一种补偿硬件误差影响的高精度无源电阻发生器制造技术

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。本发明专利技术解决了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，能够满足实际使用中对无源电阻器的精度要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及仪器仪表校准、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。
技术介绍
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Ri(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Rpi的最佳阻值，可使各精密电阻位Ri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Ki(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Rpi、R串i的值将高精密电阻Ri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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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＝10t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，(∑RM)o模表示电阻网络的模拟输出值，Ro测为电阻网络的空载电阻值，RM测为电阻网络第M个电阻的测量值；(2)采用广度优先搜索方法优化电阻网络的电阻组合方式，补偿硬件误差的影响，使得到最优电阻组合方式N，其中，Xi为由组成的矩阵，i为Xi的行标，i＝1、2、…、s，Kni为对应于Xi且编码为ni的继电器通断组合，Kni＝0或1，ni为Xi的组合编码号，最优电阻组合方式N是由n1～ns组成的矩阵，min表示最小。较佳的，由所述广度优先搜索方法得到最优电阻组合方式N的方法是：(1)定义由组成的矩阵为X(H×4)，H表示行数，列数为4列，H×4≥M，X(H×4)对应的标称值为X标(H×4)＝(S1×W，S2×W，S3×W，S4×W)，Kni＝[Kni1，Kni2，Kni3，Kni4]，S1、S2、S3、S4表示所述串联电阻的四个标称值；(2)由X标(H×4)建立理想输出方程R理＝∑(S1×Kni4，S2×Kni3，S3×Kni2，S4×Kni1)×W，W＝10t，t＝-2，-1，0，1，2……H-3，依据理想输出方程对X(H×4)的电阻组合进行编码，建立电阻组合编码表；(3)由电阻组合编码表，并根据广度优先搜索方法得到F(N)的所有可能解的矩阵U＝[N1，N2，N3，…，Nj，…]；(4)定义F(N)＝min(f(Nj)-R)，根据深度优先搜索方法依次搜索矩阵U，得到f(Nj)-R的最小值，相应的f(Nj)为R预输出，对Nj中的元素依据电阻组合编码表进行解码，即得到最优电阻组合方式N。较佳的，所述电阻测量单元是万用表，由万用表测量得到的电阻网络中各电阻阻值是采用开尔文四线电阻测量方式多次测量的平均值。较佳的，所述无源电阻发生器的输出范围是1.0Ω～1.0MΩ，分辨力是0.1Ω。较佳的，所述无源电阻发生器的输出范围是1.0Ω～20.0KΩ，分辨力是0.1Ω。与现有技术相比，本专利技术至少具有下列优点及有益效果：本专利技术利用主控单元控制电阻网络，分析硬件误差对电阻输出值的影响规律，建立各误差耦合影响下的电阻输出模拟方程的定量模型，采用广度优先搜索方法由定量模型得到实际输出值(∑RM)o实最接近预置电阻值R的最优电阻组合方式N，补偿硬件误差的影响。通过控制电阻网络的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输出或短路状态，得到有效补偿硬件误差的最优电阻组合，输出优化后的无源电阻，实现不完全依赖于电阻精度的高精度电阻输出，解决了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，能够满足实际使用中对无本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种补偿硬件误差影响的高精度无源电阻发生器，其特征在于，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。

【技术特征摘要】
1.一种补偿硬件误差影响的高精度无源电阻发生器，其特征在于，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。
2.根据权利要求1所述的一种补偿硬件误差影响的高精度无源电阻发生器，其特征在于，
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。
3.根据权利要求1所述的一种补偿硬件误差影响的高精度无源电阻发生器，其特征在于，
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。
4.根据权利要求1所述的一种补偿硬件误差影响的高精度无源电阻发生器，其特征在于，
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。
5.根据权利要求1所述的一种补偿硬件误差影响的高精度无源电阻发生器，其特征在于，
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＝10t的M个电阻，t＝……-2，-1，0，1，2，3……。
6.根据权利要求1所述的一种补偿硬件误差影响的高精度无源电阻发生器，其特征在于，
所述硬件误差补偿方法是：
(1)建立电阻输出模拟方程其中，(∑RM)o模表示电阻网络
的模拟输出值，Ro测为电阻网络的空载电阻值，RM测为电阻网络第
M个电阻的测量值；
(2)采用广度优先搜索方法优化电阻网络的电阻组合方式，补偿硬件误差的影响，使
得到最优电阻组合方式N，其中，Xi为由组成
的...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐巧玉，王军委，王红梅，毛鹏，赵知春，
申请(专利权)人：洛阳银杏科技有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41