CN110501572A - 一种惠斯通电桥电阻的测试方法 - Google Patents

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    • 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

本发明公开了一种惠斯通电桥电阻的测试方法，在惠斯通电桥电路中的四个桥臂电阻的两端，分别并连一由串联的电流表和开关组成的支路；分别闭合每个支路上的开关，使该支路上的电流表接通；每个开关闭合时测得其对应桥臂电阻上的电流；通过测得的电流值及电源电压计算出补偿电阻值。本发明的测试方法精确，误差较小，计算方法可编程价值高，易于测试开发。

Description

一种惠斯通电桥电阻的测试方法
技术领域
本发明涉及电子电路测试领域，具体涉及一种惠斯通电桥电阻的测试方法。
背景技术
在集成电路、MEMS传感器等产品中，经常会用到一种叫做惠斯通电桥电路结构，如图1所示。在实际使用中，由于工艺条件等因素的影响，R1、R2、R3、R4四个电阻的阻值会有差异，导致输出电压Vout不等于0。现有的技术手段是通过人工调节并联电阻R，使得输出电压Vout等于0，然后测试R的数值，即为补偿电阻值。此种方法不精确，测量存在误差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种惠斯通电桥电阻的测试方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种惠斯通电桥电阻的测试方法，在惠斯通电桥电路中的四个桥臂电阻的两端，分别并连一由串联的电流表和开关组成的支路；
分别闭合每个支路上的开关，使该支路上的电流表接通；每个开关闭合时测得其对应桥臂电阻上的电流；
通过以上测试得到四个电流值I1、I2、I3和I4；
若第一桥臂电阻R1、第二桥臂电阻R2共接的节点2处的电压大于第三桥臂电阻R3、第四桥臂电阻R4共接的节点4处的电压时，利用公式计算得出补偿电阻R的阻值，且将该补偿电阻并联在第二桥臂电阻R2两端；式中V为电源VCC的电压；
若第一桥臂电阻R1、第二桥臂电阻R2共接的节点2处的电压小于第三桥臂电阻R3、第四桥臂电阻R4共接的节点4处的电压时，利用公式计算得出补偿电阻R的阻值，且将该补偿电阻并联在第三桥臂电阻R3两端。
进一步地，节点1连接电源VCC；节点3接地。
进一步地，在节点1和节点2之间接入串联的第一电流表A1和第一开关S1，形成与第一桥臂电阻R1并联的支路；
在节点2和节点3之间接入串联的第二电流表A2和第二开关S2，形成与第二桥臂电阻R2并联的支路；
在节点3和节点4之间接入串联的第三电流表A3和第三开关S3，形成与第三桥臂电阻R3并联的支路；
在节点4和节点1之间接入串联的第四电流表A4和第四开关S4，形成与第四桥臂电阻R4并联的支路。
进一步地，将第一开关S1闭合其余开关全部断开，第一电流表A1测得第一电流值I1，且
进一步地，将第二开关S2闭合其余开关全部断开，第二电流表A2测得第二电流值I2，且
进一步地，将第三开关S3闭合其余开关全部断开，第三电流表A3测得第三电流值I3，且
进一步地，将第四开关S4闭合其余开关全部断开，第四电流表A4测得第四电流值I4，且
本发明所达到的有益效果：
本发明完成了由惠斯通电桥为基本结构的电子产品在补偿电阻方面的测试，能够通过电学测试电路以及数学公式变换，计算出需要桥臂上补偿的电阻值，计算方法可编程价值高，易于测试开发，测试精确，误差较小，从而高效的解决惠斯通电桥电阻测试不精确、存在误差的问题。
附图说明
图1是现有技术中的惠斯通电桥的电路；
图2是本发明的惠斯通电桥补偿电阻的测试电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明的惠斯通电桥补偿电阻的测试方法，包括以下步骤：
a.在惠斯通电桥每个桥臂电阻两端，分别并连一个电流表和开关组成的并联支路；
在节点1和节点2之间接入串联的电流表A1和开关S1，形成与电阻R1并联的支路；
在节点2和节点3之间接入串联的电流表A2和开关S2，形成与电阻R2并联的支路；
在节点3和节点4之间接入串联的电流表A3和开关S3，形成与电阻R3并联的支路；
在节点4和节点1之间接入串联的电流表A4和开关S4，形成与电阻R4并联的支路；
b.每次只有一个电流表接通工作，分四次分别测得每一个桥臂电阻对应的电流I1、I2、I3和I4；
即图2中开关S1闭合其余开关全部断开，电流表A1测得数值为I1，由图2可知
即图2中开关S2闭合其余开关全部断开，电流表A2测得数值为I2，由图2可知
即图2中开关S3闭合其余开关全部断开，电流表A3测得数值为I3，由图2可知
即图2中开关S4闭合其余开关全部断开，电流表A4测得数值为I4，由图2可知
通过以上测试得到四个电流值I1、I2、I3和I4。
如果节点2电压大于节点4电压即V24>0，利用公式计算得出R的阻值且并联在电阻R2两端；式中V为电源VCC的电压；
如果节点4电压大于节点2电压时即V24<0，利用公式计算得出R的阻值且并联在电阻R3两端。
计算得到的R即为补偿电阻值，根据电路的实际情况并联在桥臂电阻R2或R3两端。
本发明的本质是利用电流表内阻远小于待测电阻的特点，将补偿电阻的测试工作转移到惠斯通电桥各桥臂短路电流的测试工作上，再通过电学理论推导与数学公式变换，计算出补偿电阻的精确值。
由于需要补偿电阻的惠斯通电桥节点2电压与节点4电压不相等，故以节点3电压为参考电压。具体补偿电阻值的计算为：
若节点2电压大于节点4电压时，参见方案1.
若节点4电压大于节点2电压时，参见方案2。
方案1：若节点2电压大于节点4电压即V24>0，需要在R2的两端并联补偿电阻R，如图2所示，由于加入补偿电阻R后Vout＝0，
得
将之前得到的带入公式(1)，化简得
计算得到的R即为补偿电阻值。
方案2：若节点4电压大于节点2电压时即V24<0，需要在R3的两端并联补偿电阻R，如图2所示，由于加入补偿电阻R后Vout＝0，
得
将之前得到的带入公式(2)，化简得
计算得到的R即为补偿电阻值。
由于本方法利用了电流表内阻远远小于被测电阻的特点，即桥臂电阻须大于电流表内阻两个数量级。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种惠斯通电桥电阻的测试方法，其特征是，在惠斯通电桥电路中的四个桥臂电阻的两端，分别并连一由串联的电流表和开关组成的支路；
分别闭合每个支路上的开关，使该支路上的电流表接通；每个开关闭合时测得其对应桥臂电阻上的电流；
通过以上测试得到四个电流值I1、I2、I3和I4；
若第一桥臂电阻R1、第二桥臂电阻R2共接的节点2处的电压大于第三桥臂电阻R3、第四桥臂电阻R4共接的节点4处的电压时，利用公式计算得出补偿电阻R的阻值，且将该补偿电阻并联在第二桥臂电阻R2两端；式中V为电源VCC的电压；
若第一桥臂电阻R1、第二桥臂电阻R2共接的节点2处的电压小于第三桥臂电阻R3、第四桥臂电阻R4共接的节点4处的电压时，利用公式计算得出补偿电阻R的阻值，且将该补偿电阻并联在第三桥臂电阻R3两端。
2.根据权利要求1所述的一种惠斯通电桥电阻的测试方法，其特征是，节点1连接电源VCC；节点3接地。
3.根据权利要求2所述的一种惠斯通电桥电阻的测试方法，其特征是，在节点1和节点2之间接入串联的第一电流表A1和第一开关S1，形成与第一桥臂电阻R1并联的支路；
在节点2和节点3之间接入串联的第二电流表A2和第二开关S2，形成与第二桥臂电阻R2并联的支路；
在节点3和节点4之间接入串联的第三电流表A3和第三开关S3，形成与第三桥臂电阻R3并联的支路；
在节点4和节点1之间接入串联的第四电流表A4和第四开关S4，形成与第四桥臂电阻R4并联的支路。
4.根据权利要求3所述的一种惠斯通电桥电阻的测试方法，其特征是，将第一开关S1闭合其余开关全部断开，第一电流表A1测得第一电流值I1，且
5.根据权利要求3所述的一种惠斯通电桥电阻的测试方法，其特征是，将第二开关S2闭合其余开关全部断开，第二电流表A2测得第二电流值I2，且
6.根据权利要求3所述的一种惠斯通电桥电阻的测试方法，其特征是，将第三开关S3闭合其余开关全部断开，第三电流表A3测得第三电流值I3，且
7.根据权利要求3所述的一种惠斯通电桥电阻的测试方法，其特征是，将第四开关S4闭合其余开关全部断开，第四电流表A4测得第四电流值I4，且
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