CN110161313A - 一种微差法与比例法结合的电阻高精度测量***与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微差法与比例法结合的电阻高精度测量***与方法，其中***包括：恒流源、参考电阻、第一差分放大器、可编程增益放大器、模数转换器、微处理器、数模转换器和被测电阻接口；被测电阻接口接入被测电阻；参考电阻与被测电阻串联构成串联支路，连接于恒流源和地之间；第一差分放大器的两个输入端分别与参考电阻两端连接，输出端与模数转换器的电压参考端连接；可编程增益放大器，第一输入端用于接入被测电阻的对地单端电压，第二输入端被控地与数模转换器的模拟输出端或地连接，输出端与模数转换器的模拟输入端连接，模数转换器和数模转换器的数字输出端均与微处理器连接；本发明***能克服电源波动影响，成本低、测量精度高。

Description

一种微差法与比例法结合的电阻高精度测量***与方法
技术领域
本发明涉及传感器与检测技术及仪器仪表领域，具体属于一种微差法与比例法结合的低成本高精度电阻测量***与方法。
背景技术
电阻的准确测量是电阻型传感器实现高精度测量的基础。电阻型传感器在实际工程中应用非常之多，其中需要对传感的电阻进行高精度测量的场合也常见。
在自动检测***中，对电阻的高精度测量多采用数字化测量方式，测量装置一般都包含有微处理器(CPU)、模数转换器(ADC)、信号输入电路。数字化测量***的精度则主要取决于ADC的精度或位数，一般位数越多，***分辨力越高、精度越高，但价格也越高。以美国TI公司MSP430F系列的微控制器为例，含12位ADC的MSP430F5524的价格比含10位ADC的MSP430F5510的价格要高出许多，两者的性能参数基本相同，但前者的千片价格为3.05$，后者为1.70$(两者仅非易失存储器的参数不同，通过比较MSP430G2755和MSP430G2855，易知存储器方面对价格的影响较小)。测量***中常常需要使用数模转换器(DAC)，但DAC的价格相对ADC而言较为低廉，8位DAC如DAC101S101、10位DAC如DAC081S101价格在0.5$左右(上述价格数据均来自器件公司的网上报价)。由此可见，数字化测量***的精度、成本很大程度上是受ADC影响。这种情况造成实际应用中对电阻的高精度测量要求受到用户或厂商的低成本要求的制约，因此，如何以低成本实现高性能的问题就成为基于电阻测量的检测***研发所需要着重解决的一个关键问题。
现有的自动检测***，一般采用的是数字化电测技术，其实质仍是通过对能反映电阻变化的相应电压变化信号的测量来实现。在传感器与测量技术领域，为了减小或消除测量误差，常常采用替代法、比例法和微差法等方法来提高或改善测量精度，虽然每种方法各有其特点，但均存在相应的技术缺陷：
比例测量法(简称比例法)是利用被测量与已知量的比例关系计算确定被测量的量值的一种方法。应用时将被测电阻与已知标准电阻串联，利用两电阻的端电压和两电阻阻值的比例关系即可求出被测电阻阻值，电路简单，成本较低。以其实现高精度测量的优点是只有保证流过被测电阻与参考电阻串联支路的电流在短期内稳定，对具体数值却没有高要求。另外，以该方法实现高精度测量的条件实际还是包括了对电压测量的高精度要求。
微差测量法(简称微差法)是将被测量与同它只有微小差别的已知其量值的同种量或同性质标准量相比较，通过测量这两个量值之间的差值以确定被测量的量值的测量方法。用这种方法测量时，只需测量两者的差值，并且由于标准量的误差很小，因此即使采用精度相对低的测量仪表，也能获得高的测量精度。采用精度相对低的测量仪表可以获得精度相对高的测量结果，这是微差法的主要优点。但是该方法在实际中是受到限制的，因为要获得与被测量相差很小的同类标准量是不容易的，有时是得不到的。
因此，单一使用比例法或微差法均很难在实现高精度电阻测量的同时又能降低测量***的成本。
发明内容
针对上述问题本发明提供一种微差法与比例法结合的电阻测量***与方法，实现高精度电阻测量的同时又能降低测量***的成本。
为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：
一种微差法与比例法结合的电阻高精度测量***，包括恒流源、参考电阻、第一差分放大器、可编程增益放大器、模数转换器、微处理器、数模转换器和被测电阻接口；
所述被测电阻接口，用于接入被测电阻；
所述参考电阻与被测电阻串联构成串联支路，所述串联支路的一端与所述恒流源连接，所述串联支路的另一端接地；
所述第一差分放大器的两个输入端分别与所述参考电阻的两端连接，输出端与所述模数转换器的电压参考端连接；
所述可编程增益放大器，第一输入端用于接入所述被测电阻的对地单端电压，第二输入端被控地与数模转换器的模拟输出端连接或与地连接，可编程增益放大器的输出端与模数转换器的模拟输入端连接；所述被测电阻的对地单端电压，与被测电阻两端的电势差对应；
模数转换器的数字输出端和数模转换器的数字输入端均与微处理器连接。
本发明采用参考电阻与被测电阻串联构建串联支路，并由恒流源供电，然后巧妙地利用第一差分放大器、可编程增益放大器、模数转换器以及数模转换器的连接关系，以采用比例法与微差法相结合对被测电阻进行测量，从而可以将两个串联电阻的电压和电阻的比例关系转化为：第一差分放大器与可编程增益放大器之间的比例关系以及模数转换器的转换结果与其最大转换输出值之间的比例关系，进而将被测电阻的阻值与参考电阻的阻值、第一差分放大器的放大倍数、可编程增益放大器的放大倍数以及模数转换器的最大转换输出值建立关系，从而能克服被测电阻因电流变化对测量精度的影响以及电源波动对模数转换结果的影响；同时可降低对测量***中模数转换器的精度要求，并且有效提高对被测电阻的测量精度。
正由于本发明对恒流源的精度和稳定性要求低、对模数转换器的位数要求低，因此本发明还可有效降低测量***的构建成本。
进一步地，所述恒流源、参考电阻、被测电阻和地，依次连接形成所述串联支路；所述可编程增益放大器的第一输入端与被测电阻的非接地端连接；
或者，
所述***还包括第二差分放大器，所述恒流源、被测电阻、参考电阻和地，依次连接形成所述串联支路；所述第二差分放大器，两个输入端分别与被测电阻的两端连接，输出端与所述可编程增益放大器的第一输入端连接。
进一步地，数模转换器的电压参考端与第一差分放大器的输出端连接。
使ADC和DAC的参考电压为同一基准(第一差分放大器的输出电压UREF)，从而消除因被测电阻的工作电流变化或数值不准确、以及ADC与DAC的参考电压及其变化不同所带来的电阻测量误差，即是说可以克服电源波动对被测电阻高精度测量的影响。
进一步地，所述可编程增益放大器的控制端与微处理器连接，且可编程增益放大器由所述微处理器设置放大倍数。
进一步地，所述可编程增益放大器的放大倍数满足：可编程增益放大器输出的电压值小于模数转换器的最大转换值。
进一步地，还包括第一开关元件，所述第一开关元件的控制端与微处理器连接，用于微处理器控制可编程增益放大器的第二输入端与数模转换器的模拟输出端连接或与地连接；和/或，
还包括第二开关元件，所述第二开关元件的控制端与微处理器连接，用于微处理器控制第一差分放大器的输出端与模数转换器的电压参考端之间的通断；和/或，
还包括第三开关元件，所述第三开关元件的控制端与微处理器连接，用于微处理器控制第一差分放大器的输出端与数模转换器的电压参考端之间的通断。
一种微差法与比例法结合的电阻高精度测量方法，包括以下步骤：
步骤1，将被测电阻接入到上述任一***的被测电阻接口，其中可编程增益放大器的第二输入端与地连接；
步骤2，微处理器获取对应被测电阻的模数转换结果；
步骤2.1，可编程增益放大器将被测电阻的对地单端电压US放大A1倍，得到第一电压US*A1；模数转换器对得到的第一电压US*A1进行模数转换得到第一电压数字量D1；微处理器从模数转换器读取第一电压数字量D1；
步骤2.2，微处理器按数模转换器位数计算并输出一个给定电压的数字量D1′并发送给数模转换器，数模转换器对给定电压数字量D1′进行数模转换得到给定电压U1；其中， 表示向下取整，p1是模数转换器的分辨率，p2是数模转换器的分辨率，n为非负整数，且n/D1≤σ，σ＝1/10或σ＝1/8；
步骤2.3，将可编程增益放大器的第二输入端从与地连接切换至与数模转换器的模拟输出端连接；
步骤2.4，可编程增益放大器将被测电阻对地单端电压US和给定电压U1进行差分放大A2倍，得到第二电压(US-U1)*A2；模数转换器对得到的第二电压(US-U1)*A2进行模数转换得到第二电压数字量D2；微处理器从模数转换器读取第二电压数字量D2；
步骤3，微处理器按以下公式计算被测电阻的阻值RS：
式中，RN表示参考电阻的阻值，AREF表示第一差分放大器的放大倍数，DFS为模数转换器的最大转换输出数字。
进一步地，所述***还包括第一开关元件，所述第一开关元件的控制端与微处理器连接；
在执行步骤2之前，由微处理器控制第一开关元件，使可编程增益放大器的第二输入端与地连接；在步骤2.3时，由微处理器控制第一开关元件，使可编程增益放大器的第二输入端与数模转换器的模拟输出端连接。
进一步地，所述***还包括第二开关元件和第三开关元件，第二开关元件和第三开关元件的控制端均与微处理器连接；
在步骤2之前，由微处理器控制第二开关元件连通，使第一差分放大器的输出端与模数转换器的电压参考端连通；以及在步骤3之后包括，由微处理器控制第二开关元件的断开，使第一差分放大器的输出端与模数转换器的电压参考端断开；
在执行步骤2之前，由微处理器控制第三开关元件连通，使第一差分放大器的输出端与数模转换器的电压参考端连通；以及在步骤3之后包括，由微处理器控制第三开关元件的断开，使第一差分放大器的输出端与数模转换器的电压参考端断开。
进一步地，在执行步骤2.1之前，由微处理器设置可编程增益放大器的放大倍数为A1；以及在执行步骤2.2之后且步骤2.4之前，由微处理器设置可编程增益放大器的放大倍数为A2。
有益效果
本发明采用参考电阻与被测电阻串联构建串联支路，并由恒流源供电，然后巧妙地利用第一差分放大器、可编程增益放大器、模数转换器以及数模转换器的连接关系，以采用比例法与微差法相结合对被测电阻进行测量，从而可以将两个串联电阻的电压和电阻的比例关系转化为：第一差分放大器与可编程增益放大器之间的比例关系以及模数转换器的转换结果与其最大转换输出值之间的比例关系，进而将被测电阻的阻值与参考电阻的阻值、第一差分放大器的放大倍数、可编程增益放大器的放大倍数以及模数转换器的最大转换输出值建立关系，从而能克服被测电阻因电流变化对测量精度的影响以及电源波动对模数转换结果的影响；同时可降低对测量***中模数转换器的精度要求，并且有效提高对被测电阻的测量精度。
正由于本发明对恒流源的精度和稳定性要求低、对模数转换器的位数要求低，因此本发明还可有效降低测量***的构建成本。
附图说明
图1为本发明实施例一的测量***原理框图；
图2为本发明实施例一的恒流源和参考电压的设计电路图；
图3为本发明实施例一的测量装置的设计电路图；
图4为本发明实施例二的测量***原理框图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明的技术方案为依据开展，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，对本发明的技术方案作进一步解释说明。
实施例一
本实施例提供一种微差法与比例法结合的电阻测量***，其原理框图如图1所示，具体电路图如图3所示，包括被测电阻接口、恒流源、参考电阻RN、第一差分放大器Amp1、可编程增益放大器PGA、模数转换器ADC、微处理器CPU、数模转换器DAC、第一模拟开关I、第二模拟开关II和第三模拟开关III。
参考电阻的第一端与被测电阻接口的第一端连接，参考电阻的第二端与恒流源连接，被测电阻接口的第二端接地。
参考电阻的两端分别与第一差分放大器Amp1的两个输入端连接，第一差分放大器Amp1的输出端通过第二模拟开关II与模数转换器的电压参考端连接，第一差分放大器Amp1的输出端通过第三模拟开关III与数模转换器的电压参考端连接；其中，第二模拟开关II的控制端和第三模拟开关II的控制端均与微处理器连接，并由微处理器控制通断。在本实施例中记载的电压参考端，均是指模数转换器或者数模转换器的正端电压参考端VREF(+)，且负端电压参考端VREF(-)接地。
可编程增益放大器的第一输入端与被测电阻的第二端连接；可编程增益放大器的第二输入端与第一模拟开关I连接，第一模拟开关I的控制端与微处理器连接，并由微处理器控制可编程增益放大器的第二输入端与数模转换器的模拟输出端连接或与地连接，可编程增益放大器的输出端与模数转换器的模拟输入端连接；可编程增益放大器的控制端与微处理器连接，实现可编程增益放大器由所述微处理器控制放大倍数，且放大倍数满足：可编程增益放大器输出的电压值小于模数转换器的最大转换值。此处最大转换值，可以理解为，使模数转换器转换后刚好达到溢出的临界输入值。
模数转换器的数字输出端和数模转换器的数字输入端均与微处理器连接。
在本实施例中，微处理器CPU的型号为AT89C51，模数转换器ADC的型号为8位数(二进制)的ADC0809，数模转换器DAC为与模数转换器ADC同位数的MAX517，可编程增益放大器PGA由仪表放大器AD620和多路开关CD4051及电阻元件组合而成，第一差分放大器Amp1的型号为AD620，第二模拟开关II和第三模拟开关III的型号为ADG821，第一模拟开关I的型号为ADG852，电压参考源为REF2933AIDBZT，参考电阻RN选用100欧姆的锰铜电阻。
本实施例采用的恒流源，其电路为常用的电压参考源(电压基准源)器件结合集成运算放大器组成的负载接地恒流源电路实现方案，如图2所示。对于400欧姆以下的被测电阻，本实施例通过调整恒流源的输出，使参考电阻与被测电阻形成的串联支路的电流不超过10mA；对于400～1000欧姆的被测电阻，使其电流不超过5mA(对于工作电压为5V的电路而言)。
另外，本实施例中，第一差分放大器Amp1将参考电阻RN的端电压UN放大AREF倍，并变换为以模拟地电位(即零电位)为参考的单端输出电压，作为提供给模数转换器和数模转换器的共同参考电压UREF，从而可消除因被测电阻的工作电流变化或数值不确定、以及模数转换器和数模转换器的参考电压UREF及其变化不同所带来的测量误差。
其中，第一差分放大器Amp1的放大倍数AREF，根据参考电阻RN的端电压UN的幅值大小和模数转换器以及数模转换器的允许参考电压值进行设置。
相应于上述电阻高精度测量***，本实施例再进一步使用该***对被测电阻进行测量的方法进一步解释，其具体测量方法包括以下步骤：
步骤1，将被测电阻接入到权利要求1所述***的被测电阻接口；
在执行步骤2之前，需确认可编程增益放大器的第二输入端是否与地连接，若否，则需要通过微处理器控制第一模拟开关I的控制端，使可编程增益放大器的第二输入端与地连接；
在执行步骤2之前，还需要确认第一差分放大器Amp1的输出端是否与模数转换器的电压参考端以及数模转换器的电压参考端连接，若模数转换器或数模转换器中任意一个的电压参考端未与第一差分放大器Amp1的输出端连接，均需要通过微处理器控制相应的模拟开关的控制端，使模数转换器和数模转换器的电压参考端均与第一差分放大器Amp1的输出端连通，以接收第一差分放大器Amp1提供的参考电压UREF；
步骤2，微处理器获取阻值计算数据；
步骤2.1，可编程增益放大器将被测电阻的对地单端电压US放大A1倍，得到第一电压US*A1；模数转换器对得到的第一电压US*A1进行模数转换得到第一电压数字量D1；微处理器从模数转换器读取第一电压数字量D1；
在该步骤2.1之前还包括，通过微控制器与可编程增益放大器的控制端之间的连接，设置可编程增益放大器的放大倍数为A1；
步骤2.2，微处理器按数模转换器位数根据第一电压数字量D1计算并输出一个给定电压数字量D1′，并发送给数模转换器，数模转换器对给定电压数字量D1′进行数模转换得到给定电压U1；其中， 表示向下取整，p1是模数转换器的分辨率，p2是数模转换器的分辨率，n为非负整数，且n/D1≤σ，σ＝1/10或σ＝1/8；；
微处理器按上式输出给定电压数字量D1′，可使得DAC的输出电压(即给定电压U1)与被测电压Us(即被测电阻的对地单端电压US)接近但略小一点，从而形成微差以完成高精度电阻测量。
步骤2.3，通过微处理器控制第一模拟开关I的控制端，将可编程增益放大器的第二输入端从与地连接切换至与数模转换器的模拟输出端连接；
步骤2.4，可编程增益放大器将被测电阻的对地单端电压US和给定电压U1进行差分放大A2倍，得到第二电压(US-U1)*A2；模数转换器对得到的第二电压(US-U1)*A2进行模数转换得到第二电压数字量D2；微处理器从模数转换器读取第二电压数字量D2；
其中，在执行步骤2.2之后且步骤2.4之前还包括，由微处理器控制可编程增益放大器的放大倍数为A2；
在设置可编程增益放大器的放大倍数A1时，根据可编程增益放大器的增益档位进阶数值调整放大倍数，使得在执行步骤2.1的模数转换结果，即第一电压数字量D1，不产生溢出；同时为使电阻测量更精确，要求可编程增益放大器的放大倍数A1尽量更大，因此放大倍数A1还需满足：使得第一电压数字量D1的最高位尽可能为1(对于二进制模数转换器)。即是说，在本实施例中，根据可编程增益放大器的增益档位进阶数值调整放大倍数A1，在且满足第一电压数字量D1不产生溢出的情况下，放大倍数越大越好，从而使模数转换器的转换无溢出保证模数转换的准确性，而且最大程度提高电阻测量的精度。
同时，在设置可编程增益放大器的放大倍数A2时，根据测量***对测量准确度的提高，要求所对应的ADC转换数字结果的有效数字位数的增加部分，不超过ADC的自身位数(即不超过ADC的分辨能力)，PGA的放大倍数则按其增益档位进阶数(二进制或十进制)进行相应调整，并保证PGA的输出不超过ADC的输入上限或位数。
步骤3，微处理器按以下公式计算被测电阻的阻值RS：
RS＝RN*AREF*(D1′*p2/p1+D2/A2)/DFS；
式中，RN表示参考电阻的阻值，AREF表示第一差分放大器的放大倍数，DFS为模数转换器的最大转换输出数字。
其中被测电阻RS的阻值根据串联支路按比例法进行推算，其推算过程为：
式中，DFS是模数转换器的最大输出数字，DFS1是数模转换器的最大输入数字，DFS1＝1/p2,DFS＝1/p1。
步骤4，通过微处理器控制第一模拟开关I的控制端，使可编程增益放大器的第二输入端与地连接；通过微处理器控制第二模拟开关II的控制端和第三模拟开关的控制端III，使第一差分放大器Amp1的输出端与模数传感器以及数模传感器的电压参考端断开。
实施例二
在实施例一中，由于被测电阻的一端接地，因此被测电阻与参考电阻的共同连接端的电压，即为与被测电阻两端之间电势差对应的对地单端电压，可直接输入至可编程增益放大器的第一输入端。在本实施例二中，相对于实施例一的区别点在于，本实施例将参考电阻与被测电阻接***换位置，以及在被测电阻与可编程增益放大器之间设置第二差分放大器，如图4所示。本实施例二中，由于被测电阻的两端均有电势，故需要在被测电阻与可编程增益放大器的第一输入端之间设置一个增益为一倍的第二差分放大器Amp-2，将被测电阻两端之间的电势差转换为对地的单端电压，然后再输入至可编程增益放大器进行增益放大计算。其余均与实施例一的方案相同，在此不再赘述。
在本实施例中，使用本发明测量***和本发明测量方法，采用的模数转换器和数模转换器的位数均为8位，也即两者的分辨率相同，均为1/255，选择8组不同阻值的被测电阻进行测量，并在proteus7.8软件环境下进行了仿真测试，其中设置A1＝2，AREF＝10，DFS＝255。所测量的电阻值、由DAC转换引起的误差修正量、测量电阻的修正值、测量值的绝对误差、相对误差、相应的放大增益A2的值以及数字量D1′、第一电压数字量D1、第二电压数字量D2如表1所示(表中n取值依次为：3,5,6,0,2,9,3,12)。
表1
另外，选择10位DAC器件TLC5615替换实施例1中的8位DAC器件MAX515，由于其转换电压范围为0-2倍参考电压，考虑其不能超过电源电压，使其参考电压为UREF/2,做相同的测试，各测试结果如表2所示。由表2可知，对DAC的转换结果无需修正，这里为了区分分别对应10位和8位DAC的数字量，记CPU给10位DAC的输入数字量为D0，它是按8位DAC对D1”＝(D1-n)/A1变换为10位后取整的数字量RS＝RN*AREF*(D0*p2/p1+D2/A2)/DFS,此处p2/p1＝255/1024≈1/4。
由表1和表2得知，8个测试点的平均绝对误差为0.016Ω，最大绝对误差不超过0.1Ω，平均相对误差为0.00975％，最大相对误差不超过0.05％。可以看出本发明对电阻的测量能达到高精度测量的目的，具有较优的测试效果。
表2
以上实施例为本申请的优选实施例，本领域的普通技术人员还可以在此基础上进行各种变换或改进，在不脱离本申请总的构思的前提下，这些变换或改进都应当属于本申请要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种微差法与比例法结合的电阻高精度测量***，其特征在于，包括恒流源、参考电阻、第一差分放大器、可编程增益放大器、模数转换器、微处理器、数模转换器和被测电阻接口；
所述被测电阻接口，用于接入被测电阻；
所述参考电阻与被测电阻串联构成串联支路，所述串联支路的一端与所述恒流源连接，所述串联支路的另一端接地；
所述第一差分放大器的两个输入端分别与所述参考电阻的两端连接，输出端与所述模数转换器的电压参考端连接；
所述可编程增益放大器，第一输入端用于接入所述被测电阻的对地单端电压，第二输入端被控地与数模转换器的模拟输出端连接或与地连接，可编程增益放大器的输出端与模数转换器的模拟输入端连接；所述被测电阻的对地单端电压，与被测电阻两端的电势差对应；
模数转换器的数字输出端和数模转换器的数字输入端均与微处理器连接。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述恒流源、参考电阻、被测电阻和地，依次连接形成所述串联支路；所述可编程增益放大器的第一输入端与被测电阻的非接地端连接；
或者，
所述***还包括第二差分放大器，所述恒流源、被测电阻、参考电阻和地，依次连接形成所述串联支路；所述第二差分放大器，两个输入端分别与被测电阻的两端连接，输出端与所述可编程增益放大器的第一输入端连接。
3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，数模转换器的电压参考端与第一差分放大器的输出端连接。
4.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述可编程增益放大器的控制端与微处理器连接，且可编程增益放大器由所述微处理器设置放大倍数。
5.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述可编程增益放大器的放大倍数满足：可编程增益放大器输出的电压值小于模数转换器的最大转换值。
6.根据权利要求1所述的***，其特征在于，还包括第一开关元件，所述第一开关元件的控制端与微处理器连接，用于微处理器控制可编程增益放大器的第二输入端与数模转换器的模拟输出端连接或与地连接；和/或，
还包括第二开关元件，所述第二开关元件的控制端与微处理器连接，用于微处理器控制第一差分放大器的输出端与模数转换器的电压参考端之间的通断；和/或，
还包括第三开关元件，所述第三开关元件的控制端与微处理器连接，用于微处理器控制第一差分放大器的输出端与数模转换器的电压参考端之间的通断。
7.一种微差法与比例法结合的电阻高精度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将被测电阻接入到权利要求1-5任一所述***的被测电阻接口，其中可编程增益放大器的第二输入端与地连接；
步骤2，微处理器获取对应被测电阻的模数转换结果；
步骤2.1，可编程增益放大器将被测电阻的对地单端电压US放大A1倍，得到第一电压US*A1；模数转换器对得到的第一电压US*A1进行模数转换得到第一电压数字量D1；微处理器从模数转换器读取第一电压数字量D1；
步骤2.2，微处理器按数模转换器位数计算并输出一个给定电压的数字量D1′并发送给数模转换器，数模转换器对给定电压数字量D1′进行数模转换得到给定电压U1；其中， 表示向下取整，p1是模数转换器的分辨率，p2是数模转换器的分辨率，n为非负整数，且n/D1≤σ，σ＝1/10或σ＝1/8；
步骤2.3，将可编程增益放大器的第二输入端从与地连接切换至与数模转换器的模拟输出端连接；
步骤2.4，可编程增益放大器将被测电阻对地单端电压US和给定电压U1进行差分放大A2倍，得到第二电压(US-U1)*A2；模数转换器对得到的第二电压(US-U1)*A2进行模数转换得到第二电压数字量D2；微处理器从模数转换器读取第二电压数字量D2；
步骤3，微处理器按以下公式计算被测电阻的阻值RS：
式中，RN表示参考电阻的阻值，AREF表示第一差分放大器的放大倍数，DFS为模数转换器的最大转换输出数字。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述***还包括第一开关元件，所述第一开关元件的控制端与微处理器连接；
在执行步骤2之前，由微处理器控制第一开关元件，使可编程增益放大器的第二输入端与地连接；在步骤2.3时，由微处理器控制第一开关元件，使可编程增益放大器的第二输入端与数模转换器的模拟输出端连接。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述***还包括第二开关元件和第三开关元件，第二开关元件和第三开关元件的控制端均与微处理器连接；
在步骤2之前，由微处理器控制第二开关元件连通，使第一差分放大器的输出端与模数转换器的电压参考端连通；以及在步骤3之后包括，由微处理器控制第二开关元件的断开，使第一差分放大器的输出端与模数转换器的电压参考端断开；
在执行步骤2之前，由微处理器控制第三开关元件连通，使第一差分放大器的输出端与数模转换器的电压参考端连通；以及在步骤3之后包括，由微处理器控制第三开关元件的断开，使第一差分放大器的输出端与数模转换器的电压参考端断开。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在执行步骤2.1之前，由微处理器设置可编程增益放大器的放大倍数为A1；以及在执行步骤2.2之后且步骤2.4之前，由微处理器设置可编程增益放大器的放大倍数为A2。
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