CN101470143B - 一种在线测量电阻阻值的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种在线测量电阻阻值的装置和方法，其中该装置包括：由电源、串接的可变参考电阻和电感组成的测量电路，待测量电阻与所述电感并联连接，该测量电路用于在选择所述参考电阻阻值的前提下，分别测量并输出所述电源的有效电压值以及所述参考电阻两端的电压值和所述电感两端的电压值；阻值计算单元，用于根据所述参考电阻阻值、所述测量电路输出的所述电源的有效电压值以及所述参考电阻两端的电压值和所述电感两端的电压值，计算出待测量电阻的阻值。本发明将直接测量相位差转化为间接测量，解决目前难于在线准确的测量电阻阻值的技术难题，且能够高效、快速、准确的在线测量出电阻的阻值，具有测量误差小、实现简便的优点。

Description

一种在线测量电阻阻值的装置及方法
技术领域
本发明涉及电阻阻值的在线测量技术，尤其是涉及一种在电阻与电感并联(RL电路)的情况下利用相位法快速、准确地在线测量电阻阻值的装置和方法。
背景技术
利用相位法在线测量电阻阻值的过程中，相位角(相位差)的准确性是整个测量过程的关键点。而目前常用的测量相位角的方法有两种：
一种是采用填充计数式的相位测量法。一般采用过零鉴相法来获得两个同频信号间的相位值；过零鉴相法的原理如下：将两个同频被测信号整形为两个方波信号，其前沿和后沿分别对应于被测信号的正向过零点和负向过零点，然后测量出这两个同频方波的前沿(或后沿)之间的时间差比例，即为这两个被测信号之间的相位差。而要获得这个时间差比例，通常采用填充计数法：设A，B为两路同频待测的正弦波信号，两信号经整形后形成A′和B′两路方波，若A′的两个前沿之间(一个信号周期)的计数脉冲的个数为N，A′与B′的两个相邻前沿之间的计数脉冲的个数为n，则A，B两路之间的相位差为：(n/N)×360°。
由于该相位测量法的测量精度不仅与被测信号的取样通道、幅值和频率有关，还与计数脉冲的频率有关，存在实际操作误差较大、难于操作的缺陷。
另一种是采用直接相位测量法。即使用专用的仪器仪表，如指针式相位表、数字相位表或阴级示波器来测量相位差。
利用专用的仪器仪表直接测量相位方法存在如下技术缺陷：
1、该方法根本不能判断两个信号中哪个信号领先或滞后，因此很难准确的测量出两个被测信号之间的相位差；
2、利用专用的仪器仪表存在价格昂贵、测量误差较大的缺陷，不利于推广使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提出一种在线测量电阻阻值的装置及方法，将直接测量相位差转化为间接测量，以避开相位差难于准确测量的难题，解决目前难于在线准确的测量电阻阻值的技术难题。
为解决上述问题，本发明公开一种在线测量电阻阻值的装置，包括：
由电源、串接的可变参考电阻和电感组成的测量电路，待测量电阻与所述电感并联连接，该测量电路用于在选择所述参考电阻阻值的前提下，分别测量并输出所述电源的有效电压值以及所述参考电阻两端的电压值和所述电感两端的电压值；
阻值计算单元，用于根据所述参考电阻阻值、所述测量电路输出的所述电源的有效电压值以及所述参考电阻两端的电压值和所述电感两端的电压值，计算出待测量电阻的阻值。
较优的，所述参考电阻阻值的选择依据是使所述参考电阻两端的电压值和所述电感两端的电压值处于同一数量级。
较优的，所述参考电阻至少包括1欧姆、10欧姆、100欧姆、1K欧姆、10K欧姆、100K欧姆和1M欧姆的待选择阻值。
较优的，所述电源为交流恒压电源。
另外，本发明公开一种在线测量电阻阻值的方法，包括步骤：
将待测量电阻与测量电路中的电感并联连接，其中，所述测量电路由电源、串接的可变参考电阻和电感组成；
在选择所述参考电阻阻值的前提下，分别测量并输出所述电源的有效电压值以及所述参考电阻两端的电压值和所述电感两端的电压值；
根据所述参考电阻阻值、所述测量电路输出的所述电源的有效电压值以及所述参考电阻两端的电压值和所述电感两端的电压值，计算出待测量电阻的阻值。
较优的，所述参考电阻阻值的选择依据是使所述参考电阻两端的电压值和所述电感两端的电压值处于同一数量级。
较优的，所述参考电阻至少包括1欧姆、10欧姆、100欧姆、1K欧姆、10K欧姆、100K欧姆和1M欧姆的待选择阻值。
较优的，所述电源为交流恒压电源。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明将直接测量相位差转化为间接测量相位差，即：在选择所述参考电阻阻值的前提下，分别测量所述电源的电压值以及所述参考电阻两端的电压值和所述电感两端的电压值；根据所述参考电阻阻值、所述电源的电压值以及所述参考电阻两端的电压值和所述电感两端的电压值即可计算出待测量电阻的阻值。因此，本发明能够高效、快速、准确的在线测量出电阻的阻值，具有测量误差小、实现简便的优点，尤其适合在线测量RL电路中的电阻阻值。
附图说明
图1是本发明一个较佳实施例的结构示意图；
图2是图1中测量电路的相位矢量示意图；
图3是本发明一个较佳实施例的结构示意图。
具体实施方式
请参考图1所示，本实施例的测量装置包括：测量电路110和阻值计算单元120。其中，所述测量电路110包括：为交流恒压的电源，其有效电压值为U；串接的可变参考电阻Rx和电感L。而待测量电阻R与电感L并联连接。并且，所述参考电阻为适用对各种阻值大小的电阻进行测量，其至少包括1欧姆、10欧姆、100欧姆、1K欧姆、10K欧姆、100K欧姆和1M欧姆的待选择阻值。
为便于理解，以下对本发明是如何将直接测量相位差转化为间接测量相位差做进一步的详细描述。
在测量电路110中，待测量电阻R与电感L并联连接形成RL电路。而在RL电路中，要快速、准确地测量电阻R的阻值，必须要使电感L的感抗尽可能大，使之对电阻R的影响减到最小。
假设参考电阻Rx两端的电压值为URx，而URx是可以测量的，故通过Rx的电流I就可以根据欧姆定律算出；同理，被测电阻R的两端电压与电感L的两端电压是相同的，称其为URL，而流过两者的电流分别表示为IR和IL。在LR电路中，流过电阻R的电流IR与电阻R两端的电压URL是同相位的，而流过电感L的电流IL的相位总比电感L两端的电压URL的相位滞后π/2个周期，如图2所示。
由矢量图可知：I＝IR+IL，故可以解直角三角形利用余弦定理得IR＝I·cosα，为此问题转化为求相位角的问题，过程如下：
根据欧姆定律，可得：R＝URL/IR；I＝URx/RX
由图2可知，利用三角函数可得：IR＝I·cosα；
由此可推导出：R＝(URL·RX)/(URx·cosα)；
接着解三角形，整理后得：
R＝(2U2 RL·Rx)/(U2-U2 RL-U2 Rx)    (1)
由于测试时，参考电阻Rx的阻值是选定了的，故是一个已知的确定值；因此，只要测量出电源的电压值U、参考电阻Rx两端的电压值为URx以及电感L的两端电压URL，所述阻值计算单元120即可根据上式(1)计算出待测电阻R的阻值。
结合图3所示，本实施例中，电源取频率为10KHZ、电压为0.68V的交流恒压源；而参考电阻Rx的阻值是已知的且档位可在1欧姆、10欧姆、100欧姆、1K欧姆、10K欧姆、100K欧姆和1M欧姆中选择，为了提高被测电阻R的准确性必须使参考电阻Rx两端的电压URx和被测电阻R两端的电压URL保持在同一个数量级上。本实施例包括如下步骤：
步骤S310、选择参考电阻Rx的一个阻值，即从参考电阻Rx已知的档位中选择1欧姆、10欧姆、100欧姆、1K欧姆、10K欧姆、100K欧姆或1M欧姆。
步骤S320、分别测量参考电阻Rx两端的电压值为URx以及电感L的两端电压URL。
步骤S330、判断URx与URL是否为同一数量级。若否，则转步骤S340；否则转步骤S350。
步骤S340、若URx大于URL，则将参考电阻Rx的阻值调小；若URx小于URL，则将参考电阻Rx的阻值调大；以此尽量保证参考电阻Rx两端的电压URx和被测电阻R两端的电压URL保持在同一个数量级上，从而提高被测电阻R的准确性。
步骤S350、测量电源的有效值U。
步骤S360、将测量出的数据U、URx和URL，并结合选择的考参考电阻Rx的阻值，根据上述公式(1)计算获得待测电阻R的阻值。
综上，本发明将直接测量相位差转化为间接测量相位差，即：在选择所述参考电阻阻值的前提下，分别测量所述电源的电压值以及所述参考电阻两端的电压值和所述电感两端的电压值；根据所述参考电阻阻值、所述电源的电压值以及所述参考电阻两端的电压值和所述电感两端的电压值即可计算出待测量电阻的阻值。因此，本发明能够高效、快速、准确的在线测量出电阻的阻值，具有测量误差小、实现简便的优点，尤其适合在线测量RL电路中的电阻阻值。

Claims (6)

1.一种在线测量电阻阻值的装置，其特征在于，包括：
由交流恒压电源、串接的可变参考电阻和电感组成的测量电路，待测量电阻与所述电感并联连接，该测量电路用于在选择所述参考电阻阻值的前提下，分别测量并输出所述交流恒压电源的有效电压值以及所述参考电阻两端的电压值和所述电感两端的电压值；
阻值计算单元，用于根据所述参考电阻阻值、所述测量电路输出的所述交流恒压电源的有效电压值以及所述参考电阻两端的电压值和所述电感两端的电压值，计算出待测量电阻的阻值。
2.根据权利要求1所述的在线测量电阻阻值的装置，其特征在于，所述参考电阻阻值的选择依据是使所述参考电阻两端的电压值和所述电感两端的电压值处于同一数量级。
3.根据权利要求1所述的在线测量电阻阻值的装置，其特征在于，所述参考电阻至少包括1欧姆、10欧姆、100欧姆、1K欧姆、10K欧姆、100K欧姆和1M欧姆的待选择阻值。
4.一种在线测量电阻阻值的方法，其特征在于，包括步骤：
将待测量电阻与测量电路中的电感并联连接，其中，所述测量电路包括交流恒压电源、串接的可变参考电阻和电感的测量电路；
在选择所述参考电阻阻值的前提下，分别测量所述交流恒压电源的有效电压值以及所述参考电阻两端的电压值和所述电感两端的电压值；
根据所述参考电阻阻值、所述交流恒压电源的有效电压值以及所述参考电阻两端的电压值和所述电感两端的电压值，计算出待测量电阻的阻值。
5.根据权利要求4所述的在线测量电阻阻值的方法，其特征在于，所述参考电阻阻值的选择依据是使所述参考电阻两端的电压值和所述电感两端的电压值处于同一数量级。
6.根据权利要求4所述的在线测量电阻阻值的方法，其特征在于，所述参考电阻至少包括1欧姆、10欧姆、100欧姆、1K欧姆、10K欧姆、100K欧姆和1M欧姆的待选择阻值。
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