CN105021896A - 配阻仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测量用于差分放大电路的电阻对的阻值差的仪器，技术方案为：被测的两电阻对各自串联起来，市电经一系列处理后获得给电阻对充电的恒定电压V_恒；由于被测电阻均为大阻值电阻，故单片机接收到电阻的标称值R_标后，容许根据公式I=V_恒/2*R_标计算出的电流为电阻对的充电电流I_充；用两个运算放大器采集电阻对两电阻的压降，用第三个运算放大器给这两个压降做差运算，获得电阻对的压降差△V；最后根据R=V△V/I_充计算出电阻对阻值差△R。给阻值偏小电阻增焊一个阻值为电阻对差值的小电阻作为补偿，使得“偏大电阻的阻值=偏小电阻的阻值+补偿电阻的阻值”，背景技术中贴片式精密电阻精度不敌直插式精密电阻的问题得以解决。

Description

配阻仪

所属技术领域

本发明是一种测量差分放大电路的电阻对阻值差的仪器。

背景技术

直插式精密电阻用于差分放大电路能获得理想输出，但是其缺点是市场购买困难，而可以替代它的易购买的贴片式精密电阻缺点包括精度过低不能准确配；且两种精密电阻封装不兼容，故不能简单地将两者进行替换。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是：

克服背景技术的不足，提供一个金属机壳的测量仪器及配套的贴片电阻板和上位机界面，测出电阻对的阻值差后给阻值偏小电阻作出补偿，并在不改变原直插式电阻所在电路的PCB的情况下，让做了补偿的电阻对接入最终电路。

本发明所采用的技术方案为：

本设计要求电阻对的主要电阻（被测电阻）均为大阻值电阻，如此才能保证作为补偿的电阻（小阻值电阻）的真实阻值与测量值之间的误差容许忽略。测量仪器的电路连接如图1所示：

首先，220伏的市电经降压、整流、稳压处理后，输出+5、+12、-12伏的直流稳定电压，作为各芯片的电源。

其次，两个被测电阻对的位置各自串联，+5伏的电压经放大并做稳定处理后，作为给接在电阻对位置上的两个电阻对充电的恒定电压V_恒，两个电阻对的电阻上流过电流I_充将各自一致。

再次，用两个运算放大器以放大系数为1做差运算获得电阻对两个电阻上的压降V_实；用第三个运算放大器以放大系数为k对这两个V_实做差运算，获得此电阻对的压降差△V。仅用三个运算放大器便可采集到一个电阻对的压降差，用六个运算放大器即可完成两个电阻对压降差的采集。

第四，将两个压降差△V分时传送给A/D转换器，经A/D转换器处理后，所得数字压降差△V’直接传送给了单片机；

最后，单片机通过串口接收到两个电阻对的电阻标称值R_标，并根据I_计=V_恒/2*R_标分别计算出两个电阻对的充电电流，由于被测电阻的阻值均很大，故有I_充=I_计；结合各数字电压差△V’，计算出两个电阻对的阻值差△R=△V’/k/I_充，并通过串口将两个阻值差发送到标称值来源处告知用户。

配套贴片电阻板的电路连接如图2所示，图中共“R1与R2”和“R3+R4与R5+R6”两对电阻及其预留的测量值电阻的位置“r补”，两个电阻对最终将用于一个差分放大电路。测量时，针脚J1与J2、J6与J5将电阻对“R1与R2”接入测量电路，针脚J3’与J2’、J6’与J5’将电阻对“R3串R4与R5串R6”接入测量电路；测量完毕，在电阻对阻值偏小的“r补”位置上焊接测量值的贴片电阻，阻值偏大的“r补”位置上短接，最后，针脚J1与J1’、J6与J4’将做了补偿后的电阻对“R1与R2”接入最终量电路，针脚J3’与J1’、J6’与J4’可将做了补偿后的电阻对“R3串R4与R5串R6”接入最终电路。

电阻对“R3串R4与R5串R6”中，电阻“R3串R4”为电阻对中的一个电阻，“R5串R6”为电阻对中的另一个电阻。只要“此电阻”的两个位置上的阻值和为所需的阻值即可，如电阻“R3串R4”，可焊接R3并短接R4、焊接R4并短接R3或焊接R3和R4。贴片电阻板通过针脚分时将其接入测量电路或最终电路，既实现了测量电阻对阻值差，也避免了最终电路的电阻封装的更改和整个PCB板的布局布线。

配套上位机界面接收用户输入的电阻对的标称值，并接收到测量仪器发送来的电阻对阻值差，将其解析为绝对值和正负号，告知用户电阻对的绝对差值和两电阻中谁大谁小。

本发明的有益效果是：

弥补了贴片式精密电阻精度不够理想以致不能很好地用于差分放大电路的不足；可以不改动被替代直插式电阻所在复杂电路的PCB，只需增加一个小小的贴片电阻板，便能轻易就实现贴片式电阻替换直插式电阻带来的升级。此外，将两个电阻串联后视为一个电阻，如此，当没有所需电阻时，可简单地将阻值和为所需阻值的两个电阻代替。

附图说明

图1为本发明的电路关系图；

图2为本发明配套贴片电阻板的电路关系图；

图3为本发明机箱前表面简图；

图4为本发明配套贴片电阻板简图；

图5为本发明配套上位机界面简图；

图6为本发明机箱的截面简图；

图7为本发明机箱后表面简图。

具体实施方式

图3、图4及图5所示的是本发明的一种具体实施例，它包括铝质外壳的机箱、配套的贴片电阻板和配套的上位机软件。

测量仪器电路板的一端并排着四个双排针孔底座，另一端为电源和串口线端口，将电路板插入图6所示的卡槽中，安装上前、后挡板后，测量仪器的前、后表面如图3和图7所示。其中，前表面的双排针孔底座作为测量接口，与贴片电阻板上的双排针对应；四个双排针孔底座的电气连接完全一致，测量时贴片电阻板可接上任何一个底座上，且同时只能一个底座上接上贴片电阻板；对于每个底座，并非所有针孔都有电气连接，有电气的八个针孔与贴片电阻板上对应的针脚一起将两电阻对接入测量电路。

配套贴片电阻板上分布着两个大阻值电阻对、预留给各电阻对的测量值电阻的焊接位置“r补”、及可分时将其接入测量电路或最终电路双排针脚。

在配套的上位机软件的界面上，用两种颜色明了地区分出两个电阻对，包括两电阻对各由哪些电阻组成，及补偿电阻值和此补偿值电阻的焊接位置等。当各电阻对的采集电压趋于一致时，表示进入稳定阶段，此时方可读取补偿值。贴片电阻板简图只是为了能简明地提示用户，没有完成实际的功能。第一次运行本上位机软件时，用户必须从“联机串口选择框”里选择闲置串口。“联机串口选择框”右侧信息框里的数据用户可不关心。

具体实施步骤如下：

首先，确保电源线连接稳固并打开电源开关。

第二步，在贴片电阻板上焊接两个大阻值电阻对“R1与R2”和“R3串R4与R5串R6”。

第三步，将贴片电阻板插入测量仪器上的任意一个双排针孔底座，测量开始。

第四步，确保串口线连接稳固，并运行配套上位机软件，在各电阻对标称值输入框里输入其标称值，点击“开始”按钮启动对话。配套上位机软件很快接收到两个电阻对的阻值差，并以“补偿电阻值”和“补偿位置”显示出对应电阻对的差值和电阻对两个电阻谁大谁小。

第五步，将贴片电阻板从测量仪器上取下，在各电阻对的阻值偏小电阻的“r补”位置上焊接对应测量值的小电阻，并将阻值偏大电阻的“r补”位置短接。

最后，剪去贴片电阻板上此后无用的针脚J2、J5、J2’和J5’，剩下的八根针脚刚好与呈双排分布的两对直插式电阻的焊盘孔对应，此贴片电阻板即可代替原直插式电阻接入电路。虽然从图4中可看出针脚J3、J4无用，但是在最终的接入电路（我公司的设备主板电路）中，针脚J3与J1’、J4与J4’对应的焊盘已短接。

Claims (10)

1.一种金属机箱的测量仪器，机箱后表面上分布着电源线底座、电源开关和DB9串口底座；机箱前表面中央水平等距分布着四个双排针孔底座（1）。机箱内部电路板的电路连接为：两个被测电阻对的接入位置各自串联起来（2），市电经一系列处理后获得恒定电压，此恒定电压给接在电阻对位置上的两个电阻对充电，各自用三个运算放大器经两次做差运算获得两个电阻对的压降差（3），压降差经A/D转换最终传给了单片机，单片机接收到电阻的标称值后，最后计算出电阻对的阻值差（4）。

2.根据权利要求1所述的测量仪器前表面，其特征在于所述的四个双排针孔底座的连接完全一致，测量时只允许一个底座上接入贴片电阻板；且对于每个底座，只有将电阻对接入测量电路的针孔有电气连接（1-1）。

3.根据权利要求1中所述的测量仪器，其特征在于所述的被测电阻对的接入位置各自串联（2），即对于每个被测电阻对，它的两个电阻上流过的电流相等，故充电电流可在获知电阻标称值后根据公式I=V/R获得，因为电阻阻值均很大，实际充电电流与计算所得充电电流之间的误差可忽略（2-1）。

4.根据权利要求1中所述的测量仪器，其特征在于所述的压降差（3），在获取电阻对压降差时：先用两个运算放大器以放大系数1采集各个电阻上的压降，再用第三个运算放大器以放大系数k对这两个压降做差，其输出便是k倍的电阻对压降差（3-1）。

5.一种与测量仪器配套的贴片电阻板，其上分布着两个大阻值电阻对的焊接位置（5）、预留给两个电阻对补偿位置（6）及将电阻接入测量电路或最终电路的双排针脚（7）。

6.根据权利要求5中所述的贴片电阻板，其特征在于所述的大阻值电阻对的焊接位置（5），给与一个电阻两个电阻位置，可预防没有所需电阻时，将阻值和为所需阻值的的两个电阻代替。

7.根据权利要求5中所述的贴片电阻板，其特征在于所述的电阻对的补偿位置（6），测量完毕时，在阻值偏小电阻的补偿位置上焊接测量值电阻，将阻值偏大电阻的补偿位置短接（6-1）。

8.根据权利要求5中所述的贴片电阻板，其特征在于所述的双排针脚（7），测量时，与测量仪器上有电气连接的针孔（1）对应的针脚将电阻对的大阻值电阻接入测量电路（7-1）；焊接补偿电阻后，又将做了补偿的电阻对接入最终电路（7-2），且剪去贴片电阻板前、后排的针脚2和5后，且剩余针脚刚好与呈双排排列的两个直插式电阻对的孔位一致，实现兼容（7-3）。

9.一种与测量仪器配套的上位机显示界面，用两种颜色区分出两对电阻，各包括标称值输入值、补偿位置及补偿电阻值（8）等处。

10.根据权利要求5中所述的贴片电阻板和权利要求9中所述的显示界面，其特征在于所述的补偿位置及补偿电阻值，表示对应电阻对阻值差的正负号和绝对值，指示出电阻对的两个电阻中谁大谁小和电阻对的绝对差值（8-1）。