专利名称：万用表校准源的制作方法
技术领域：
本发明涉及电变量测试领域，尤其涉及到在电变量测试中，电测量仪器的校准。
背景技术：
现有技术中，万用表校准源一般包括用于检验万用表的传感器功能的标准传感器或模拟传感器特性的电路；用于检验万用表的电压测量功能的零点偏移和电阻测量功能的零点偏移的短路器；用于检验万用表的电容测量功能的标准电容；用于检验万用表的电压测量功能的标准电压；用于检验万用表的电阻测量功能的标准电阻。参照图1，现有技术万用表校准源1包括传感器Li、短路器D1、标准电容Cl、标准电压VI、标准电阻R1，和供电电路G1。校准源1通过多路开关Sl来选择切换所述的传感器Li、短路器D1、标准电容Cl、标准电压Vl和标准电阻R1，交流电源通过E端和F端接入校准源1，供电电路Gl将交流电源输入转换成稳定的直流电压给标准电压Vl供电。校准源 1包括四个输出端子A、B、C、D，在使用校准源1时，校准源1的输出端子A跟与被测试万用表输入端子HI连接，校准源1的输出端子B与被测试万用表输入端子LO连接，校准源1的输出端子C与被测试万用表输入端子LOsens连接，校准源1的输出端子D与被测试万用表输入端子HIsens连接。检验万用表的传感器功能时，多路开关Sl切换到端子5位置，传感器Ll连接在万用表的输入端子HI和LO之间，传感器信号通过HI和LO端子进入万用表内部，对比校准源 1的传感器Ll的输出和万用表传感器测量读数即可判别万用表传感器测量是否准确。例如，校准源1的传感器Ll的输出是1. 000000V电压，万用表读数是1. 000030V电压，此时万用表测量IV信号的允许误差是士0. 000035V，则说明万用表准确度在允许误差范围内，上述对比结果可以用来判断万用表是否超出允许误差范围，如果超出了，可以根据情况重新校准或维修。检验万用表的电压测量功能的零点偏移和电阻测量功能的零点偏移时，多路开关 Sl切换到端子4位置，短路器Dl连接在万用表的输入端子HI和LO之间。这时，万用表HI 和LO两端被短路，输入到万用表HI和LO端子两端的电压为零，HI和LO端子两端的电阻为零。观察万用表读数偏离“零”读数的大小可判别万用表零点偏移是否准确。检验万用表的电容测量功能时，多路开关Sl切换到端子3位置，标准电容Cl连接在万用表的输入端子HI和LO之间。对比校准源1的标准电容Cl的大小和万用表电压读数可判别万用表电容测量是否准确。检验万用表的电压测量功能时，多路开关Sl切换到端子2位置，标准电压Vl输入到万用表的输入端子HI和L0，对比校准源1的标准电压Vl的大小和万用表电压读数可判别万用表电压测量是否准确。检验万用表的二线电阻测量功能时，多路开关Sl切换到端子1位置，标准电阻Rl 连接在万用表的输入端子HI和LO之间。对比校准源1的标准电阻Rl的大小和万用表电阻测量读数可判别万用表二线电阻测量是否准确。
检验万用表的四线电阻测量功能时，多路开关Sl切换到端子1位置，标准电阻Rl 电流输入端跟万用表的输入端子HI和LO连接；标准电阻Rl感测端跟万用表的感测输入端子HIsens和LOsens连接。对比校准源1的标准电阻Rl的大小和万用表电阻测量读数可判别万用表四线电阻测量是否准确。现有技术校准源1的标准电阻、标准电容、标准电压、短路器和传感器一般选择在额定温度范围内和额定时间内准确度优于被测试仪器准确度3倍的标准器件。所用标准电阻、标准电容不一定是电阻器或电容器，也可以是等效的电阻、电容性电路，短路器一般是低热电势和接触电阻的导线，传感器可以是标准规格的传感器实物或者具有传感器输出特性的电路。目前，在万用表使用现场测试万用表的性能时，常常需要一种便于携带并方便使用的校准源。而现有技术校准源使用交流电源给内部的标准电路供电，供电电路中一般都包括变压器、整流、滤波和稳压电路，电路结构复杂，体积大，且使用交流电源供电，不方便在野外等缺少交流电源的环境中使用。且使用校准源时，需用导线连接校准源和万用表，不仅操作复杂，且对导线的要求较高，过高的导线电阻会引起校准误差。
发明内容
本发明解决的技术问题是，克服上述现有技术的不足，提供一种便于携带并方便使用的校准源。解决上述技术问题，本发明提供一种万用表校准源，包括一个电路板、四个电连接端、一个用于校准万用表的第一校准电路、一个用于校准万用表的第二校准电路，所述四个电连接端呈正方形分布，固定安装在所述的电路板上，所述第一校准电路连接在一对电连接端之间，所述第二校准电路连接在又一对电连接端之间。所述四个电连接端分别由四个香蕉插头构成，所述四个香蕉插头呈正方形分布、 固定安装在电路板的同一侧面。还有一对电连接端之间连接有一个用于校准万用表的第三校准电路。所述第一校准电路包括一个标准电容、一个接线端子和一个手动开关，所述电容连接在所述的一对电连接端之间，所述的手动开关的第一连接态使所述的接线端子的一端连接所述一对电连接端中的一个，使所述的接线端子的另一个端连接所述一对点连接端中的另一个，所述的手动开关的第二连接态使一个标准电压源与所述标准电容并联，所述的手动开关的第三连接态是悬空态。所述第二校准电路可以是一个短路器，所述第三校准电路可以是一个标准电阻。
所述标准电压源包括一个电压基准芯片，所述的电压基准芯片的一个标准电压输出端通过所述手动开关连接到所述标准电容的一端，所述的电压基准芯片的负电源端通过所述手动开关连接到所述标准电容的另一端，所述电压基准芯片由一个电池供电。 所述电路板包括尺寸相同、按上下结构相互固定安装的上电路板和下电路板，所述四个香蕉插头安装在所述下电路板的外侧面，所述短路器、所述标准电阻、所述标准电容，所述手动开关置于所述下电路板的内侧面，所述电池、所述的接线端子安装在所述上电路板的外侧面，所述上电路板和所述下电路板通过一组接插件实现电气连接。
所述上电路板和下电路板为尺寸相同的正方形的电路板，四角有安装孔，所述上电路板和下电路板利用所述的安装孔和紧固件相互固定连接。所述四个香蕉插头由第一香蕉插头、第二香蕉插头、第三香蕉插头和第四香蕉插头组成，所述第一香蕉插头、第二香蕉插头、第三香蕉插头和第四香蕉插头顺次排列安装在所述下电路板的外侧面的4个角上，所述第一校准电路连接在第一香蕉插头和第二香蕉插头之间、所述第二校准电路连接在第三香蕉插头和第四香蕉插头之间、所述第三校准电路连接在第二香蕉插头和第三香蕉插头之间。每两个相邻的所述香蕉插头的间距为18mm-20mm之间的一个数值。本发明的万用表校准源解决了现有技术校准源体积大，不易携带和不方便使用的技术问题，提供了一种体积小巧，方便携带的万用表校准源，在测试台式四端子万用表时， 本发明的万用表校准源可以实现即插即测，使用非常方便。
图1是现有技术万用表校准源1的结构说明2是本发明一个实施例的万用表校准源2的结构说明3是本发明一个实施例的万用表校准源2的侧视4是本发明一个实施例的万用表校准源3的结构说明5是本发明一个实施例的万用表校准源4的结构说明6是本发明一个实施例的标准电压源四的结构说明7是本发明一个实施例的万用表校准源5的结构说明8是本发明一个实施例的万用表校准源5的后视图
具体实施例方式下面参考附图详细描述本发明优选实施例。参照图2，实施例的万用表校准源2包括一个电路板21、四个电连接端22、23、对， 25，一个用于校准万用表的第一校准电路沈、一个用于校准万用表的第二校准电路27，四个电连接端22、23、M，25分布在正方形Z的四个顶点上，固定安装在电路板21上，第一校准电路沈连接在电连接端22和电连接端23之间，第二校准电路27连接在电连接端23和电连接端M之间。参照图3，四个电连接端22、23、24，25分别由四个香蕉插头22C、23C、MC，25C构成，四个香蕉插头22C、23C、MC，25C、固定安装在电路板21的同一侧面S。作为举例说明，四个电连接端22、23、M，25也可以用其它形式的惯用插头，只要保证插入带式万用表四端子时，接触良好，接触电阻小就可以。参照图4，电连接端对和电连接端25之间连接有一个用于校准万用表的第三校准电路观。作为举例说明，也可以是第一校准电路沈连接在电连接端22和电连接端23之间，第二校准电路27连接在电连接端22和电连接端25之间，第三校准电路28连接在电连接端M和电连接端25之间。作为举例说明，也可以是第一校准电路沈连接在电连接端22和电连接端23之间，第二校准电路27连接在电连接端M和电连接端25之间，第三校准电路28连接在电连接端23和电连接端M之间。作为举例说明，也可以是第一校准电路沈连接在电连接端22和电连接端23之间，第二校准电路27连接在电连接端M和电连接端25之间，第三校准电路28连接在电连接端22和电连接端25之间。作为举例说明，也可以是第一校准电路沈连接在电连接端22和电连接端25之间，第二校准电路27连接在电连接端M和电连接端25之间，第三校准电路28连接在电连接端22和电连接端23之间。作为举例说明，也可以是第一校准电路沈连接在电连接端23和电连接端M之间，第二校准电路27连接在电连接端M和电连接端25之间，第三校准电路28连接在电连接端22和电连接端23之间。参照图5，第一校准电路沈包括一个标准电容沈1、一个接线端子262和一个手动开关沈3，标准电容261连接在电连接端22和点连接端23之间，本实施例中，标准电容选用在额定温度范围内准确度优于被测试万用表准确度3倍的精密电容。作为举例说明，可以根据精度的不同，选用不同类型的电容。作为举例说明，第一校准电路沈、第二校准电路27和第三校准电路28也可以都选用标准电容，容值可以不同。本发明优选实施例中接线端子262插接一个温度传感器。作为举例说明，接线端子沈2也可以插接其他标准规格的传感器。作为举例说明，第一校准电路沈、第二校准电路27和第三校准电路28也可以都选用传感器，传感器型号可以不同。本发明优选实施例中的手动开关263选用的是带三态的双刀双掷开关。作为举例说明，手动开关沈3也可以选用双刀三掷开关。第二校准电路27是一个短路器，第三校准电路28是一个标准电阻。本实施例中，短路器选用低热电势和低接触电阻的导线。作为举例说明，可以根据精度的不同，选用不同类型的短路器。本实施例中，标准电阻选用在额定温度范围内准确度优于被测试万用表准确度3 倍的精密电阻。作为举例说明，可以根据精度的不同，选用不同类型的电阻。作为举例说明，第一校准电路沈、第二校准电路27和第三校准电路28也可以都选用短路器，短路器类型可以不同。作为举例说明，第一校准电路沈、第二校准电路27和第三校准电路28也可以都选用标准电阻，阻值可以不同。参照图6及图5，标准电压源四包括一个电压基准芯片四1，电压基准芯片的一个标准电压输出端292通过手动开关263连接到标准电容261的一端，电压基准芯片的负电源端293通过手动开关263连接到标准电容的另一端，电压基准芯片由一个电池294供电。为了输出稳定的电压，标准电压源四还可以包括稳压电路四5。作为举例说明，电压基准芯片可以选用MAX6325、MAX6;350、ISL21009或ADR421 中的一种。
作为举例说明，第一校准电路沈、第二校准电路27和第三校准电路28也可以都选用标准电压源，标准电压源的电压值可以不同。参照图7，所述电路板包括尺寸相同、按上下结构相互固定安装的上电路板211和下电路板212，上电路板211和下电路板212的边长均是3. 9CM，所述四个香蕉插头安装在下电路板212的外侧面Si，短路器观(图中未示)、标准电阻27 (图中未示)、标准电容沈1(图中未示)，手动开关263置于下电路板212的内侧面S2，为了方便操作，手动开关沈3 的手动拨挡263S通过上电路板211上的一个圆孔立于上电路板外侧面S3，电池四4、接线端子262安装在上电路板211的外侧面S3，上电路板211和下电路板212通过一组接插件 (图中未示)实现电气连接。参照图8，所述上电路板和下电路板为尺寸相同的正方形的电路板，四角有四个安装孔51、52、53，54，所述上电路板和下电路板利用安装孔51、52、53，讨和紧固件相互固定连接。参照图7，本实施例中的紧固件是指螺母Li、螺柱L2、螺钉L3，作为举例说明，紧固件还可以采用插接式等其它惯用连接方式。所述四个香蕉插头由第一香蕉插头22C(图中未示)、第二香蕉插头23C(图中未示)、第三香蕉插头图中未示)和第四香蕉插头25C(图中未示)组成，第一香蕉插头 22C、第二香蕉插头23C、第三香蕉插头24C和第四香蕉插头25C顺次排列安装在所述下电路板的外侧面Sl的4个角上，第一校准电路沈连接在第一香蕉插头22C和第二香蕉插头 23C之间、第二校准电路27连接在第三香蕉插头MC和第四香蕉插头25C之间、第三校准电路观连接在第二香蕉插头23C和第三香蕉插头24C之间。每两个相邻的所述香蕉插头的间距为19.05mm。采用这个间距是为了利用四个香蕉插头将电路板插入现有的台式四端子万用表的四个输出端子。考虑到间距制作时的公差，每两个相邻的香蕉插头的间距可以是 18mm-20mm之间的一个数值。作为举例说明，当台式四端子万用表的四个输出端子中，相邻端子的间距发生改变时，上述四个香蕉插头中，相邻插头的间距也可以做相应改变。以图5所示的电路布局结合图7所示的双层电路板布局并结合图1所示的万用表，作为本发明最优选的实施例，进一步说明本发明优选实施例的万用表校准源的工作过程检验万用表的传感器功能时，多功能校准源的接线端子262上接入一个传感器， 多功能校准源的端子22插入到万用表的输入端子HI中，多功能校准源的端子23插入到万用表的输入端子LO中，多功能校准源的端子M插入到万用表的输入端子LOsens中，多功能校准源的端子25插入到万用表的输入端子HIsens中。手动开关263的上刀Dl连接到接线端子沈2的一端Si，手动开关沈3的下刀D2连接到接线端子沈2的另一端S4，传感器并联标准电容261后并联在万用表的输入端子HI和LO之间，传感器信号通过输入端子HI和 LO端子进入万用表内部，对比多功能校准源的传感器输出和万用表传感器测量读数即可判别万用表传感器测量是否准确。这种状态下，标准电容261用于传感器信号的滤波。检验万用表的电容功能时，多功能校准源的端子22插入到万用表的输入端子HI 中，多功能校准源的端子23插入到万用表的输入端子LO中，多功能校准源的端子M插入到万用表的输入端子LOsens中，多功能校准源的端子25插入到万用表的输入端子HIsens 中。手动开关263的上刀Dl连接到悬空端S2，标准电容并联在万用表的输入端子HI和LO之间，对比多功能校准源的标准电容261的大小与万用表电压读数即可判别万用表电
容测量是否准确。检验万用表的电压功能时，多功能校准源的端子22插入到万用表的输入端子HI 中，多功能校准源的端子23插入到万用表的输入端子LO中，多功能校准源的端子M插入到万用表的输入端子LOsens中，多功能校准源的端子25插入到万用表的输入端子HIsens 中。手动开关263的上刀Dl连接到标准电压源四的一端S3，手动开关沈3的下刀D2连接到标准电压源四的另一端S5，标准电压源四与标准电容261并联后分别连接在万用表输入端子HI和LO之间，同时电池294与稳压电路的回路接通，稳压电路给标准电压源四供电，标准电压源四输出电压到万用表输入端子HI和L0，对比多功能校准源输出的标准电压大小和万用表电压读数即可判别万用表电压测量是否准确。这种状态下，标准电容261用于标准电压信号滤波。检验二线电阻功能时，多功能校准源的端子23插入到万用表的输入端子HI中，多功能校准源的端子M插入到万用表的输入端子LO中，多功能校准源的端子25插入到万用表的输入端子LOsens中，多功能校准源的端子22插入到万用表的输入端子HIsens中。手动开关沈3的上刀Dl连接到悬空端S2，多功能校准源的端子23和多功能校准源的端子M 分别与万用表的输入端子HI、LO连接。对比多功能校准源的标准电阻27的大小和万用表电阻测量读数即可判别万用表二线电阻测量是否准确。这种状态下，万用表的输入HI端子和HIsens端子之间连接标准电容沈1，稳定状态下标准电容上不会有电流流过，所以不会影响二线电阻测量功能检验的准确度。检验万用表的电压测量功能的零点偏移和电阻测量功能的零点偏移时，多功能校准源的端子M插入到万用表输入端子HI中，多功能校准源的端子25插入到万用表的输入端子LO中，多功能校准源的端子22插入到万用表的输入端子LOsens中，多功能校准源的端子23插入到万用表的输入端子HIsens中。手动开关沈3的Dl连接S2，多功能校准源的端子M和多功能校准源的端子25分别与万用表的输入端子HI、L0连接。观察万用表读数偏离“零”读数的大小可判别万用表零点偏移是否准确。这种状态下万用表的输入端子HI 和输入端子HIsens之间连接标准电阻27，可能会有电流流过标准电阻27引入误差，但是短路器观的寄生电阻一般小于IOm Ω，而标准电阻27—般为IOkQ，两者差异为106倍，故标准电阻27引入的误差可以忽略。在检验万用表电压测量功能和传感器功能时，标准电压信号和传感器信号都经过了手动开关263，本优选实施例中的手动开关263选用的是双刀双掷开关，因此需要考虑双刀双掷开关引入的附加误差。由于电压测量和传感器测量时，一般不会有电流流过双刀双掷开关，故接触电阻不会引入误差。考虑到双刀双掷开关结构的对称结构，对传感器电路而言，两组开关引入的热电势误差可以互相抵消，从而消除热电势的影响。考虑到双刀双掷开关结构较为紧凑，内部温度分布均勻，引入的热电势很�。喽杂谙钟屑际踔惺褂玫亩嗦房囟裕端揽馗菀资迪值腿鹊缡魄谢�。为了使附加误差满足高精度万用表检验的要求，现有技术校准源中的多路开关需要高可靠的低接触电阻和低热电势开关。它通常是特别制作的机械开关、精密继电器或电子开关。这些类型的元件不容易获得，一般体积较大，成本很高，应用电路复杂。因此在本发明中，使用双刀双掷开关切换可以减小切换电路体积、附加误差小。
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作为举例说明，如果本发明中的标准电容261不直接连接到万用表校准源的两个端子之间，则需要使用切换开关选择接入标准电容沈1，这样切换开关需要双刀三掷开关， 三路开关分别连接传感器、标准电压和电容。而将标准电容261直接连接到万用表校准源的两个端子之间的同时采用双刀双掷开关，可以省去一组切换开关，避免了标准电容261 由切换开关引入所产生的附加误差，同时可以用电容实现滤波的作用。本发明中，短路器观和标准电阻27都直接与万用表输入端子连接，因此不会引入切换开关的误差。本发明通过对万用表校准源电路的改进同时结合对万用表校准源电路板的改进， 简化电路的同时更方便了测量，通过变换本发明实施例的万用表校准源插入万用表输入端子的位置关系，大大简化了功能切换电路，降低了对功能切换开关的性能要求，因此在保证整体性能不变的条件下可以减小体积、降低成本，方便携带，由电池供电，使用更加方便。在测试台式四端子万用表时，本发明的万用表校准源可以实现即插即测，使用非常方便。虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域普通技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变形和修改。
权利要求
1.一种万用表校准源，其特征在于包括一个电路板、四个电连接端、一个用于校准万用表的第一校准电路、一个用于校准万用表的第二校准电路，所述四个电连接端呈正方形分布，固定安装在所述的电路板上，所述第一校准电路连接在一对电连接端之间，所述第二校准电路连接在又一对电连接端之间。
2.根据权利要求1所述的校准源，其特征在于所述四个电连接端分别由四个香蕉插头构成，所述四个香蕉插头呈正方形分布、固定安装在电路板的同一侧面。
3.根据权利要求2所述的校准源，其特征在于还有一对电连接端之间连接有一个用于校准万用表的第三校准电路。
4.根据权利要求3所述的校准源，其特征在于所述第一校准电路包括一个标准电容、 一个接线端子和一个手动开关，所述电容连接在所述的一对电连接端之间，所述的手动开关的第一连接态使所述的接线端子的一端连接所述一对电连接端中的一个，使所述的接线端子的另一个端连接所述一对点连接端中的另一个，所述的手动开关的第二连接态使一个标准电压源与所述标准电容并联，所述的手动开关的第三连接态是悬空态。
5.根据权利要求4所述的校准源，其特征在于所述第二校准电路是一个短路器，所述第三校准电路是一个标准电阻。
6.根据权利要求5所述的校准源，其特征在于所述标准电压源包括一个电压基准芯片，所述的电压基准芯片的一个标准电压输出端通过所述手动开关连接到所述标准电容的一端，所述的电压基准芯片的负电源端通过所述手动开关连接到所述标准电容的另一端， 所述电压基准芯片由一个电池供电。
7.根据权利要求6所述的校准源，其特征在于所述电路板包括尺寸相同、按上下结构相互固定安装的上电路板和下电路板，所述四个香蕉插头安装在所述下电路板的外侧面， 所述短路器、所述标准电阻、所述标准电容，所述手动开关置于所述下电路板的内侧面，所述电池、所述的接线端子安装在所述上电路板的外侧面，所述上电路板和所述下电路板通过一组接插件实现电气连接。
8.根据权利要求7所述的校准源，其特征在于所述上电路板和下电路板为尺寸相同的正方形的电路板，四角有安装孔，所述上电路板和下电路板利用所述的安装孔和紧固件相互固定连接。
9.根据权利要求8所述的校准源，其特征在于所述四个香蕉插头由第一香蕉插头、第二香蕉插头、第三香蕉插头和第四香蕉插头组成，所述第一香蕉插头、第二香蕉插头、第三香蕉插头和第四香蕉插头顺次排列安装在所述下电路板的外侧面的4个角上，所述第一校准电路连接在第一香蕉插头和第二香蕉插头之间、所述第二校准电路连接在第三香蕉插头和第四香蕉插头之间、所述第三校准电路连接在第二香蕉插头和第三香蕉插头之间。
10.根据权利要求2、3、4、5、6、8或9所述的校准源，其特征在于，每两个相邻的所述香蕉插头的间距为18mm-20mm之间的一个数值。
全文摘要
本发明提供一种万用表校准源，包括一个电路板(21)、四个电连接端(22)、(23)、(24)，(25)，一个用于校准万用表的第一校准电路(26)、一个用于校准万用表的第二校准电路(27)，四个电连接端(22)、(23)、(24)，(25)呈正方形分布，固定安装在电路板(21)上，第一校准电路(26)连接在电连接端(22)和电连接端(23)之间，第二校准电路(27)连接在电连接端(23)和电连接端(24)之间。本发明的万用表校准源解决了现有技术校准源体积大，不易携带和不方便使用的技术问题，提供了一种体积小巧，方便携带的万用表校准源，在测试台式四端子万用表时，本发明的万用表校准源可以实现即插即测，使用非常方便。
文档编号G01R35/00GK102466788SQ20101053486
公开日2012年5月23日 申请日期2010年11月3日 优先权日2010年11月3日
发明者李维森, 王悦, 王铁军 申请人:北京普源精电科技有限公司
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