CN107132417B - 一种抗电路参数漂移的高精度电阻测量方法 - Google Patents

一种抗电路参数漂移的高精度电阻测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种抗电路参数漂移的高精度电阻测量方法，在电桥电路中，给待测电阻所在的支路上分别接入三个精确标定阻值已知的低温飘精密电阻，对接入三个低温飘精密电阻的电桥电路输出值分别进行测量，根据三组测量值和三个低温飘精密的电阻值计算电桥电路的参数，最后接入待测电阻，通过电路参数和待测电阻的测量数据计算出待测电阻的实际阻值。本发明的电阻测量方法在实际解算过程中无需关心测量电路的参数，最终解算结果仅与三个低温飘精密电阻在当前环境和电路元件参数下的测量值有关，因而测量电路的测量精度仅与三个低温飘精密电阻的稳定性有关；通过精心筛选和精密标定这三个低温飘精密电阻，即可获得待测电阻的高精度低温飘电阻值。

Description

一种抗电路参数漂移的高精度电阻测量方法
技术领域
本发明涉及电学技术领域，特别是涉及一种抗电路参数漂移的高精度电阻测量方法，该方法用于监测系统中需要对各种电阻型物理量传感器进行测量的场合，非常适用于长期野外监测系统使用。
背景技术
高精度电阻测量通常采用恒压法、恒流法、电桥法等；实际电路中难免用到电压源、电流源、放大器等电路；恒压恒流源和放大倍数等参数的漂移将影响到测量值，从而使得解算的待测电阻值产生漂移；而这些电路参数的漂移随温度和时间变化的大小不可知，很难在长期监测系统中做抵消处理；致使测量结果出现误差。
在长期监测系统中，大量使用电阻应变型物理量传感器，如热敏电阻等的精密测量。测量电路的漂移难以避免，从而导致电阻测量值的偏差，使得长期监测系统需要定期对精密监测仪器定期进行标定；标定通常能解决时飘问题，但对于需要在很宽温度范围内工作的野外监测仪器，其温度漂移将同样造成测量偏差。并且对于长期野外工作的设备定期进行计量标定也不现实。
发明内容
本发明提出了一种抗电路参数漂移的高精度电阻测量方法，通过三个精密低温漂电阻的测量值得到测量电路当前温度下的电路参数，将该电路参数结合待测电阻测量值，可以得到待测电阻的阻值，解决现有技术中电路参数随温度和时间漂移的问题。
为了达到上述目的，本发明的技术方案为：
一种抗电路参数漂移的高精度电阻测量方法，在电桥电路中，给待测电阻所在的支路上分别接入三个精确标定阻值已知的低温漂精密电阻，对接入三个低温漂精密电阻的电桥电路输出值分别进行测量，根据三组测量值和三个低温漂精密的电阻值计算电桥电路的参数，最后接入待测电阻，通过电路参数和待测电阻的测量数据计算出待测电阻的实际阻值。
所述的测量方法所依托的测量电路包括一个电桥电路，电桥电路的四个桥臂上分别连接固定电阻R1，固定电阻R2，固定电阻R3和待测电阻Rt；所述电桥电路的一个对角外接电源，另一个对角接放大器；待测电阻Rt所在的桥臂支路上经过多路切换选择电路SW分别接低温漂精密电阻Rf1、低温漂精密电阻Rf2和低温漂精密电阻Rf3和待测电阻Rt。
本发明的有益效果：
1.本发明的电阻测量方法在实际解算过程中无需关心测量电路的参数，最终解算结果仅与三个低温漂精密电阻在当前环境和电路元件参数下的测量值有关，因而测量电路的测量精度仅与三个低温漂精密电阻的稳定性有关；通过精心筛选和精密标定这三个低温漂精密电阻，即可获得待测电阻的高精度低温漂电阻值；
2.本发明的电阻测量方法适用范围广、测量过程简单、测量精度高，特别适用于在恶劣野外环境、宽温度范围下的电阻传感器监测仪器使用，可以极大改善监测仪器的长期稳定性和测量精度。
附图说明
图1为本发明测量方法的电路原理示意图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步的说明，一种抗电路参数漂移的高精度电阻测量方法，在电桥电路中，给待测电阻所在的支路上分别接入三个精确标定且阻值已知的低温漂精密电阻，对接入三个低温漂精密电阻的电桥电路输出值分别进行测量，根据三组测量值和三个低温漂精密的电阻值计算电桥电路的参数，最后接入待测电阻，通过当前电路参数和待测电阻的测量数据计算出待测电阻的实际阻值。
附图1为本发明测量方法的电路原理图，该测量电路包括一个电桥电路，电桥电路的四个桥臂上分别连接固定电阻R1，固定电阻R2，固定电阻R3和待测电阻Rt；所述电桥电路的一个对角外接电源，另一个对角接放大器，待测电阻Rt所在的支路上串联低温漂精密电阻Rf1、低温漂精密电阻Rf2和低温漂精密电阻Rf3；待测电阻Rt、低温漂精密电阻Rf1、低温漂精密电阻Rf2和低温漂精密电阻Rf3通过开关SW选择接入电桥电路。
下面介绍本发明的测量原理：
通常采用电桥分压法测量电阻的方法中，在已知桥压(Vb-Ve)和桥臂电阻(R1、R2和R3)后，通过测量放大器输出电压(Do)，通过下式计算出待测电阻Rt的阻值：
假设内部放大器的放大倍数为a，则有：
可以看出：桥压Vb和放大倍数a等参数的漂移将影响到测量值Do，从而使得解算的是实际电阻值产生漂移；而实际电路中影响的因素还包括桥压的内阻、放大器内阻等等诸多因素，这些影响因素都会随温度和时间变化；其大小和变化规律不可知，很难在长期监测系统中做抵消处理；致使测量结果出现误差。
对(1)进行化简合并，再考虑到放大器内阻、零点偏移等，可得：
如图1所示，本发明的测量电路在测量被测电阻Rt前，先测量三个已知的低温漂精密电阻Rf1、Rf1和Rf1的电压值Df1、Df2和Df3，通过该三值，即可得到测量电路的输入输出函数R(Dt)中的关键参数。由于该参数仅与三个低温漂精密电阻Rf1、Rf1和Rf1的测量值Df1、Df2和Df3有关，可以计算出电路的参数：式(2)中的参数A、B、C，因此整个电路的漂移特性将仅与所选三个低温漂精密电阻的漂移特性有关。最后通过确定的参数A、B、C计算待测电阻Rt的阻值即可；如式(3)所示：
本发明低温漂精密电阻的选择原则：
1)低温漂精密电阻应选择具有较低温度系数的低温漂电阻；建议选择温度系数在5ppm以内的精密电阻；
2)三个低温漂精密电阻的阻值应跨越电阻测量范围，一个在测量范围的低端、一个在测量范围的高端、一个在测量范围的中段。比如待测电阻Rt的测量范围为500欧到8K欧，则三个低温漂精密电阻的取值可以是500欧、2K欧、8K欧。
本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (2)

1.一种抗电路参数漂移的高精度电阻测量方法，其特征在于：在电桥电路中，给待测电阻所在的支路上分别接入三个精确标定阻值已知的低温漂精密电阻，对接入三个低温漂精密电阻的电桥电路输出值分别进行测量，根据三组测量值和三个低温漂精密的电阻值计算电桥电路的参数，最后接入待测电阻，通过电路参数和待测电阻的测量数据计算出待测电阻的实际阻值；
具体的，由下述公式：
可知，在测量被测电阻Rt前，先测量三个已知的低温飘精密电阻Rf1、Rf1和Rf1的电压值Df1、Df2和Df3，通过该三值，即可得到测量电路的输入输出函数R(Dt)中的关键参数；由于该参数仅与三个低温飘精密电阻Rf1、Rf1和Rf1的测量值Df1、Df2和Df3有关，可以计算出电路的参数：A、B、C，因此整个电路的漂移特性将仅与所选三个低温飘精密电阻的漂移特性有关；最后通过确定的参数A、B、C计算待测电阻Rt的阻值即可；如下式所示：
2.根据权利要求1所述的抗电路参数漂移的高精度电阻测量方法，其特征在于：所述的测量方法所依托的测量电路包括一个电桥电路，电桥电路的四个桥臂上分别连接固定电阻R1，固定电阻R2，固定电阻R3和待测电阻Rt；所述电桥电路的一个对角外接电源，另一个对角接放大器；待测电阻Rt所在的桥臂支路上经过多路切换选择电路SW分别接低温漂精密电阻Rf1、低温漂精密电阻Rf2和低温漂精密电阻Rf3和待测电阻Rt。
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