一種寬溫度寬量程高精度低成本的電阻測量儀的製作方法

2023-06-01 14:45:41

專利名稱：一種寬溫度寬量程高精度低成本的電阻測量儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電阻的測量儀，尤其是一種測試環境溫度變化範圍較大、被測電阻值範圍較寬的條件下進行高精度低成本的電阻測量儀。
背景技術：
目前電阻的測量方法主要有萬用表測量法、四線制恆流法、恆壓測試法以及大脈衝電流測量法等。萬用表測量法採用兩線制測量，被測電阻與測試導線串聯，當被測電阻比較小時測量線電阻以及接觸電阻就不能被忽略；四線制恆流法可以排除測試導線電阻和接觸電阻對測量結果的影響，但測量精度取決於恆流源的穩定性，特別是高阻值測量時所需的測試電流很小，受環境溫度變化的影響很難保持穩定，所以該方法只適合對低阻值和中阻值的高精度測量；恆壓測試法在測量小電阻時會產生很大的電流，導致被測電阻自身發熱引起阻值變化而降低測量精度，所以不適合低阻值的測量；大脈衝電流測量法可以控制流過被測電阻的平均電流，降低被測電阻自身發熱而引起的問題，但由於流過被測器件的電流是一脈動電流，這種方法只適合於純電阻的測量，不適合對感性器件的測試；除此之外，電阻一般採用施加直流信號的方式進行測量，而直流通路中不可避免地存在失調，並且該失調對環境溫度相當敏感，為了提高測量精度只能使用價格昂貴的器件或者採用複雜的溫度補償措施。

實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是提出一種寬溫度寬量程高精度低成本的電阻測量儀。本實用新型所採用的技術方案為一種寬溫度寬量程高精度低成本的電阻測量儀，包括信號採集模塊以及測量處理模塊，所述的信號採集模塊包括測試電壓源&、限流電阻Ro、四線測量端、運放、電流驅動、標準電阻Rs、切換開關以及被測電阻Rx ；測量處理模塊包括信號調理、AD轉換、鍵盤與顯示以及主控單元，所述的信號採集模塊的輸出端連接測量處理模塊的輸入端。進一步具體的說，本實用新型所述的信號採集模塊中測試電壓源&與限流電阻 Ro串聯後連接到四線測量端的HD端子，四線測量端的LD端同時連接到運放的「-」端和標準電阻Rs的一端，標準電阻Rs的另一端和運放的輸出端之間連接一個電流驅動器，運放的 「+」端與地相連，被測電阻Rx跨接在四線測量端高端HD、HS和低端LS、LD之間，四線測量端HS、LS的兩端以及標準電阻Rs的兩端分別連接到切換開關的Vxl、Vx2、VSl、VS2四個輸入端，切換開關的開關控制信號端與測量處理模塊中的主控單元相連，切換開關輸出的電壓信號Ul與測量處理模塊中的信號調理部分相連。本實用新型提出的電阻測量方法是通過以下5個步驟完成一次測量(1)主控單元發出開關控制信號使切換開關選擇Vxl和Vx2兩端之間的正向電壓信號Ul，將其送入到信號調理部分處理，並通過AD轉換得到測量結果Udl ；[0008](2)主控單元發出開關控制信號使切換開關選擇Vx2和Vxl兩端之間的反向電壓信號Ul，將其送入到信號調理部分處理，並通過AD轉換得到測量結果Ud2 ；(3)主控單元發出開關控制信號使切換開關選擇Vsl和Vs2兩端之間的正向電壓信號Ul，將其送入到信號調理部分處理，並通過AD轉換得到測量結果Ud3 ；(4)主控單元發出開關控制信號使切換開關選擇Vs2和Vsl兩端之間的反向電壓信號Ul，將其送入到信號調理部分處理，並通過AD轉換得到測量結果Ud4 ；(5)主控單元利用公式Rx = (Udl-Ud2)/(Ud3-Ud4) XRs計算被測電阻。本實用新型的有益效果是1、被測器件的電壓信號與電流信號輪流採樣，降低了對測試電壓源的要求，提高了測量結果的穩定性；2、採用信號正、反向同時測量，可有效消除因環境溫度變化而導致測量電路參數變化而對測量結果產生的影響；3、可以用較小的測試電流來測量電阻，降低被測電阻自身發熱問題，提高測量精度；4、可以採用低成本器件實現高精度測量。
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。

圖1是本實用新型的結構示意方框圖；圖2是本實用新型的信號採集模塊工作原理圖；圖3是本實用新型的測量處理模塊原理示意圖。圖中1、信號採集模塊；2、測量處理模塊。
具體實施方式
現在結合附圖和優選實施例對本實用新型作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本實用新型的基本結構，因此其僅顯示與本實用新型有關的構成。如圖1所示的一種寬溫度寬量程高精度低成本的電阻測量儀，包括信號採集模塊以及測量處理模塊。其中信號採集模塊在測量處理模塊送出的開關控制信號控制下分別採樣被測電阻Rx兩端的正向電壓、反向電壓、標準電阻Rs兩端的正向電壓、反向電壓並送測量處理模塊進行處理；測量處理模塊對信號採集模塊送入的四個採集電壓信號進行測量並完成被測電阻值的計算。本實用新型所述的信號採集模塊工作原理圖如圖2所示信號採集模塊1包含測試電壓源h、限流電阻Ro、四線測量端、運放、電流驅動器、 標準電阻Rs、切換開關以及被測電阻Rx，被測電阻Rx跨接在四線測量端高端(HD、HS)和低端(LS、LD)之間。測試電壓源h與限流電阻Ro、被測電阻Rx串聯後連接到運放的「_"端並形成測試電流Ix，根據運放具有虛短的特性，該測試電流Ix ^ Es/(Ro+Rx)；又根據運放具有虛斷的特性，流過標準電阻Rs的電流Is ^ Ix ；由此得到以下四個公式被測電阻兩端正向電壓+Ux = Vxl-Vx2 = IxXRx (1)被測電阻兩端正向電壓-Ux = Vx2-Vxl = -IxXRx (2)被測電阻兩端正向電壓+Us = Vsl-Vs2 ^ IxXRs (3)被測電阻兩端正向電壓-Us = Vs2_Vsl ^ -IxXRs (4)
4[0026]在開關控制信號的作用下通過切換開關輪流送出上述四個電壓採樣輸出信號U1。 圖2中的限流電阻Ro可以限制最大允許的測試電流，降低被測電阻自身發熱問題；根據被測電阻Rx的阻值範圍由主控單元控制接入不同的標準電阻Rs可以實現寬量程測量；為了保證運放的虛短、虛斷特性，在運放的輸出端和標準電阻Rs之間增加了電流驅動部分以提高運放的驅動能力。而測量處理模塊2包括信號調理、AD轉換、鍵盤與顯示以及主控單元等部分，如圖 3所示信號調理部分在主控單元的控制下將信號採集模塊1送來的四個電壓採樣輸出信號Ul進行適當放大處理，以滿足AD轉換部分所需的電壓幅度，用於提高測量精度；AD轉換部分在主控單元的協調控制下進行轉換後得到四個電壓測量值，分別是Udl = (+Ux X Kl+Δ Ul)/Erl(5)Ud2 = (-UxXK2+AU2)/Er2(6)Ud3 = (+UsXK3+AU3)/Er3(7)Ud4 = (-UsXK4+AU4)/Er4(8)其中K1 K4分別為測量四個電壓採樣輸出信號時整個測量通道的總增益，它包括信號調理部分和AD轉換部分的增益，因四次測量信號經過同一個測量通道處理，只要保證測量短時間內相對穩定，它們就近似相等；△ Ul ΔΜ分別為測量四個電壓採樣輸出信號整個測量通道的總失調，它包括信號調理部分和AD轉換部分的增益，同理，測量期間它們也近似相等；Erl Er4分別為測量四個電壓採樣輸出信號時提供給AD的基準電壓，同理，測量期間它們也近似相等。解由上述公式(1) (8)得到的方程組，不難得到如下公式Rx= (Udl-Ud2)/(Ud3-Ud4) XRs(9)顯而易見，被測電阻Rx的測量結果只與四個電壓測量值Udl Ud4以及標準電阻 Rs相關，而與電路其它參數無關，特別是受溫度變化敏感的電路總增益以及電路總失調，所以可以使用低成本器件實現高精度的電阻測量。此外，利用公式(9)可知被測電阻Rx與測試電壓源Es、限流電阻Ro無關，所以可以採用較小的測試電流Ix來測量電阻，降低被測電阻自身發熱問題，提高測量精度。以上說明書中描述的只是本實用新型的具體實施方式
，各種舉例說明不對本實用新型的實質內容構成限制，所屬技術領域的普通技術人員在閱讀了說明書後可以對以前所述的具體實施方式
做修改或變形，而不背離發明的實質和範圍。
權利要求1.一種寬溫度寬量程高精度低成本的電阻測量儀，包括信號採集模塊(1)以及測量處理模塊O)，其特徵在於所述的信號採集模塊(1)包括測試電壓源Es、限流電阻RO、四線測量端、運放、電流驅動、標準電阻Rs、切換開關以及被測電阻Rx ；測量處理模塊(2)包括信號調理、AD轉換、鍵盤與顯示以及主控單元，所述的信號採集模塊(1)的輸出端連接測量處理模塊O)的輸入端。
2.如權利要求1所述的寬溫度寬量程高精度低成本的電阻測量儀，其特徵在於所述的信號採集模塊⑴中測試電壓源&與限流電阻Ro串聯後連接到四線測量端的HD端子， 四線測量端的LD端同時連接到運放的「_」端和標準電阻Rs的一端，標準電阻Rs的另一端和運放的輸出端之間連接一個電流驅動器，運放的「+」端與地相連，被測電阻Rx跨接在四線測量端高端HD、HS和低端LS、LD之間，四線測量端HS、LS的兩端以及標準電阻Rs的兩端分別連接到切換開關的VXl、VX2、Vsl、Vs2四個輸入端，切換開關的開關控制信號端與測量處理模塊O)中的主控單元相連，切換開關輸出的電壓信號Ul與測量處理模塊( 中的信號調理部分相連。
專利摘要本實用新型涉及一種寬溫度寬量程高精度低成本的電阻測量儀，它包括信號採集模塊以及測量處理模塊。信號採集模塊在測量處理模塊送出的開關控制信號控制下分別採樣被測電阻Rx兩端的正向電壓、反向電壓、標準電阻Rs兩端的正向電壓、反向電壓並送測量處理模塊進行處理；測量處理模塊對信號採集模塊送入的四個採集電壓信號進行測量並完成被測電阻值的計算。本實用新型改進了測量方法，可以實現高精度低成本的電阻測量。
文檔編號G01R27/02GK201945637SQ201020693988
公開日2011年8月24日 申請日期2010年12月31日 優先權日2010年12月31日
發明者房慧龍, 李晴, 楊靜娟, 羅錦宏 申請人:房慧龍