得邁斯科技 FLUKE AMETEK 溫度壓力電量校正器 CA電錶

電壓比率（二）
 

• 環形參考分壓器

用環形參考的方法來建立準確的電壓比率的基本原理是，當對所有可能的比率進行平均時，n個串聯電壓的比率將準確地為n：1。為了說明起來簡單，在圖9-10中使用3個參考電壓來說明其原理。


▲ 圖9-10環形參考分壓器的原理

從原理上說，這種技術可以擴展到任意數目的電壓源，並擴展到n：2，n：3等比率。開發這種技術的目的，曾是用來驗證福祿克公司的752A參考分壓器的10：1比率的不確定度。該方案使用了10個福祿克公司的732A作電壓源。還製造了一個專門的低熱電勢、低接觸電阻的測量設備來實現這個方法。

從概念上講，用電阻器代替電壓標準，這個方法也可以使用。而在實際上，使用足夠高阻值的電阻器能夠避免連接器電阻的誤差，但是又容易引起洩漏電阻的問題。732A的源電阻非常低，使得實際絕緣子的洩漏對測量沒有影響。732A的非常穩定的10 V輸出電壓實質上不受連接電阻變化的影響。
 

• PWMDAC

手動操作的直流比較儀可以由包含脈沖調寬數-模變換器（PWMDAC）構成的儀器來代替。這種儀器具有和直流比較儀相比擬的準確度，並具有全部自動化的額外的好處。

PWMDAC用來設置現代校正器的輸出。它取代了原來在數位―模擬變換器電路中使用的電阻反饋電路，如梯形網絡或開關電阻器網絡。

福祿克公司的5440B直流電壓校正器，就採用了這種PWMDAC變換器。雖然採用梯形網絡或開關電阻器網絡的數位―模擬變換器能夠實現數位控制，但是其電阻器的數值可能發生變化，因而限制了它的準確度。

相反，PWMDAC變換器不依賴多個電阻器，所以要準確得多。PWMDAC變換器的基本組成部分是一個低通濾波器。低通濾波器的輸入端在地和參考電壓之間開關切換。此受控開關的動作產生一個恆定週期的方波，而方波的佔空比取決於開關設置到地或參考電壓的相對時間。低通濾波器把這個方波濾成精確的平均值直流電壓。從0％到100％改變方波的佔空比，就改變了濾波器輸出端出現的平均值電壓，使之從0變化到V_ret的數值。

和開關電阻器型的數位―模擬變換器相比，這種類型的數位―模擬變換器有許多好處。這種裝置的電路實際上非常簡單，使用的關鍵元件也較少，而且不需要使用大量的精密電阻器。最後，獲得可重複性的、高準確度的輸出只取決於高可靠性的數位電路以及用來控制開關的計時器的短期穩定性。圖9-11是福祿克公司的5440B校正器中使用的PWMDAC的示意圖。


▲ 圖9-11福祿克公司的5440B中的PWMDAC

這種類型的DAC至少能夠達到經過恰當地校正的最好的開爾文-瓦利分壓器的線性度。當然，它還具有能夠由電腦來進行控制的重大的優點。

DMM中的線性ADC

用具有高線性度數位―模擬變換器（ADC）的8½位DMM，可以確定一個標準電池的未知電動勢與一個固態參考標準的已知、可溯源的+10 V輸出電壓的電壓比率。使用這種方法時，把標準電池的負端和+10V輸出的負端相連，在標準電池的正端和+10 V的正端之間剩下略低於+9 V的電壓。用DMM進行兩次測量，並記錄為“ V₁ ”和“ V₂ ”如下：

也可以用這種方法，按照標準電池已知的電動勢來為10 V參考電壓賦值。在這兩種情況下，其原理都是基於DMM的自動調零電路消除了DMM的本底(floor)誤差以及DMM在+9 V到+10 V的標度範圍內具有極好的線性度。