CN104614589A - 一种引线电阻消除的电阻信号源及其电阻测量电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种引线电阻消除的电阻信号源及其电阻测量系统，该电阻信号源包括：标准电阻、第一压控电压源、第二压控电压源，标准电阻两端接第一连接线和第二连接线，两连接线的自由端为第一接口和第二接口；第一压控电压源和第二压控电压源的反相输入端分别为第三接口和第四接口；第一压控电压源及第二压控电压源的放大倍数为-1，用于分别消除两端引线的电阻。该电阻测量系统包括该电阻信号源及测量设备，测量设备通过第一引线、第二引线、第三引线及第四引线与电阻信号源的第一接口、第二接口、第三接口及第四接口相连。本发明的电阻信号源及其电阻测量系统，接线简单，采样时间短。

Description

一种引线电阻消除的电阻信号源及其电阻测量电路

技术领域

本发明涉及一种电阻信号源，特别涉及一种引线电阻消除的电阻信号源及其电阻测量系统。

背景技术

任何导线都有电阻，材质和截面积相同的导线，长度越长，其电阻越大，当这段导线作为引线用于传递信号时，其自身的电阻即为引线电阻。引线电阻的影响在AD采样过程中是不可忽视的，大到一定程度时，若不消除引线的电阻，会影响电阻采样的精度，造成信号测量的误差。普通的电阻信号源，如PT100，电阻箱，精密电阻等，当接入电阻过大的引线后，会引起电阻测量的偏差。

传统的电阻测量方法有以下两种：一、三线制测电阻：分两步执行，首先测出总电阻（即被测电阻与引线电阻之和），然后再测出引线电阻，通过软件计算将总电阻阻值减去引线电阻得到被测电阻的最终电阻值，前提是三根引线的电阻值要一致；二、四线制测电阻：两条附加测试线提供恒定电流，另两条测试线测量被测电阻的电压降，在电压表输入阻抗足够高的情况下，电流几乎不流过电压表，这样就可以精确测量被测电阻上的压降，通过计算得出电阻值。

对于三线制来说，需要通过软件配合进行多次采样，相对于单次采样来说采样时间会变长，特别是对于高速采样来说会有一定的局限性；对于四线制来说，需要四个端子的配合，两个作为激励，两个用于测量，接线复杂，也需要软件的配合来完成。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的问题，提出一种引线电阻消除的电阻信号源及电阻测量系统，通过内部电路设计自行消除了引线电阻，只需二线制测量，解决现有电阻测量技术中接线复杂、采样时间长等缺点。

为解决上述技术问题，本发明是通过如下技术方案实现的：

本发明提供一种引线电阻消除的电阻信号源，其包括：标准电阻、第一压控电压源、第二压控电压源。

其中：所述标准电阻两端分别连接第一连接线和第二连接线，第一连接线和第二连接线的自由端为第一接口和第二接口；

所述第一压控电压源的反相输入端和所述第二压控电压源的反相输入端为自由端，分别为第三接口和第四接口；

所述第一压控电压源的正相输入端连接所述第一连接线的自由端，输出端连接所述第一连接线的另一端；所述第二压控电压源的正相输入端连接所述第二连接线的自由端，输出端连接所述第一连接线的另一端或所述第二连接线的另一端；或

所述第一压控电压源的正相输入端连接所述第一连接线的自由端，输出端连接所述第二连接线的另一端，所述第二压控电压源的正相输入端连接所述第二连接线的自由端，输出端连接所述第二连接线的另一端；

所述第一压控电源以及所述第二压控电源的放大倍数为-1。

较佳地，所述第一压控电压源的输入阻抗和/或所述第二压控电压源的输入阻抗大于10，输入阻抗足够大，能够确保对引线电阻的压降完全抵消。

较佳地，所述第一压控电压源包括：第一高精度仪表放大器及其外围电路，所述标准电阻的一端与所述第一高精度仪表放大器的输出端相连。

较佳地，所述第二压控电压源包括：第二高精度仪表放大器及其外围电路，所述标准电阻的另一端与所述第二高精度仪表放大器的输出端相连，高精度仪表放大器，转换精度足够高，能够进一步保证对引线电阻的压降完全消除。

较佳地，所述第一高精度仪表放大器和/或所述第二高精度仪表放大器的型号为LTC2053，其具备双电源供电，超低失调电压、超低温漂等特性，能够有效抵消引线电阻的压降。

较佳地，所述第一压控电压源通过地线与所述标准电阻相连，所述第一压控电压源的输出端通过地线与所述标准电阻相连。

较佳地，所述第二压控电压源通过地线与所述标准电阻相连，所述第二压控电压源的输出端通过地线与所述标准电阻相连，能够节省连线，简化结构。

本发明还提供一种引线电阻消除的电阻信号源的电阻测量系统，其包括：如上所述的电阻信号源以及测量设备。其中：所述测量设备的一端通过第一引线与所述第一接口相连，另一端通过第二引线与第二接口相连；所述第三接口通过第三引线与所述第一引线的靠近测量设备的一端相连；所述第四接口通过第四引线与所述第二引线的靠近测量设备的一端相连。

将第一压控电压源的放大倍数设定为-1，其正好消除了第一引线电阻所产生的压降，同理第二压控电源也正好消除了第二引线电阻所产生的压降。因此，测量设备两端采集到的电压，即为标准电阻通过激励电流所产生的压降，达到了消除引线电阻的目的。

该测量系统是对第一引线电阻以及第二引线电阻分别进行消除，即使第一引线电阻、第二引线电阻、第三引线电阻以及第四引线电阻各不相同，也能顺利消除引线电阻的压降，不会对测量结果产生任何影响。

较佳地，所述第一引线、第二引线、第三引线、第四引线与所述电阻信号源之间通过接插件连接，拔插方便，简化了线路连接，可操作性强。

相较于现有技术，本发明具有以下优点：

（1）本发明提供的电阻信号源，通过内部电路设计自行消除引线电阻，直接提供一个纯净的电阻信号；

（2）对于测试设备来说无特殊要求，无额外端口，只需二线制测量即可消除引线电阻，接线简单方便；

（3）同时无需通过软件配合来计算引线电阻，能够简化软件设计甚至无需软件配合；

（4）另外，无需分布测量，只需单次采样即可完成，可有效缩短采样周期，可用于高速采样；

（5）电阻内部消除引线电阻的电路是对标准电阻两侧引线分别进行消除，因此即使两侧引线电阻大小不同，也能进行消除，输出纯净的电阻信号。

附图说明

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明：

图1为本发明实施例1的引线电阻消除的电阻信号源的示意图；

图2为本发明实施例2的引线电阻消除的电阻信号源的示意图；

图3为本发明的引线电阻消除的电阻信号源的电路图；

图4为本发明实施例3的引线电阻消除的电阻信号源的示意图；

图5为本发明实施例4的引线电阻消除的电阻信号源的电阻测量原理图；

图6为本发明实施例4的引线电阻消除的电阻信号源的电阻测量电路图。

标号说明：1-标准电阻，2-第一压控电压源，3-第二压控电压源，4-第一连接线，5-第二连接线，6-第一高精度仪表放大器，7-第二高精度仪表放大器，8-测量设备，9-第一引线，10-第二引线，11-第三引线，12-第四引线，13-接插件；

A-第一接口，B-第二接口，C-第三接口，D-第四接口。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本发明提供的电阻信号源包括：标准电阻、第一压控电压源以及第二压控电压源。第一压控电源以及第二压控电源的放大倍数设定为-1，正好产生与引线电阻所产生的压降大小相同、方向相反的电压，即抵消了引线电阻所产生的压降，消除了引线电阻的影响。以下结合具体实施例来详细描述本发明的引线电阻消除的电阻信号源。

实施例1：

如图1所示，为本实施例的引线电阻消除的电阻信号源的示意图，其包括标准电阻1、第一压控电压源2以及第二压控电压源3。标准电阻两端分别连接第一连接线4和第二连接线5，两连接线的两个自由端口分别为第一接口A和第二接口B；第一压控电压源2的反相输入端为第三接口，正相输入端与第一连接线4的自由端相连，输出端与第一连接线4的另一端相连；第二压控电压源3的反相输入端为第四接口，正相输入端与第二连接线5的自由端相连，输出端与第二连接线5的另一端相连。当测量电阻信号源的电阻时，将第一接口A、第二接口B、第三接口C以及第四接口D分别通过引线于测量设备相连接，引线自身有电阻，会对电阻信号源电阻的测量产生影响，第一压控电源2以及第二压控电压源3用于消除引线电阻的影响，将其放大倍数设定为-1，其产生的压降正好与引线所产生的压降大小相同、方向相反，相互抵消，测量设备两端采集到的电压即为标准电阻1所产生的压降。

实施例2：

如图2所示，为本实施例的电阻信号源的示意图，其与实施例1不同的地方在于，第一压控电压源2的正相输入端与第一连接线4的自由端相连，输出端连接第二连接线5的与标准电阻1相连的一端，第二压控电压源3的正相输入端与第二连接线5的自由端相连，输出端连接第二连接线5的与标准电阻1相连的一端，其它与实施例1相同，此处不再赘述。

如图3所示，为本实施例的电阻信号源的电路图，本实施例中第一压控电压源2包括第一高精度仪表放大器 4及其外围电路，第二压控电压源3包括第二高精度仪表放大器5及其外围电路。第一高精度仪表放大器4以及第二高精度仪表放大器5的型号都为LTC2053，其外围电路也相同。

实施例3：

如图4所示，为本实施例的电阻信号源的示意图，其与实施例1不同的地方在于，正相输入端与第一连接线4的自由端相连，输出端与第一连接线的另一端相连，第二压控电压源3的正相输入端与第二连接线5的自由端相连，输出端连接第一连接线5的与标准电阻1相连的一端，其它与实施例1相同，此处不再赘述。

本发明提供的引线电阻消除的电阻信号源的电阻测量电路包括上述实施例所描述的电阻信号源以及测量设备，电阻信号源的所有接口分别通过引线与测量设备相连接。

上述实施例并不是对本发明的限制，图1-图4只是给出了各部件的连接方式，各部件的位置不一定如图所示，图中的第一接口A、第二接口B、第三接口C以及第四接口D的位置不一定如图中排布。

实施例4：

本实施例详细描述本发明的引线电阻消除的电阻信号源的电阻测量系统，如图5所示，其是基于实施例2所描述的电阻信号源，还包括测量设备8，电阻信号源的第一接口A、第二接口B、第三接口C以及第四接口D分别通过第一引线9、第二引线10、第三引线11以及第四引线12与测量设备8相连。图中将第一引线9、 第二引线10，第三引线11及第四引线12的电阻分别表示为r1，r2，r3，r4，图中r1，r2，r3，r4并不是表示实际的电阻，只是为了表示方便，将第一引线9、第二引线10、第三引线11以及第四引线12分别用其等效的电阻r1，r2，r3，r4来表示，虚线框表示电阻信号源，箭头方向为激励电流的方向。

测量设备8为电阻信号源接入一激励电流，激励电流经第一引线9、标准电阻1、第二引线10后回到测量设备8，形成一测试回路。引线本身有电阻，激励电流流过时会产生一定的压降，当激励电流流过第一引线9产生一压降为的电压，此时第一压控电压源2采集第一引线9两端的电压，同时根据的大小在输出端产生一压降的电压，由于其放大倍数为-1，所以，即消除了第一引线9所产生的压降。同理，第二压控电压源3消除了第二引线10所产生的压降。在测量设备8接入激励电流的同时，采集测量设备8两端的电压，此电压即为激励电流通过标准电阻1时所产生的压降，用其除以激励电流的值，便得到了标准电阻1的阻值，即为被测电阻信号源的电阻。

实施例5：

本实施例是在实施例2的基础上，连接测量设备8，电阻信号源的第一接口A、第二接口B、第三接口C以及第四接口D分别通过第一引线9、第二引线10、第三引线11以及第四引线12连接到测量设备8。具体连接方式如图6所示，虚线框表示电阻信号源，测量设备8的一端通过第一引线9连接到电阻信号源的第一接口A，且通过第三引线11连接到第三接口C，即第一高精度仪表放大器4的自由端（引脚2），另一端通过第二引线10连接到电阻信号源的第二接口B，且通过第四引线12连接到第四接口D，及第二高精度仪表放大器5的自由端（引脚2）；第一高精度仪表放大器4通过引脚3和引脚7并联在标准电阻1的两端，标准电阻1直接连接到第一高精度仪表放大器4的引脚7，相当于连接到地线；第二高精度仪表放大器5通过引脚3和引脚7并联在第二连接线5上，第二连接线5的一端直接连接到第二高精度仪表放大器5的引脚7，相当于连接到地线；标准电阻1的一端与第二连接线5的一端都连接到地线，相当于标准电阻1与第二连接线5相连接。

本实施例中第一引线9、第二引线10、第三引线11以及第四引线12通过一接插件13与第一接口A/第二接口B、第三接口C以及第四接口D相连，通过接插件13将测量设备8与电阻信号源连接起来，拔插方便，接线简单。

图6中，箭头方向也表示激励电流的流向，当激励电流流至第一高精度仪表放大器4的引脚7时，激励电流经第一高精度仪表放大器4至地，后由地经第二高精度仪表放大器5的引脚7输出。

上述实施例的测量电阻系统对测量设备8无特殊要求，为二线制测量，接线简单方便；无需软件配合来计算引线电阻；只需单次采样，缩短了采样周期，可以用于高速采样；对标准电阻1两端的第一引线9和第二引线10分别进行消除，互不影响，即使两端引线的电阻大小不同，也不会影响测量结果。

以上实施例中，第一连接线4和第二连接线5非常短，可以看做理想导线，电阻忽略不计。

此处公开的仅为本发明的优选实施例，本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，并不是对本发明的限定。任何本领域技术人员在说明书范围内所做的修改和变化，均应落在本发明所保护的范围内。

Claims (9)

1. 一种引线电阻消除的电阻信号源，其特征在于，包括：标准电阻、第一压控电压源、第二压控电压源，其中：

所述标准电阻两端分别连接第一连接线和第二连接线，第一连接线和第二连接线的自由端为第一接口和第二接口；

所述第一压控电压源的反相输入端和所述第二压控电压源的反相输入端为自由端，分别为第三接口和第四接口；

所述第一压控电压源的正相输入端连接所述第一连接线的自由端，输出端连接所述第一连接线的另一端；所述第二压控电压源的正相输入端连接所述第二连接线的自由端，输出端连接所述第一连接线的另一端或所述第二连接线的另一端；或

所述第一压控电压源的正相输入端连接所述第一连接线的自由端，输出端连接所述第二连接线的另一端，所述第二压控电压源的正相输入端连接所述第二连接线的自由端，输出端连接所述第二连接线的另一端；

所述第一压控电源以及所述第二压控电源的放大倍数为-1。

2.根据权利要求1所述的引线电阻消除的电阻信号源，其特征在于，所述第一压控电压源的输入阻抗和/或所述第二压控电压源的输入阻抗大于10。

3.根据权利要求1所述的引线电阻消除的电阻信号源，其特征在于，所述第一压控电压源包括：第一高精度仪表放大器及其外围电路。

4.根据权利要求3所述的引线电阻消除的电阻信号源，其特征在于，所述第二压控电压源包括：第二高精度仪表放大器及其外围电路。

5.根据权利要求4所述的引线电阻消除的电阻信号源，其特征在于，所述第一高精度仪表放大器和/或所述第二高精度仪表放大器的型号为LTC2053。

6.根据权利要求1所述的引线电阻消除的电阻信号源，其特征在于，所述第一压控电压源通过地线与所述标准电阻相连。

7.根据权利要求6所述的引线电阻消除的电阻信号源，其特征在于，所述第二压控电压源通过地线与所述标准电阻相连。

8.一种引线电阻消除的电阻信号源的电阻测量系统，其特征在于，包括：如权利要求1至7任一项所述的电阻信号源以及测量设备；

所述测量设备的一端通过第一引线与所述第一接口相连，另一端通过第二引线与第二接口相连；

所述第三接口通过第三引线与所述第一引线的靠近测量设备的一端相连；

所述第四接口通过第四引线与所述第二引线的靠近测量设备的一端相连。

9.根据权利要求8所述的引线电阻消除的电阻信号源的电阻测量系统，其特征在于，所述第一引线、第二引线、第三引线以及第四引线与所述第一接口、第二接口、第三接口以及第四接口之间通过接插件连接。