[发明专利]一种补偿硬件误差影响的高精度无源电阻发生器

说明书

技术领域

本发明涉及仪器仪表校准、电路测试等领域，是关于一种补偿硬件误差影响的高精度无源电阻发生器。

背景技术

电阻发生器作为仪器仪表校准、电路测试等领域的重要基准源，其精度指标尤为重要。现有高精度电阻发生器主要包括电子式有源可调电阻器和数字化无源电阻器两种。其中，电子式有源可调电阻器基于欧姆定律，通过处理器将输入的预置电阻值转化为相应的控制信号来控制量程转换电路与增益设置电路，以改变电路总体输出的电压，进而实现电阻值的智能调节。此电阻发生方法采用DAC芯片实现电压的增益放大，当工作电流较大使得电压值超过DAC的最大参考电压时，等效电阻将保持不变，电阻器失效，并且此方法受工作电流的限制，在通用性方面存在不足。数字化无源电阻器采用单片机或CMOS集成电路控制继电器切换阻值为8421编码的精密电阻组合，实现无源电阻输出。此方法不受工作电流的限制，通用性强，然而由于直接采用以电阻标称值为基准的8421输出方式，缺少对硬件误差因素影响的分析，输出精度完全依赖于电阻精度，使用过程中器件老化将导致输出精度的降低。此方法在实现电阻器的高输出精度以及鲁棒性方面尚存在不足。

专利号是CN200410021628.6的中国专利提出一种控制和补偿“可编程标准电阻发生器”误差的方法，此方法包括：至多16个精密电阻器R_i(i＝1～16)，依次按二进制规律制作的逐位串联而成的电阻网路；用“并联电位器、|a|～|b|正公差带法”消除R₁～R₁₆精密电阻在绕制中带来的误差；确定好R_串i、多圈电位器R_pi的最佳阻值，可使各精密电阻位R_i的误差接近0Ω。对“可编程标准电阻发生器”继电器触点的接触电阻误差必须作硬件补偿：用N对继电器常闭触点并联组成继电器网络中的某组继电器常闭触点K_i(i＝1～16)，使每个电阻位因继电器常闭触点接触电阻带来的误差在以下计算值之内(以N＝8为例)：0.05Ω/8＝0.0063Ω＜0.01Ω。此专利可使标准电阻在0～6553.6Ω量程内达到输出纯电阻的绝对误差≤0.2Ω。此专利提供的误差控制和补偿方法虽然能够有效克服电阻制造误差及继电器触点电阻对输出精度的影响，但此方法需通过调节R_pi、R_串i的值将高精密电阻R_i调整至标称值，对电阻及电位器精度要求高，可操作性差，且采用公差带法实现对电阻制造误差的补偿，需使用0级精度高稳定特质精密级锰铜电阻以保证较好的补偿效果，成本较高。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种补偿硬件误差影响的高精度无源电阻发生器，解决现有无源电阻发生器输出精度完全依赖于电阻精度且输出精度低的问题，提高无源电阻器的输出精度。

本发明是采用以下技术方案及技术措施来实现。

一种补偿硬件误差影响的高精度无源电阻发生器，包括主控单元、连接主控单元的电阻网络和电阻测量单元，所述电阻网络包括M个串联电阻、与各电阻对应并联的M个常闭继电器和控制相应继电器开闭的M个继电器驱动电路，继电器驱动电路连接主控单元，主控单元接收电阻测量单元测量的电阻网络中各电阻的阻值，并依据预置电阻值R通过硬件误差补偿方法确定最优电阻组合方式N，通过继电器驱动电路控制相应继电器开闭，将对应并联的电阻置于开路或短路状态，输出补偿硬件误差影响的无源电阻。

较佳的，所述无源电阻发生器还包括与主控单元连接的显示单元，主控单元根据显示单元输送的预置电阻值R，将由最优电阻组合方式得到的预输出电阻值R_预输出发送至显示单元进行显示。

较佳的，所述无源电阻发生器还包括与主控单元连接的存储单元，存储电阻测量单元测量的电阻网络阻值。

较佳的，所述电阻网络的串联电阻采用标称值能够组合成为1～10之内任意自然数的四个基数、多个数量级的M个电阻。

较佳的，所述串联电阻采用标称值为1、2、2、5或1、2、4、8的四个基数，且数量级W＝10^t的M个电阻，t＝……-2，-1，0，1，2，3……。

较佳的，所述硬件误差补偿方法是：

(1)建立电阻输出模拟方程其中，(∑R_M)_o模表示电阻网络的模拟输出值，R_o测为电阻网络的空载电阻值，R_M测为电阻网络第M个电阻的测量值；