CN108051641A - 用于测量回路电阻的测量电路 - Google Patents

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朱瑾
史赵侃
任伟宏
张科波
夏亦晗
林雯瑜
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    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant

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Abstract

本发明提供了用于测量回路电阻的测量电路，属于微电阻测量领域，测量电路包括试验电源、回路电阻、采样电路、微控制器、电压放大器、A/D转换器、仪表放大器。结合上述测量电路内各个器件的连接关系，通过采用动态校零方法测量回路电阻的电压电流，在试验电源关闭的状态时，对回路电阻的电压电流进行第一次测量，将获取到电压电流记为零点；在试验电源启动的状态时，对回路电阻的电压电流进行第二次测量，将获取到电压电流减去作为零点的电压电流后，将其除以放大倍数得到精确的电压电流，进而不受放大器温度漂移的影响，使得测量结果准确。

Description

用于测量回路电阻的测量电路
技术领域
本发明属于微电阻测量领域，特别涉及用于测量回路电阻的测量电路。
背景技术
测量回路电阻时，由于受温度、使用条件、环境等因素影响，使得放大器存在温度漂移的问题，其中，放大器的准确性直接影响着测量结果。
目前，为了能准确测量回路电阻的电压电流采用极低失调电压、昂贵的放大器，但放大器依然受外在因素的影响依然会存在温度漂移的问题，导致测量结果出现偏差。
发明内容
为了解决现有技术中存在的缺点和不足，本发明提供了通过采用动态校零方法测量回路电阻的电压电流，进而不受放大器温度漂移的影响，提高了测试结果的准确性的测量电路。
为了达到上述技术目的，本发明提供了用于测量回路电阻的测量电路，所述测量电路包括试验电源，所述试验电源上连接有回路电阻、采样电路、微控制器，所述回路电阻的输出端连接有所述采样电路，所述采样电路的输出端连接有电压放大器，所述电压放大器的输出端连接有A/D转换器，所述A/D转换器的输出端连接有所述微控制器，所述回路电阻的另一输出端连接有仪表放大器，所述仪表放大器的输出端连接有所述A/D转换器，所述仪表放大器的增益控制端连接有微控制器。
可选的，所述采样电路包括采样电阻，所述采样电阻的类型为四端子电阻。
可选的，所述电压放大器具有反相输入端和同相输入端，所述反相输入端与所述同相输入端之间设有所述采样电阻。
可选的，所述电压放大器的反相输入端与自身的输出端之间设有反馈电阻Rf，所述电压放大器的反相输入端经限流电阻R0接地。
可选的，所述仪表放大器具有同相输入端和反相输入端，所述仪表放大器的同相输入端与所述仪表放大器的反相输入端之间设有所述回路电阻。
可选的，所述A/D转换器至少有两个输入端。
可选的，所述试验电源与所述微控制器之间设有继电器。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：
结合上述测量电路内各个器件的连接关系，通过采用动态校零方法测量回路电阻的电压电流，在试验电源关闭的状态时，对回路电阻的电压电流进行第一次测量，将获取到电压电流记为零点；在试验电源启动的状态时，对回路电阻的电压电流进行第二次测量，将获取到电压电流减去作为零点的电压电流后，将其除以放大倍数得到精确的电压电流，进而不受放大器温度漂移的影响，使得测量结果准确。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的用于测量回路电阻的测量电路的结构示意图；
图2是本发明提供的用于测量回路电阻的测量电路的电路连接图。
具体实施方式
为使本发明的结构和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的结构作进一步地描述。
实施例一
本发明提供了用于测量回路电阻的测量电路，所述测量电路包括试验电源，所述试验电源上连接有回路电阻、采样电路、微控制器，所述回路电阻的输出端连接有所述采样电路，所述采样电路的输出端连接有电压放大器，所述电压放大器的输出端连接有A/D转换器，所述A/D转换器的输出端连接有所述微控制器；所述回路电阻的另一输出端连接有仪表放大器，所述仪表放大器的输出端连接有所述A/D转换器，所述仪表放大器的增益控制端连接有微控制器。
在实施中，如图1所示，为了避免因用于测量电压电流的放大器存在低压失调、温度漂移的情况，进而导致测量结果出现偏差。因此，测量回路电阻的电压电流采用动态校零方法，具体对回路电阻进行两次测量，第一次测量，令微控制器关闭试验电源，在试验电源处于关闭状态时，采样电路采集回路电阻的模拟量电流，将采集到模拟量电流传输至电压放大器，电压放大器对模拟量电流进行预设倍数放大，进而放大后的模拟量电流经A/D转换器后转换成数字量电流，并将数字量电流传输至微控制器，微控制器读取数字量电流，并将该数字量电流记为零点。
同时，仪表放大器采集回路电阻的模拟量电压，由于A/D转换器存在读数预设范围，当仪表放大器采集到的模拟量电压不在A/D转换器的读数预设范围内，仪表放大器便将采集到电压经增益控制端传输至微控制器，令微控制器通过控制增益控制端对模拟量电压进行预设倍数放大，进而放大后的模拟量电压经A/D转换器转换成数字量电压，微控制器读取数字量电压，并将该数字量电压记为零点。
第二次测量，令微控制器启动试验电源，在试验电源处于启动的状态时，则试验电源输出大于100A电流，采样电阻采集回路电阻的模拟量电流，并将模拟量电流输至电压放大器，电压放大器对模拟量电流进行预设倍数放大，进而放大后的模拟量电流经A/D转换器转换成数字量电流，微控制器读取数字量电流，将数字量电流减去作为零点的数字量电流后除以预设倍数得到精确的数字量电流。
同时，仪表放大器测量回路电阻的模拟量电压，由于A/D转换器存在读数预设范围，当仪表放大器采集到的模拟量电压不在A/D转换器的读数预设范围内，仪表放大器便将采集到电压经增益控制端传输至微控制器，令微控制器通过控制增益控制端对模拟量电压进行预设倍数放大，进而放大后的模拟量电压经A/D转换器转换成数字量电压，微控制器读取数字量电压，将数字量电压减去作为零点的数字量电压后除以预设倍数得到精确的数字量电压。
由于放大器温度漂移变化较缓慢，每次对回路电阻的电压电流都需要进行两次测量，在试验电源关闭的状态时，对回路电阻的电压电流进行第一次校零测量，将获取到电压电流记为零点；在试验电源启动的状态时，对回路电阻的电压电流进行第二次测量，将获取到电压电流减去作为零点的电压电流后，将其除以放大倍数得到精确的电压电流，进而不受放大器温度漂移的影响，提高了测量结果准确性。
可选的，所述采样电路包括采样电阻，所述采样电阻的类型为四端子电阻。
在实施中，采样电路的类型诸多，典型的采样电路为采样电阻，采样电阻用于采集回路电阻的电流。本实施例的采样电阻为低温漂锰铜材料制作的0.75mΩ四端子电阻，最大采样电流100A。如图2所示，采样电阻R1具有四个输出端，分别为第一输出端、第二输出端、第三输出端、第四输出端，采样电阻R1的第一输出端经回路电阻R2连接试验电源的输入端，采样电阻R1的第二输出端连接试验电源的另一个输入端，采样电阻R1的第三端连接电压放大器U1的同相输入端，采样电阻R1的第四端连接电压放大器U1的反相输入端，采样电阻R1通过第一输出端、第二输出端采集到回路电阻R2的模拟量电流，采样电阻R1通过第三端、第四端将采集到模拟量电流传输至电压放大器U1。
可选的，所述电压放大器具有反相输入端和同相输入端，所述反相输入端与所述同相输入端之间设有所述采样电阻。
在实施中，为了获取回路电阻的电流，根据上述可知，采样电阻R1用于收集回路电阻R2的模拟量电流，因此，在电压放大器U1的反相输入端与同相输入端之间设有采样电阻R1，进而电压放大器U1通过反相输入端和同相输入端获取到模拟量电流，并将获取到的模拟量电流进行预设倍数放大。
可选的，所述电压放大器的反相输入端与自身的输出端之间设有反馈电阻Rf，所述电压放大器的反相输入端经限流电阻R0接地。
在实施中，电压放大器U1是同相电压放大器，电压放大器U1的闭环增益是由反相输入端与输出端之间连接反馈电阻Rf和限流电阻R0的决定，输入信号Ui加到电压放大器U1的同相输入端，输出电压Uo的相位与输出信号Ui相同，闭环放大倍数A＝1+Rf/R0，电压放大器对模拟量电流进行预设倍数放大，使得放大后的模拟量电流在A/D转换器的读数范围内，进而A/D转换器将其转成数字量。其中，根据测量需求，预设倍数取值范围为1～1000倍。
可选的，所述仪表放大器具有同相输入端和反相输入端，所述仪表放大器的同相输入端与所述仪表放大器的反相输入端之间设有所述回路电阻。
在实施中，为了获取回路电阻的模拟量电压，由于仪表放大器不同于电压放大器，仪表放大器可以直接获取回路电阻的电压，因此，在仪表放大器的同相输入端和反相输入端设有回路电阻，并将获取到的回路电阻的模拟量电压进行预设倍数放大。如图2所示，仪表放大器U2的同相输入端和反相输入端分别与回路电阻R2的两端相连，仪表放大器U2的电压参考端REF接地，仪表放大器U2的增益控制端A1/A0连接微控制器。
其中，仪表放大器U2是一个特殊的差动放大器，具有超高输入阻抗，极其良好的共模压制比，低输入偏移，低输出阻抗，能放大那些在共模电压下的信号。它是一种具有差分输入和相对参考端输出的闭环增益组件。仪表放大器U2的两个差分输入端施加输入信号，其增益即可由内部预置，也可由用户通过引脚内部设置或者通过与输入信号隔离的外部增益电阻预置。
可选的，所述A/D转换器至少有两个输入端。
在实施中，A/D转换器的类型诸多，本实施例A/D转换器16位AD7656，具体6个A/D转换通道，此处只用了两个通道。如图2所示，A/D转换器U3的V1输入端连接仪表放大器U2的输出端OUT，A/D转换器U3的V2输入端连接电压放大器U1的输出端，A/D转换器U3的接地端接地，A/D转换器U3的CONVST启动端、/RD读控制线端、DB8～DB15数据总线端连接微控制器，其中，A/D转换器U3通过V1输入端接收仪表放大器U2放大后的模拟量电压，A/D转换器U3将接收到的模拟量电压转换成数字量电压，并由微控制器读取该数字量电压；A/D转换器U3通过V2输入端接收电压放大器U1放大后的模拟量电流，将放大后的模拟量电流转换成数字量电流，令微控制器读取数字量电流。
可选的，所述试验电源与所述微控制器之间设有继电器。
在实施中，微控制器通过控制继电器控制试验电源的启动和关闭，继电器包括线圈和触点，当微控制器使得继电器的线圈和触点断开时，进而关闭了试验电源，当微控制器使得继电器的线圈和触点闭合时，进而启动了试验电源。
在试验电源与微控制器之间还可以设有其他具有开关功能的装置，此处不复赘述。
本发明提供了用于测量回路电阻的测量电路，测量电路包括试验电源、回路电阻、采样电路、微控制器、电压放大器、A/D转换器、仪表放大器。结合上述测量电路内各个器件的连接关系，通过采用动态校零方法测量回路电阻的电压电流，在试验电源关闭的状态时，对回路电阻的电压电流进行第一次测量，将获取到电压电流记为零点；在试验电源启动的状态时，对回路电阻的电压电流进行第二次测量，将获取到电压电流减去作为零点的电压电流后，将其除以放大倍数得到精确的电压电流，进而不受放大器温度漂移的影响，使得测量结果准确。
上述实施例中的各个序号仅仅为了描述，不代表各部件的组装或使用过程中的先后顺序。
以上所述仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.用于测量回路电阻的测量电路，所述测量电路包括试验电源，其特征在于，所述试验电源上连接有回路电阻、采样电路、微控制器，所述回路电阻的输出端连接有所述采样电路，所述采样电路的输出端连接有电压放大器，所述电压放大器的输出端连接有A/D转换器，所述A/D转换器的输出端连接有所述微控制器，所述回路电阻的另一输出端连接有仪表放大器，所述仪表放大器的输出端连接有所述A/D转换器，所述仪表放大器的增益控制端连接有微控制器。
2.根据权利要求1所述的用于测量回路电阻的测量电路，其特征在于，所述采样电路包括采样电阻，所述采样电阻的类型为四端子电阻。
3.根据权利要求2所述的用于测量回路电阻的测量电路，其特征在于，所述电压放大器具有反相输入端和同相输入端，所述反相输入端与所述同相输入端之间设有所述采样电阻。
4.根据权利要求1所述的用于测量回路电阻的测量电路，其特征在于，所述电压放大器的反相输入端与自身的输出端之间设有反馈电阻Rf，所述电压放大器的反相输入端经限流电阻R0接地。
5.根据权利要求1所述的用于测量回路电阻的测量电路，其特征在于，所述仪表放大器具有同相输入端和反相输入端，所述仪表放大器的同相输入端与所述仪表放大器的反相输入端之间设有所述回路电阻。
6.根据权利要求1所述的用于测量回路电阻的测量电路，其特征在于，所述A/D转换器至少有两个输入端。
7.根据权利要求1所述的用于测量回路电阻的测量电路，其特征在于，所述试验电源与所述微控制器之间设有继电器。
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