校准。其中，参考分压器的分压比k只是一个过渡量值，因此不需要知道k的实际大小，k和k_x的大小只要接近于2/1即可。本发明中将被测分压器并联在参考分压器两端，如图2和3所示被测分压器包括串联的电阻R_X和电阻R_Y，参考分压器包括串联的电阻R₁和电阻R₂。

本发明一种分压器的2/1分压比自校准方法的实施例如图1所示，具体步骤为：

1、如图2所示，在被测分压器和参考分压器上施加直流电压U₁，用1#测量仪表测量直流电压U₁，调节参考分压器中电阻R₁或者电阻R₂的阻值，使电压差值Δu₁接近于零，用2#测量仪表测量电压差值Δu₁。

测量电压差值Δu₁包括：

将2#测量仪表的输入端分别与被测分压器的测试点和参考分压器的测试点连接，测量两个分压器测试点之间的电压差值；被测分压器的测试点为被测分压器中两个电阻的连接点；参考分压器的测试点为参考分压器中两个电阻的连接点，如图2中电阻R_X和电阻R_Y的连接点，以及电阻R₁和电阻R₂的连接点。

电压差值Δu₁的计算公式为：

2、将被测分压器中电阻R_Y和电阻R_X的位置互换，如图3所示。

3、在被测分压器和参考分压器上施加直流电压U₂，用1#测量仪表测量直流电压U₂，保持参考分压器中电阻R₁和电阻R₂的阻值不变，用2#测量仪表测量电压差值Δu₂。

测量电压差值Δu₂包括：

将2#测量仪表的输入端分别与被测分压器的测试点和参考分压器的测试点连接，测量两个分压器测试点之间的电压差值；被测分压器的测试点为被测分压器中两个电阻的连接点；参考分压器的测试点为参考分压器中两个电阻的连接点，如图3中电阻R_Y和电阻R_X的连接点，以及电阻R₁和电阻R₂的连接点。

电压差值Δu₂的计算公式为：

4、根据测量得到的直流电压U₁、直流电压U₂、电压差值Δu₁和电压差值Δu₂，计算被测分压器的实际分压比K和测量不确定度d。

依据公式(1)和公式(2)可以得到：

对公式(3)等式变换后可以得到：

被测分压器中电阻R_X的实际分压比K_X为：

被测分压器中电阻R_Y的实际分压比K_Y为

对公式(4)两边同时微分，得到被测分压器分压比K_X的测量不确定度d_X为：

对公式(5)两边同时微分，得到被测分压器分压比K_Y的测量不确定度d_Y为：

5、当被测分压器的电阻R_X和电阻R_Y为高精度电阻，其精度满足一定要求时，若在步骤1时通过调节参考分压器电阻R₁或电阻R₂的阻值使电压差值Δu₁接近于零，即接近于零，在步骤3时保持参考分压器电阻R₁和电阻R₂的阻值不变，则电压差值Δu₂也接近于零，即也接近于零。如：当被测分压器的电阻R_X和电阻R_Y的精度满足0.001％时，在步骤1中，通过调节参考分压器电阻R₁或电阻R₂的阻值使的绝对值小于1×10^-5，则步骤3中，保持参考分压器电阻R₁和电阻R₂的阻值不变，必定小于2×10^-5，具体的推导过程为：

(1)对微分和变换后得到：

(2)将公式(8)与公式(4)结合，得到：

通过公式(9)得到：

6、当电源电压U₁和U₂的测量准确度满足±1％、电压差值Δu₁和电压差值Δu₂的测量准确度满足±1％、被试分压器的电阻R_X和电阻R_Y的精度满足0.001％、 时，计算得到的被测分压器的分压比的测量不确定度可以达到3×10^-7。计算过程如下：

同理可得，|d_Y|≤3×10^-7。

最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

Claims (4)

1.一种分压器的2/1分压比自校准方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1：将被测分压器并联在参考分压器两端，所述被测分压器包括串联的电阻R_X和电阻R_Y，所述参考分压器包括串联的电阻R₁和电阻R₂；在所述被测分压器和参考分压器上施加直流电压U₁，测量被测分压器中电阻R_Y和参考分压器中电阻R₂之间的电压差值Δu₁；

步骤2：将被测分压器中的电阻R_X和电阻R_Y的位置互换；

步骤3：在被测分压器和参考分压器上施加直流电压U₂，测量被测分压器中电阻R_X和参考分压器中电阻R₂之间的电压差值Δu₂；

步骤4：依据所述直流电压U₁、直流电压U₂、电压差值Δu₁和电压差值Δu₂，计算被测分压器的实际分压比K和测量不确定度d；

所述参考分压器中电阻R₁和电阻R₂为可调电阻；

所述步骤1中在被测分压器和参考分压器上施加直流电压U₁后，调节所述参考分压器中电阻R₁或者电阻R₂的阻值，使电压差值Δu₁接近于零，用测量仪表测量电压差值Δu₁；

所述步骤3中在被测分压器和参考分压器上施加直流电压U₂后，保持所述参考分压器中电阻R₁和电阻R₂的阻值不变，用测量仪表测量电压差值Δu₂；

当所述电压差值Δu₁接近于零时，所述电压差值Δu₂也接近于零，在所述被测分压器的电阻R_X和电阻R_Y的精度为0.001％的条件下，若则确定

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，测量所述电压差值Δu₁和电压差值Δu₂的方法包括：

将测量仪表的输入端分别与所述被测分压器的测试点和所述参考分压器的测试点连接，测量两个测试点之间的电压差值；

所述被测分压器的测试点为被测分压器中电阻R_X和电阻R_Y的连接点；

所述参考分压器的测试点为参考分压器中电阻R₁和电阻R₂的连接点。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4中计算被测分压器的实际分压比K包括：

按照公式(1)计算被测分压器中电阻R_X的实际分压比K_X：

按照公式(2)计算被测分压器中电阻R_Y的实际分压比K_Y：

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4中计算被测分压器的测量不确定度包括：

按照公式(3)计算实际分压比K_X的测量不确定度d_X：

按照公式(4)计算实际分压比K_Y的测量不确定度d_Y：