专利名称：宽温度宽量程高精度低成本的电阻测量方法
技术领域：
本发明涉及一种电阻的测量方法，尤其是一种测试环境温度变化范围较大、被测 电阻值范围较宽的条件下进行高精度低成本的电阻测量方法。
背景技术：
目前电阻的测量方法主要有万用表测量法、四线制恒流法、恒压测试法以及大脉 冲电流测量法等。万用表测量法采用两线制测量，被测电阻与测试导线串联，当被测电阻 比较小时测量线电阻以及接触电阻就不能被忽略；四线制恒流法可以排除测试导线电阻和 接触电阻对测量结果的影响，但测量精度取决于恒流源的稳定性，特别是高阻值测量时所 需的测试电流很�。芑肪澄露缺浠挠跋旌苣驯３治榷ǎ愿梅椒ㄖ皇屎隙缘妥柚岛� 中阻值的高精度测量；恒压测试法在测量小电阻时会产生很大的电流，导致被测电阻自身 发热引起阻值变化而降低测量精度，所以不适合低阻值的测量；大脉冲电流测量法可以控 制流过被测电阻的平均电流，降低被测电阻自身发热而引起的问题，但由于流过被测器件 的电流是一脉动电流，这种方法只适合于纯电阻的测量，不适合对感性器件的测试；除此之 外，电阻一般采用施加直流信号的方式进行测量，而直流通路中不可避免地存在失调，并且 该失调对环境温度相当敏感，为了提高测量精度只能使用价格昂贵的器件或者采用复杂的 温度补偿措施。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提出一种宽温度宽量程高精度低成本的电阻测量方 法。本发明所采用的技术方案为一种宽温度宽量程高精度低成本的电阻测量方法， 包括信号采集�？橐约安饬看砟？椋龅男藕挪杉？榘ú馐缘缪乖碋s、限流电阻 Ro、四线测量端、运放、电流驱动、标准电阻Rs、切换开关以及被测电阻Rx;测量处理�？榘� 括信号调理、AD转换、键盘与显示以及主控单元，信号采集�？樵诓饬看砟？樗统龅目� 控制信号控制下分别采样被测电阻Rx两端的正向电压、反向电压、标准电阻Rs两端的正向 电压、反向电压并送测量处理模块进行处理；测量处理模块对信号采集�？樗腿氲乃母霾� 集电压信号进行测量并完成被测电阻值的计算。进一步具体的说，本发明所述的信号采集�？橹胁馐缘缪乖碋s与限流电阻Ro串 联后连接到四线测量端的HD端子，四线测量端的LD端同时连接到运放的“-”端和标准电阻 Rs的一端，标准电阻Rs的另一端和运放的输出端之间连接一个电流驱动器，运放的“ + ”端 与地相连，被测电阻Rx跨接在四线测量端高端HD、HS和低端LS、LD之间，四线测量端HS、 LS的两端以及标准电阻Rs的两端分别连接到切换开关的Vxl、Vx2、VsU Vs2四个输入端， 切换开关的开关控制信号端与测量处理�？橹械闹骺氐ピ嗔谢豢厥涑龅牡缪剐藕� Ul与测量处理�？橹械男藕诺骼聿糠窒嗔�。更进一步的说，本发明提出的电阻测量方法是通过以下5个步骤完成一次测量
(1)主控单元发出开关控制信号使切换开关选择Vxl和Vx2两端之间的正向电压 信号Ul，将其送入到信号调理部分处理，并通过AD转换得到测量结果Udl ；(2)主控单元发出开关控制信号使切换开关选择Vx2和Vxl两端之间的反向电压 信号Ul，将其送入到信号调理部分处理，并通过AD转换得到测量结果Ud2 ；(3)主控单元发出开关控制信号使切换开关选择Vsl和Vs2两端之间的正向电压 信号Ul，将其送入到信号调理部分处理，并通过AD转换得到测量结果Ud3 ；(4)主控单元发出开关控制信号使切换开关选择Vs2和Vsl两端之间的反向电压 信号Ul，将其送入到信号调理部分处理，并通过AD转换得到测量结果Ud4 ；(5)主控单元利用公式Rx = (Udl-Ud2)/(Ud3-Ud4) XRs计算被测电阻。本发明的有益效果是1、被测器件的电压信号与电流信号轮流采样，降低了对测 试电压源的要求，提高了测量结果的稳定性；2、采用信号正、反向同时测量，可有效消除因 环境温度变化而导致测量电路参数变化而对测量结果产生的影响；3、可以用较小的测试电 流来测量电阻，降低被测电阻自身发热问题，提高测量精度；4、可以采用低成本器件实现高 精度测量。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1是本发明的结构示意方框图；图2是本发明的信号采集�？楣ぷ髟硗迹煌�3是本发明的测量处理�？樵硎疽馔迹煌贾�1、信号采集模块；2、测量处理�？�。
具体实施例方式现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的 示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。如图1所示的一种宽温度宽量程高精度低成本的电阻测量方法的架构，包括信号 采集�？橐约安饬看砟？�。其中信号采集�？樵诓饬看砟？樗统龅目乜刂菩藕趴刂� 下分别采样被测电阻Rx两端的正向电压、反向电压、标准电阻Rs两端的正向电压、反向电 压并送测量处理�？榻写恚徊饬看砟？槎孕藕挪杉？樗腿氲乃母霾杉缪剐藕沤� 行测量并完成被测电阻值的计算。本发明所述的信号采集�？楣ぷ髟硗既缤�2所示信号采集模块1包含测试电压源Es、限流电阻Ro、四线测量端、运放、电流驱动器、 标准电阻Rs、切换开关以及被测电阻Rx，被测电阻Rx跨接在四线测量端高端(HD、HS)和低 端(LS、LD)之间。测试电压源Es与限流电阻Ro、被测电阻Rx串联后连接到运放的“-”并 形成测试电流Ix，根据运放具有虚短的特性，该测试电流Ix ^ Es/(Ro+Rx)；又根据运放具 有虚断的特性，流过标准电阻Rs的电流Is ^ Ix ；由此得到以下四个公式被测电阻两端正向电压+Ux = Vxl-Vx2 = IxXRx (1)被测电阻两端正向电压-Ux = Vx2-Vxl = -IxXRx (2)被测电阻两端正向电压+Us = Vsl-Vs2 ^ IxXRs (3)
被测电阻两端正向电压-Us = Vs2~Vsl ^ -IxXRs (4)在开关控制信号的作用下通过切换开关轮流送出上述四个电压采样输出信号U1。 图2中的限流电阻Ro可以限制最大允许的测试电流，降低被测电阻自身发热问题；根据被 测电阻Rx的阻值范围由主控单元控制接入不同的标准电阻Rs可以实现宽量程测量；为了 保证运放的虚短、虚断特性，在运放的输出端和标准电阻Rs之间增加了电流驱动部分以提 高运放的驱动能力。而测量处理�？�2包括信号调理、AD转换、键盘与显示以及主控单元等部分，如图 3所示信号调理部分在主控单元的控制下将信号采集�？�1送来的四个电压采样输出 信号Ul进行适当放大处理，以满足AD转换部分所需的电压幅度，用于提高测量精度；AD转 换部分在主控单元的协调控制下进行转换后得到四个电压测量值，分别是Udl= (+Ux X Kl+Δ Ul)/Erl (5)Ud2 = (-UxXK2+AU2)/Er2(6)
Ud3 = (+Us X K3+ Δ U3) /Er3 (7)Ud4 = (-Us X K4+ Δ U4) /Er4 (8)其中K1 K4分别为测量四个电压采样输出信号时整个测量通道的总增益，它包 括信号调理部分和AD转换部分的增益，因四次测量信号经过同一个测量通道处理，只要保 证测量短时间内相对稳定，它们就近似相等AUl ΔΜ分别为测量四个电压采样输出信 号整个测量通道的总失调，它包括信号调理部分和AD转换部分的增益，同理，测量期间它 们也近似相等；Erl Er4分别为测量四个电压采样输出信号时提供给AD的基准电压，同 理，测量期间它们也近似相等。解由上述公式(1) (8)得到的方程组，不难得到如下公 式Rx= (Udl-Ud2)/(Ud3-Ud4) XRs (9)显而易见，被测电阻Rx的测量结果只与四个电压测量值Udl Ud4以及标准电阻 Rs相关，而与电路其它参数无关，特别是受温度变化敏感的电路总增益以及电路总失调，所 以可以使用低成本器件实现高精度的电阻测量。此外，利用公式(9)可知被测电阻Rx与测 试电压源Es、限流电阻Ro无关，所以可以采用较小的测试电流Ix来测量电阻，降低被测电 阻自身发热问题，提高测量精度。以上说明书中描述的只是本发明的具体实施方式
，各种举例说明不对本发明的实 质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后可以对以前所述的具体 实施方式做修改或变形，而不背离发明的实质和范围。
权利要求
一种宽温度宽量程高精度低成本的电阻测量方法，包括信号采集�？�(1)以及测量处理模块(2)，其特征在于所述的信号采集�？�(1)包括测试电压源Es、限流电阻Ro、四线测量端、运放、电流驱动、标准电阻Rs、切换开关以及被测电阻Rx；测量处理�？�(2)包括信号调理、AD转换、键盘与显示以及主控单元，信号采集�？�(1)在测量处理�？�(2)送出的开关控制信号控制下分别采样被测电阻Rx两端的正向电压、反向电压、标准电阻Rs两端的正向电压、反向电压并送测量处理�？�(2)进行处理；测量处理�？�(2)对信号采集�？�(1)送入的四个采集电压信号进行测量并完成被测电阻值的计算。
2.如权利要求1所述的宽温度宽量程高精度低成本的电阻测量方法，其特征在于所 述的信号采集�？棰胖胁馐缘缪乖碋s与限流电阻Ro串联后连接到四线测量端的HD端 子，四线测量端的LD端同时连接到运放的“-”端和标准电阻Rs的一端，标准电阻Rs的另 一端和运放的输出端之间连接一个电流驱动器，运放的“+”端与地相连，被测电阻Rx跨接 在四线测量端高端HD、HS和低端LS、LD之间，四线测量端HS、LS的两端以及标准电阻Rs的 两端分别连接到切换开关的VXl、VX2、Vsl、Vs2四个输入端，切换开关的开关控制信号端与 测量处理�？�(2)中的主控单元相连，切换开关输出的电压信号Ul与测量处理模块(2)中 的信号调理部分相连。
3.如权利要求1所述的宽温度宽量程高精度低成本的电阻测量方法，其特征在于所 述的测量处理�？�(2)通过5个步骤完成一次电阻测量第1步是主控单元发出开关控制 信号使切换开关选择Vxl和Vx2两端之间的正向电压信号U1，将其送入到信号调理部分处 理，并通过AD转换得到测量结果Udl ；第2步是主控单元发出开关控制信号使切换开关选 择Vx2和Vxl两端之间的反向电压信号Ul，将其送入到信号调理部分处理，并通过AD转换 得到测量结果Ud2 ；第3步是主控单元发出开关控制信号使切换开关选择Vsl和Vs2两端 之间的正向电压信号U1，将其送入到信号调理部分处理，并通过AD转换得到测量结果Ud3; 第4步是主控单元发出开关控制信号使切换开关选择Vs2和Vsl两端之间的反向电压信号 Ul，将其送入到信号调理部分处理，并通过AD转换得到测量结果Ud4 ；第5步是主控单元利 用公式Rx = (Udl-Ud2)/(Ud3-Ud4) XRs计算被测电阻。
全文摘要
本发明涉及一种宽温度宽量程高精度低成本的电阻测量方法，它包括信号采集模块以及测量处理�？�。信号采集�？樵诓饬看砟？樗统龅目乜刂菩藕趴刂葡路直鸩裳徊獾缱鑂x两端的正向电压、反向电压、标准电阻Rs两端的正向电压、反向电压并送测量处理�？榻写恚徊饬看砟？槎孕藕挪杉？樗腿氲乃母霾杉缪剐藕沤胁饬坎⑼瓿杀徊獾缱柚档募扑�。本发明改进了测量方法，可以实现高精度低成本的电阻测量。
文档编号G01R31/00GK101887092SQ20101021161
公开日2010年11月17日 申请日期2010年6月25日 优先权日2010年6月25日
发明者房慧龙, 李晴, 杨静娟, 罗锦宏 申请人:房慧龙
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