KR20080032808A - Rate error measurement a method and rate error measurement a equipment for binary scale rate increase - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명에 따른 비율교정장치의 구성도를 나타낸 구성도,1 is a block diagram showing the configuration of the ratio correction apparatus according to the present invention,
도 2은 본 발명에 의한 비율교정장치의 내부구조를 나타낸 정면도, Figure 2 is a front view showing the internal structure of the ratio correction apparatus according to the present invention,
도 3은 본 발명에 따른 비율교정장치의 저항 연결 구성을 나타낸 연결 구성도,3 is a connection diagram showing a resistance connection configuration of the ratio calibration apparatus according to the present invention,
도 4는 본 발명에 따른 2진법을 이용해 저항을 직렬로 연결한 연결 구조도,4 is a connection structure in which resistors are connected in series using the binary method according to the present invention;
도 5은 본 발명에 따른 일부 연결조합을 나타낸 연결조합도.5 is a connection combination diagram showing some connection combinations according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10 : 저항 20 : 전극10: resistance 20: electrode
30 : 고정판 40 : 금속봉30: fixed plate 40: metal rod
본 발명은 2진법식 비율증가에 의한 저항 비율교정 방법에 관한것으로서, 상세하게는 여러종류의 저항으로 비율저항을 측정하는 비율저항 측정장치를 이용한 비율측정 방법에 있어서, 일정한 저항값을 갖으며, 여러종류인 저항중 가장 낮고, 동일한 값을 가지는 저항 2개를 임의로 선택하며, 상기와 동일한 저항값을 갖는 최소표준저항과 저항값을 비교하는 최소표준저항 비교단계와; 상기 설정된 저항 2개를 직렬로 연결하여 2개의 값을 더한 저항과 동일한 상위의 저항을 비교하여 그 차이를 측정하며, 이를 수차례 반복하는 비교단계와; 상기 비교단계를 거친 저항중 최종값으로 설정한 하나의 저항과 임의로 설정한 최고치 표준저항과 동일한 값이 만들어지도록 최종값저항과 수치가 작은 저항을 직렬로 연결하여 임의로 설정한 최고표준저항과 비교하는 최고표준저항 비교단계와; 상기 저항 간에 비교하여 비율을 측정한 값과 DCC Bridge와 같은 비율측정기를 사용하여 직접 최소저항과 최대저항을 비교한 값과 비교하여 비율오차 값을 구하는 비율오차 측정단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 2진법식 비율증가에 의한 저항 비율교정 방법에 관한것이다.The present invention relates to a resistance ratio calibration method by increasing a binary ratio, and in detail, in a ratio measuring method using a ratio resistance measuring apparatus for measuring ratio resistance with various types of resistances, A minimum standard resistance comparison step of arbitrarily selecting two resistors having the same lowest value among the various types of resistors, and comparing the resistance value with the minimum standard resistance having the same resistance value as above; A comparison step of connecting the two resistors set in series, comparing the resistances of the same upper level resistors with the two values, measuring the difference, and repeating this several times; In order to make one resistance set as the final value and the same value as the arbitrarily set maximum standard resistance, the final value resistance and the small value are connected in series to compare with the maximum standard resistance set arbitrarily. Comparing the highest standard resistance; And a ratio error measuring step of obtaining a ratio error value by comparing the resistance between the resistance and the value of comparing the minimum resistance and the maximum resistance by using a ratio measuring device such as a DCC bridge. It is about the resistance ratio correction method by increasing the binary ratio.
일반적으로 저항측정 방법은 측정원리상 두 저항을 서로 비교하는 방법인 브리지 방법과 전위차 방법 및 저항을 직접 측정하는 저항계 방법 등이 대표적으로 사용되고 있으며, 앞의 두 방법이 훨씬 정확한 측정방법으로 널리 알려져 있다. 전위차 방법은 안정된 전류원이 필수적이고, 아주 낮은 전압을 측정하는 전위차계 혹은 digital voltmeter 등이 필요하다. In general, the resistance measurement method is a bridge method, a potential difference method, and an ohmmeter method that directly measures resistance, which is a method of comparing two resistances with each other, and the two previous methods are widely known as a much more accurate measurement method. . The potentiometer method requires a stable current source and requires a potentiometer or digital voltmeter to measure very low voltages.
그러한, 이유로 이 방법은 주로 1 Ω∼100 kΩ 정도의 범위에 사용되고 있다. 저항브리지는 휘스톤 브리지, 켈빈 브리지 및 DCC bridge 등이 널리 사용되고 있으며, 앞의 두 브리지는 비교 arm으로서 수 kΩ 정도의 표준저항을 사용하기 때 문에 그 들 arm 저항의 여러 가지 환경요인과 안정도에 따라 정확도가 달라지게 된다. For this reason, this method is mainly used in the range of about 1 to 100 kΩ. Resistance bridges are widely used such as Wheatstone bridge, Kelvin bridge and DCC bridge, and the first two bridges use the standard resistance of several kΩ as the comparison arm. The accuracy will vary.
그러므로, 상용 저항브리지 중 정확도가 가장 뛰어난 것은 DCC bridge로서, 이것은 앞에서 이야기 한 전위차 방법의 단점과 상용 저항 브리지의 단점을 보완한 형태로 구성되어 있다. 즉, DCC bridge는 도면 1에서 나타낸 바와 같이 그 원리상 ampere turn balance와 전압 balance가 자동적으로 이루어지도록 구성되었고, 결과적으로 나타나는 저항 비율은 1차측과 2차측의 두 권선비로서 주어지므로 아주 습한 환경이 아니면 시간에 따른 변화없이 반영구적으로 사용할 수 있다. Therefore, DCC bridge is the most accurate among commercial resistance bridges, which is composed of the disadvantages of the aforementioned potential difference method and the disadvantages of commercial resistance bridges. That is, as shown in Figure 1, the DCC bridge is configured to automatically achieve the ampere turn balance and the voltage balance, and the resulting resistance ratio is given by two turns ratios of the primary side and the secondary side. It can be used semi-permanently without change over time.
그러한 장점을 가지므로 DCC bridge의 정확도는 보통 sub-ppm 이하에 주로 사용된다. 특히, 최근의 몇 장비회사에서는 0.01 ppm 수준의 측정정확도를 가지는 DCC bridge를 만들어 판매하고 있는 실정이다. With that advantage, the accuracy of the DCC bridge is usually used below sub-ppm. In particular, some recent equipment companies have made and sold DCC bridges with measurement accuracy of 0.01 ppm.
그와 같이 정확도가 아주 높은 DCC bridge의 비율을 교정하는 방법은 크게 두 가지로 구분된다. 첫째는, CCC(Cryogenic Current Comparator) bridge와 같이 정도가 한 단계 더 높은 장비를 사용하여 직접 교정하는 방법으로서, 안정도가 좋은 두 개의 표준저항에 대하여 그 장비를 사용하여 측정한 값과 DCC bridge를 사용하여 측정한 값과의 차이를 구하여 DCC bridge의 비율오차를 결정하게 된다. 둘째는, 이미 그 비율 값을 알고 있는 비율전달 표준기(Hamon, divider 등)와 그 장치를 DCC bridge로 측정한 두 값의 차이를 구하여 비율오차를 결정하게 된다. There are two main ways to calibrate the ratio of DCC bridges. The first method is to directly calibrate using a higher-level instrument, such as a CCC (Cryogenic Current Comparator) bridge, using the DCC bridge and the value measured using the instrument for two standard resistors with good stability. By calculating the difference from the measured value, the ratio error of DCC bridge is determined. Second, the ratio error is determined by calculating the difference between two values of the rate transfer standard (Hamon, divider, etc.) and the device measured by the DCC bridge.
그러나, 후자의 방법에 있어서 Hamon 방식의 상용 장치는 정확도가 0.05 ppm 이상이 되지 못하고 있으며, 그 정확도 유지가 쉽지 않다. 반면, 전자의 방법을 사 용하면 아주 정확하게 비율오차를 결정할 수 있지만, 세계적으로 그 CCC bridge를 가지고 있는 NMI 들이 몇 안 될 정도로 아주 전문적인 측정기술이 필요하고 극저온에서 SQUID를 사용하여 동작이 되므로 주위 잡음에 아주 민감하며, 액체헬륨 상태에서 동작되므로 경제적이지 못하다.However, in the latter method, the Hamon type commercial apparatus does not have an accuracy of 0.05 ppm or more, and it is not easy to maintain the accuracy. On the other hand, using the former method, the ratio error can be determined very accurately, but the NMI with its CCC bridge requires very few professional measurement techniques and operates with SQUID at cryogenic temperatures. It is very sensitive to and is not economical as it operates in liquid helium state.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 다수종의 저항을 2진법의 형태로 직렬연결하여 표준저항과 1:1 비율로서 비교하여 비율을 구하고, DCC Bridge와 같은 비율측정기로 구한 비율값과 비교하여 비율오차를 구하는 것을 특징으로 하는 2진법식 비율증가에 의한 저항 비율교정 방법을 제공하는데 있다.The present invention has been made to solve the above problems, by connecting a series of resistors in the form of a binary method to compare the ratio with the standard resistance as 1: 1 ratio, the ratio obtained by a ratio measuring instrument such as DCC Bridge It is to provide a resistance ratio correction method by increasing the binary ratio, characterized in that the ratio error is obtained by comparing with the value.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 아래와 같은 특징을 갖는다.The present invention has the following features to achieve the above object.
여러종류의 저항으로 비율저항을 측정하는 비율저항 측정장치를 이용한 비율측정 방법에 있어서, 일정의 저항을 갖으며, 여러종류인 저항중 가장 낮고, 동일한 저항 2개를 임의로 선택하여 동일한 저항을 갖는 최소표준저항과 비교하는 최소표준저항 비교단계와; 상기 설정된 저항 2개를 직렬로 연결하여 2개의 값을 더한 저항과 동일한 상위의 저항을 비교하여 그 차이를 측정하며, 이를 수차례 반복하는 비교단계와; 상기 비교단계를 거친 저항중 최종값으로 설정한 하나의 저항과 임의로 설정한 최고치 표준저항과 동일한 값이 만들어지도록 최종값저항과 수치가 작은 저항을 직렬로 연결하여 임의로 설정한 최고표준저항과 비교하는 최고표준저항 비 교단계와; 상기 저항 간에 비교하여 비율을 측정한 값과 DCC Bridge와 같은 비율측정기를 사용하여 직접 최소저항과 최대저항을 비교한 값과 비교하여 비율오차 값을 구하는 비율오차 측정단계로 이루어진다.A ratio measuring method using a ratio resistance measuring device for measuring a ratio resistance with several kinds of resistors, the method having a constant resistance, the lowest among several kinds of resistors, and the minimum having the same resistance by arbitrarily selecting two identical resistors. Comparing a minimum standard resistance with a standard resistance; A comparison step of connecting the two resistors set in series, comparing the resistances of the same upper level resistors with the two values, measuring the difference, and repeating this several times; Among the resistors that have undergone the comparison step, the final value resistance and the small value value are connected in series so as to make the same value as the one set as the final value and the arbitrarily set maximum standard resistance. Highest standard resistance comparison step; A ratio error measurement step is performed to obtain a ratio error value by comparing a ratio between the resistances and a value directly comparing a minimum resistance and a maximum resistance using a ratio measuring device such as a DCC bridge.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 비율교정장치의 구성도를 나타낸 구성도이고, 도 2은 본 발명에 의한 비율교정장치의 내부구조를 나타낸 정면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 비율교정장치의 저항 연결 구성을 나타낸 연결 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 2진법을 이용해 저항을 직렬로 연결한 연결 구조도이며, 도 5은 본 발명에 따른 일부 연결조합을 나타낸 연결조합도이다.1 is a block diagram showing the configuration of the ratio calibration apparatus according to the present invention, Figure 2 is a front view showing the internal structure of the ratio calibration apparatus according to the present invention, Figure 3 is a resistance connection of the ratio calibration apparatus according to the
도면을 참조하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings.
일정의 저항값을 갖으며, 여러종류인 저항(10)중 가장 낮고, 동일한 저항값을 갖는 최저저항(11) 2개를 임의로 선택하여 상기 저항과 동일한 저항값을 갖는 최소표준저항과 비교하는 최소표준저항 비교단계와; 상기 설정된 최저저항(11) 2개를 직렬로 연결하여 2개의 값을 더한 저항값과 동일한 상위저항(12)을 비교하여 그 차이를 측정하며, 이를 수차례 반복하는 비교단계와; 상기 비교단계를 거친 저항(10)중 최종값으로 설정한 하나의 최종저항(13)과 임의로 설정한 최고치 표준저항과 동일한 값이 만들어지도록 최종저항(13)값과 수치가 작은 최저저항(11)을 직렬로 연결하여 임의로 설정한 최고표준저항과 비교하는 최고표준저항 비교단계와; 상기 저항들을 비교하여 비율을 측정한 값과 DCC Bridge와 같은 비율측정기를 사용 하여 직접 최소저항과 최대저항을 비교한 값을 비교하여 비율오차 값을 구하는 비율오차 측정단계;를 포함하여 이루어진다.The minimum of two
이때, 상기 저항의 값중 최소표준저항은 최저저항(11) 설정값과 동일하고, 최고표준저항값은 최종저항(13) 설정값과 하위의 저항값을 갖는 저항을 더한 값과 비교되며, 각각의 설정 저항값은 설정된 상위저항(12)과 2진법의 형태로 비교되어진다.At this time, the minimum standard resistance of the resistance value is the same as the minimum resistance (11) setting value, the highest standard resistance value is compared with the value of the final resistance (13) plus the resistance having a lower resistance value, The set resistance value is compared with the set upper resistance 12 in a binary form.
그리고, 상기 저항(10)의 비율측정은 다수일 동안 측정하여 계산하여 비교하게 된다.In addition, the ratio measurement of the
또한, 여러종류의 저항을 비교하여 비율값을 측정하는 장치에 있어서,Moreover, in the apparatus which compares several types of resistance and measures a ratio value,
여러종류의 저항값을 갖는 저항이 2진법을 이용한 직렬방식으로 연결되어지고, 상기 저항(10)은 일측이 하나의 단자가 형성되며 타측에 3개의 단자가 형성되어지고, 상기 저항(10)의 상측에 저항율을 최소화 하기위한 금속봉(40)이 설치되어 저항의 각 전극마다 각각 하나씩 연결되며, 상기 금속봉(40)의 내부에는 유체가 채워지고, 상기 금속봉(40)의 상,하단과 중단에 고정판(30)이 설치되어진다.Resistors having various types of resistance values are connected in series using a binary method. The
그리고, 상기 금속봉(40)의 내부에는 상단의 고정판(30)까지 유체가 채워진다.In addition, the inside of the
이때, 상기 저항(10)의 연결비율은 10:1과 100:1, 10000:1, 12906:1 및 기타 임의의비율로 구성되며, 상기 저항(10)의 연결비율은 최소파워효과 내지 최대파워효과를 내기 위해 연결되는 저항(10)의 갯수가 각각 다르게 구성된다.In this case, the connection ratio of the
결되는 저항(10)의 갯수가 각각 다르게 구성된다.The number of
또한, 상기 저항(10)은 일측의 단자와 다른 저항의 타측 3개의 전극중 하나가 연결되며, 다른 2개의 단자는 금속봉에 연결되고, 상기 저항의 일측 단자와 이와 연결된 타측 단자 또한 금속봉에 연결된다. In addition, the
여기서, 상기 단자중 2개는 전류를 인가하고, 다른 두 단자는 전압을 인가하여 저항에 흐르는 전압을 측정하게 된다.Here, two of the terminals apply a current, and the other two terminals apply a voltage to measure the voltage flowing through the resistor.
본발명을 좀더 자세하게 설명하면 다음과 같다.The present invention will be described in more detail as follows.
본 발명의 실시 예에 따라 제작된 비율은 도면 1에 나타낸 바와 같이 1 kΩ : 100 Ω 비율에 대한 것으로서 100 Ω 2 개, 200 Ω 두개, 400 Ω 두 개 및 800 Ω 한 개로 구성되며, 1 대 1 비율 측정을 하기 위하여 안정도가 높은 표준저항 100 Ω과 두 100 Ω을 각각 비교하고, 이어서 그 두 100 Ω을 더한 것과 두 200 Ω을 각각 비교한 후, 두 200 Ω을 더한 것과 두 400 Ω을 다시 각각 비교하고, 두 400 Ω을 더한 것과 800 Ω을 비교한다. 그런 다음, 앞에서 측정한 한 200 Ω과 800 Ω을 더한 것과 안정도가 높은 표준저항 1 kΩ을 비교하면, 결국 1 kΩ : 100 Ω 비율을 측정하는 것과 같게 된다. 즉, dcc bridge를 사용하여 직접 1 kΩ : 100 Ω 비율을 측정한 값과 위의 과정을 거쳐 구한 1 kΩ : 100 Ω 비율 값을 서로 비교하여 차이 값이 비율오차 값이 된다. 위의 과정을 거쳐 구한 그 비율 값은 다음 식 (1)과 같이 표현되며, dcc bridge의 측정 분해능 정도에서 정확하게 결정되는 1 대 1의 합으로만 주어지므로 기준 값으로 주어진다. The ratio manufactured according to the embodiment of the present invention is for a 1 kΩ: 100 Ω ratio as shown in Figure 1, consisting of two 100 Ω, two 200 Ω, two 400 Ω and one 800 Ω, one to one To measure the ratio, compare 100 Ω and 100 Ω with high stability, and then add two 100 Ω and two 200 Ω, and then add two 200 Ω and two 400 Ω, respectively. Compare and compare the two 400 Ω plus 800 Ω. Then, comparing 200 Ω and 800 Ω as measured earlier and 1 kΩ of high stability standard resistance, it is equivalent to measuring the ratio of 1 kΩ to 100 Ω. In other words, the value of the 1 kΩ: 100 Ω ratio is measured by using the dcc bridge and the 1 kΩ: 100 Ω ratio value obtained through the above process is compared with each other. The ratio value obtained through the above process is expressed as the following Equation (1), and is given as a reference value because it is given only as a sum of one to one accurately determined from the measured resolution of the dcc bridge.
식 (1)Formula (1)
여기서 사용된 1 kΩ(s/n: 279992)과 100 Ω(s/n: 279716)은 Tinsley 5685 모델 중 안정도와 온도계수가 좋은 special type 표준저항들이다. 또한 The 1 kΩ (s / n: 279992) and 100 Ω (s / n: 279716) used here are special type standard resistors of the Tinsley 5685 model with good stability and temperature coefficient. Also
,,,,,,, , , , , , , ,
이며, (여기서 V는 비율장치를 구성하는 element들로 사용된 Vishay 회사의 저항을 줄여서 나타낸 것이고, X는 저항 값을 나타내며, i는 binary를 이루는 두 저항들을 1과 2로서 구분하여 나타낸 것이며, binary ratio standard(이하 BRS)를 구성하는 각각의 Vishay 부품저항들을 나타낸다.Is, (Where V is the abbreviation of Vishay's resistance used as elements of the ratio device, X is the resistance value, i is the binary resistance of the two resistors divided by 1 and 2, and binary ratio standard Each Vishay component resistance constituting (hereinafter referred to as BRS) is shown.
또한, 는 저항값 X를 가지는 두 저항을 직렬로 연결했을 때의 접합(혹은 연결) 저항으로서, 10:1 비율의 경우 총 4 개의 접합저항이 형성되며, 모두 수 nΩ 정도로 측정이 되어 의 비율 정확도에서는 무시된다.Also, Is the junction (or connection) resistance when two resistors with resistance value X are connected in series. In the case of 10: 1 ratio, a total of four junction resistances are formed. It is ignored in proportional accuracy of.
이상에서 구한 비율 값은 1 대 1 비율오차들이 이미 보정이 된 상태이지만 빠뜨릴 수 없는 중요한 한 가지는 power 효과이다. power 효과까지 보정이 된다면 정확한 비율 기준 값이 될 수 있다. Power 효과 보정을 위하여 이진법식 방법으로 만든 비율 장치(이하 BRS)의 power를 1 mW, 5 mW, 10 mW로 하여 10:1 비율을 측정하여 zero power에서의 비율 값을 구하였고, 또한, 그 비율을 dcc bridge(이하 MI)를 사용하여 직접 측정할 때의 1 kΩ의 power를 0.5 mW, 1 mW, 5 mW로 하여 10:1 비율을 측정하여 zero power에서의 비율 값을 구하였다. 그렇게 구한 BRS와 MI 두 결과의 차이가 다음 식 (2)로 표현된 10:1 비율 오차(Δ)가 되며, 실제로 2005년 10월 5일∼10월 20일 사이에서 총 10회에 걸쳐 측정한 Δ의 값은 로 주어졌으며, 1:1 비율오차 보정에 따른 불확도와 Δ 측정 불확도로부터 Δ 값을 얻기 위한 불확도(RSS)는 로 산출되었다. 그러므로, Δ 값의 측정결과는 로 주어졌다.The ratio value obtained above is one where the one-to-one ratio errors have already been corrected but an indispensable one is the power effect. If the power effect is corrected, it can be an accurate ratio reference value. In order to correct the power effect, the power of the ratio device (BRS) made by the binary method was set to 1 mW, 5 mW, and 10 mW, and the ratio of the power at zero power was obtained by measuring the 10: 1 ratio. Is measured by using a dcc bridge (hereinafter, MI), and the power value of 1 kΩ is 0.5 mW, 1 mW, and 5 mW. The difference between the two BRS and MI results is the 10: 1 ratio error (Δ) expressed by the following equation (2), and is actually measured ten times between October 5 and October 20, 2005. The value of Δ is The uncertainty (RSS) for obtaining the Δ value from the uncertainty of the 1: 1 ratio error correction and the Δ measurement uncertainty is given by Was calculated. Therefore, the measurement result of Δ Was given.
식 (2) Formula (2)
이 결과와 스위스 표준기관인 METAS에서 CCC bridge(dcc bridge의 한 단계 상위인 bridge)로 교정한 성적서 상의 값 을 비교하면 총 불확도 이내에서 잘 일치함을 알 수 있다.These results and the results of the calibration of the CCC bridge (the bridge above the dcc bridge) by the Swiss standard institute METAS Comparing the values shows a good agreement within the total uncertainty.
같은 과정을 임의의 비율에 적용하여 그 비율오차를 결정할 수 있다.The same process can be applied to any ratio to determine its rate error.
상기에서 기술된 바와같이 본 발명은, 2진법을 이용해 저항의 비율을 측정하므로 고도의 기술을 필요로 하는 CCC Bridge방법을 사용하지 않고도 정확한 저항오차의 비율을 측정할 수 있으며, 상온에서 동작되며, 어려운 개념이 없으므로 몇 개의 부품저항과 digital multimeter 혹은 bridge 등의 저항 측정기가 있으면, 산업체를 포함하여 누구든지 쉽게 만들어서 필요할 때 임의의 저항비율을 교정 할 수 있다.As described above, the present invention measures the ratio of the resistance by using the binary method, so it is possible to measure the ratio of the resistance error accurately without using the CCC Bridge method, which requires high technology, and is operated at room temperature. Since there is no difficult concept, if you have a few component resistance and a resistance meter such as a digital multimeter or a bridge, anyone including industry can easily make it and correct any resistance ratio when needed.
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2006
- 2006-10-11 KR KR1020060098779A patent/KR100862094B1/en not_active IP Right Cessation
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