CN109975616A - 一种宽量程高精度电阻测试仪 - Google Patents

一种宽量程高精度电阻测试仪 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种宽量程高精度电阻测试仪，其技术方案要点是包括处理器、恒流源电路、被测电阻连接电路、转换电路、量程切换电路、误差校正电路和显示电路，所述被测电阻连接电路用于对被测电阻的插接，所述恒流源电路对被测电阻连接电路进行恒流源输出，所述转换电路对被测电阻连接电路进行信号转换输出，所述量程切换电路对转换电路进行控制，调整转换电路的采样转换效率，所述误差校正电路对转换电路输出的信号进行校正并输入处理器，所述处理器接收校正后的信号处理并输入显示电路，所述显示电路对处理后的信号进行信息显示。本发明能够对电阻进行高精度检测，降低测试误差。

Description

一种宽量程高精度电阻测试仪
技术领域
本发明涉及一种电阻测试仪，更具体的说，它涉及一种宽量程高精度电阻测试仪。
背景技术
在实际应用中，小电阻(毫欧姆级及以下)和大电阻(10兆欧姆以上)的高精度测量比较困难，一般采用恒压法和恒流法，以恒流法居多。一般的恒流法中恒流源是固定的，根据被测电阻上采样电压的大小就可以确定被测电阻的数值。这种方法在测量中小阻值的电阻具有较高的精度，但在测量较高和微小电阻时，误差较大。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种检测精度高、误差小的宽量程高精度电阻测试仪。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种宽量程高精度电阻测试仪，包括处理器、恒流源电路、被测电阻连接电路、转换电路、量程切换电路、误差校正电路和显示电路，所述被测电阻连接电路用于对被测电阻的插接，所述恒流源电路对被测电阻连接电路进行恒流源输出，所述转换电路对被测电阻连接电路进行信号转换输出，所述量程切换电路对转换电路进行控制，调整转换电路的采样转换效率，所述误差校正电路对转换电路输出的信号进行校正并输入处理器，所述处理器接收校正后的信号处理并输入显示电路，所述显示电路对处理后的信号进行信息显示。
本发明进一步设置为：所述恒流源电路包括12V电源、电源芯片、运放一、运放二、运放三、运放四、三极管一、三极管二、三极管三、固定电阻、MOS管一和MOS管二，12V电源输入电源芯片，电源芯片输出电源到运放一的负极端，运放一的正极端接地，运放一的输出端连接三极管一的基极，三极管的发射极连接三极管二的基极，三极管一和三极管二的集电极均连接12V电源，三极管的发射极连接固定电阻的一端，固定电阻的另一端连接MOS管一的输入端，MOS管一的输出端连接被测电阻后接地，MOS管二的输入端连接MOS管一的输入端，MOS 管二的输出端连接运放二的正极端，运放二的负极端与输出端串联，且运放二的输出端连接运放三的负极端，运放三的正极端与三极管二的发射极连接，运放三的负极端与输出端串联，且运放三的输出端与运放一的输出端连接，运放四的负极端与运放一的输出端连接，运放四的正极端接地，运放四的输出端与三极管三的基极连接，三极管三的发射极与三极管一的基极连接，三极管三的集电极接地。
本发明进一步设置为：所述运放一的输出端与三极管一的基极之间串联有电容一。
本发明进一步设置为：所述被测电阻连接电路包括二极管一、二极管二、二极管三、二极管四、二极管五、二极管六、电阻一、电阻二、MOS管三，二极管一的负极端连接恒流源电路的电流输出端，二极管一的正极端连接电源正极，电阻一并联在二极管一上，二极管二的正极连接二极管一的负极，二极管二的负极连接二极管一的正极，二极管三的正极连接二极管二的负极，二极管四的正极连接二极管三的负极，二极管四的负极连接二极管一的正极，MOS管三的输入端连接二极管三的负极，MOS管三的输出接地，且MOS管三的输出连接二极管五的正极，二极管五的负极接地，电阻二并联在二极管五上，二极管六的负极连接二极管五的正极，二极管六的正极接地。
本发明进一步设置为：所述转换电路为4位双积分A/D转换芯片， 4位双积分A/D转换芯片通过并行连接对被测电阻进行采样。
本发明进一步设置为：所述4位双积分A/D转换芯片为ICI7135芯片。
本发明进一步设置为：所述量程切换电路包括运放五、电阻三、电阻四、电阻五和开关切换电路，运放五的正极端连接转换电路的信号输出端，运放五的负极端连接开关切换电路的输出端，运放五的输出端连接开关切换电路的第一输入端，电阻三串联在开关切换电路的第一输入端与第二输入端之间，电阻四串联在开关切换电路的第二输入端与第三输入端之间，电阻五的一端连接开关切换电路的第三输入端，电阻五的另一端接地。
本发明进一步设置为：所述开关切换电路为MC14052量程切换芯片。
本发明进一步设置为：所述误差校正电路包括LM358芯片、电容二、电阻六和电阻七，LM358芯片的输入端接地，输出端连接VCC电源，电容二正极连接VCC电源，负极接地，电阻六一端连接LM358芯片的输出端，电阻六的另一端连接电阻七后接地，ICI7135芯片的VREF端连接在电阻六与电阻七之间。
本发明具有下述优点：以STC89C58为微控制器，以集成14位ADC 芯片ICL7135为核心，采用四点测量方式，通过自动误差校正算法实现从微欧到兆欧范围的高精度电阻测量，测量精度可达0.05％，采用4 位半LED显示，适用于变压器及电感线圈铜阻、继电器接触电阻、元件焊点接触电阻、印刷板线条及焊孔电阻、金属探伤等场合；
本发明根据实际被测电阻的大小，在进行自动量程切换的同时，采用电流串联负反馈技术产生不同数值的恒流源，即1uA、10uA、 100uA、1mA、10mA、100mA和1A共7种高精度恒流源。对于兆欧级别的电阻，采用1uA恒流源，而对于毫欧姆甚至微欧姆级别的电阻，采用1A的恒流源，再配合采样信号增益的变化，使得采样电压在合理的范围，提高测量精度。
附图说明
图1为本发明的系统框图；
图2为本发明的恒流源电路原理图；
图3为本发明的量程切换电路原理图；
图4为本发明的误差校正电路原理图；
图5为本发明的四点法测电阻原理图；
图6为本发明的被测电阻连接电路原理图。
图中：1、电源芯片；2、运放一；3、运放二；4、运放三；5、运放四；6、三极管一；7、三极管二；8、三极管三；9、固定电阻； 10、MOS管一；11、MOS管二；12、电容一；13、二极管一；14、二极管二；15、二极管三；16、二极管四；17、二极管五；18、二极管六； 19、电阻一；20、电阻二；21、MOS管三；22、转换电路；23、运放五；24、电阻三；25、电阻四；26、电阻五；27、开关切换电路；28、 LM358芯片；29、电容二；30、电阻六；31、电阻七。
具体实施方式
参照图1至6所示，本实施例的一种宽量程高精度电阻测试仪，包括处理器(处理器为STC89C58微控制器)、恒流源电路、被测电阻连接电路、转换电路22、量程切换电路、误差校正电路和显示电路(显示电路为液晶显示器)，所述被测电阻连接电路用于对被测电阻的插接，所述恒流源电路对被测电阻连接电路进行恒流源输出，所述转换电路22对被测电阻连接电路进行信号转换输出，所述量程切换电路27 对转换电路22进行控制，调整转换电路22的采样转换效率，所述误差校正电路对转换电路22输出的信号进行校正并输入处理器，所述处理器接收校正后的信号处理并输入显示电路，所述显示电路对处理后的信号进行信息显示。
所述恒流源电路(电路中采用了高精度的5V基准电源芯片1REF02 (U17)，0.1％高精度电阻R11，通过电流串联负反馈技术在被测电阻上产生恒流源)包括12V电源、电源芯片1(高精度5V基准电源芯片 1REF02)、运放一2、运放二3、运放三4、运放四5、三极管一6、三极管二7、三极管三8、固定电阻9(固定电阻9为0.1％高精度电阻R11)、 MOS管一10和MOS管二11，12V电源输入电源芯片1，电源芯片1输出电源到运放一2的负极端，运放一2的正极端接地，运放一2的输出端连接三极管一6的基极，三极管的发射极连接三极管二7的基极，三极管一6和三极管二7的集电极均连接12V电源，三极管的发射极连接固定电阻9的一端，固定电阻9的另一端连接MOS管一10的输入端，MOS管一 10的输出端连接被测电阻后接地，MOS管二11的输入端连接MOS管一10 的输入端，MOS管二11的输出端连接运放二3的正极端，运放二3的负极端与输出端串联，且运放二3的输出端连接运放三4的负极端，运放三4的正极端与三极管二7的发射极连接，运放三4的负极端与输出端串联，且运放三4的输出端与运放一2的输出端连接，运放四5的负极端与运放一2的输出端连接，运放四5的正极端接地，运放四5的输出端与三极管三8的基极连接，三极管三8的发射极与三极管一6的基极连接，三极管三8的集电极接地。
如图2中Rx是被测对象，B点电压是5V，A点电压是D点和E点之间电压差(其实就是1M电阻上的电压)的5倍，图2引入电流串联负反馈，使得D点和E点之间的电压差保持在1V，所以被测电阻Rx上流过电流为 1/R11，通过调整R11就可以得到不同数值的恒流源，本电路设置产生 1uA、10uA、100uA、1mA、10mA、100mA和1A共7种不同数值的恒流源
所述运放一2的输出端与三极管一6的基极之间串联有电容一12。
如图5-6所示，所述被测电阻连接电路包括二极管一13、二极管二14、二极管三15、二极管四16、二极管五17、二极管六18、电阻一 19、电阻二20、MOS管三21，二极管一13的负极端连接恒流源电路的电流输出端，二极管一13的正极端连接电源正极，电阻一19并联在二极管一13上，二极管二14的正极连接二极管一13的负极，二极管二14 的负极连接二极管一13的正极，二极管三15的正极连接二极管二14 的负极，二极管四16的正极连接二极管三15的负极，二极管四16的负极连接二极管一13的正极，MOS管三21的输入端连接二极管三15的负极，MOS管三21的输出接地，且MOS管三21的输出连接二极管五17的正极，二极管五17的负极接地，电阻二20并联在二极管五17上，二极管六18的负极连接二极管五17的正极，二极管六18的正极接地。
如图4所示，传统两点法测电阻，对于低电阻来说，引线电阻的影响比较大，测试精度不高，为提高精度，一般需要采用四点法。具体原理如图5所示，恒流源产生的测试电流Itest流经引线电阻和被测电阻形成回路，在Rx上产生测试电压，由于电压采样电路阻抗一般很大， Isense很小，引起的误差可忽略不计，则可得到采样电压Ux＝Itest×Rx，Itest已知的情况下，采样Ux则可得Rx＝Ux/Itest，可以剔除引线电阻误差。
如图6所示是电路内部接口电路。图中S+和S-是电流激励端，D+ 和D-是电压采样端。测试结束或暂停时，Test_Ena信号为高电平，则 MOS管Q12导通，被测电阻短路，电路处于安全停止状态。为提高测试精度，测试线采用五芯屏蔽线，中间一根是接地屏蔽线。
所述转换电路22为4位双积分A/D转换芯片，4位双积分A/D转换芯片通过并行连接对被测电阻进行采样。
所述4位双积分A/D转换芯片为ICI7135芯片。
如图3所示，所述量程切换电路27包括运放五23、电阻三24、电阻四25、电阻五26和开关切换电路27，运放五23的正极端连接转换电路22的信号输出端，运放五23的负极端连接开关切换电路27的输出端，运放五23的输出端连接开关切换电路27的第一输入端，电阻三24 串联在开关切换电路27的第一输入端与第二输入端之间，电阻四25 串联在开关切换电路27的第二输入端与第三输入端之间，电阻五26 的一端连接开关切换电路27的第三输入端，电阻五26的另一端接地。
由于采样信号的变化范围比较大，对不同的输入信号需要不同的信号放大倍数。图3中输入采样信号可以通过多路开关切换电路 27MC14052实现三个量程的切换，放大倍数分别是1、10和100。比如，若单片机控制PC4＝0，PC5＝1，则Y1与Y相连，此时同相放大电路放大倍数为10，其他量程以此类推。当输入信号比较小时，可以采用100 倍量程；当输入信号很大时，可以采用1倍量程；当输入信号适中时，可以采用10倍量程。
所述开关切换电路27为MC14052量程切换芯片。
如图4所示，所述误差校正电路包括LM358芯片28、电容二29、电阻六30和电阻七31，LM358芯片28的输入端接地，输出端连接 VCC电源，电容二29正极连接VCC电源，负极接地，电阻六30一端连接LM358芯片28的输出端，电阻六30的另一端连接电阻七31后接地，ICI7135芯片的VREF端连接在电阻六30与电阻七31之间。
AD转换采用是4位双积分A/D转换芯片ICI7135，相当于14位 A/D转换，为提高速度，采用并行采样方式。由图4可见，基准电压由LM358-1.25V产生1.25V基准电压经过电阻R20和R41分压得到， VREF计算如下：
即输入到ICL7135的VREF不是标准的1V参考电压，再考虑到 LM358以及电阻R20和R41的误差，则每台仪器的参考电压是不一样的，所以需要校正。如图4所示，校正时，先在输入采样信号处外加一个标准的高精度的1.000V的基准电压，通过数据口读入此时的采样值，假设此时的采样值为A(对于不同的电路板，由于基准电源芯片1和电阻的不同，A值会有差异，但不影响测试结果)，将A值作为每块电路板的AD校正值存入到EEPROM中，在采样时每次读取数据都要考虑此系数A的影响，消除电路误差，提高采样精度。比如若某次采样数值为AD_VALUE，则实际电压值应为AD_VALUE/A。这样既不需要高精度的电源基准芯片，也不需要高精度电阻，大大降低了硬件成本，提高了电路设计的灵活性。另外，校正只需要在仪器出厂前校正即可，一般正常使用时不需要校正。
(1)采用电流串联负反馈技术产生高精度恒流源；
(2)多达7种恒流源，适应不同测试场合；
(3)自动量程切换，适应不同阻值的测试电阻；
(4)采用屏蔽线采样的四点法测电阻电路；
(5)采用软件实现自动误差校正技术，不需要高精度的硬件，降低成本等要求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种宽量程高精度电阻测试仪，其特征在于：包括处理器、恒流源电路、被测电阻连接电路、转换电路、量程切换电路、误差校正电路和显示电路，所述被测电阻连接电路用于对被测电阻的插接，所述恒流源电路对被测电阻连接电路进行恒流源输出，所述转换电路对被测电阻连接电路进行信号转换输出，所述量程切换电路对转换电路进行控制，调整转换电路的采样转换效率，所述误差校正电路对转换电路输出的信号进行校正并输入处理器，所述处理器接收校正后的信号处理并输入显示电路，所述显示电路对处理后的信号进行信息显示。
2.根据权利要求1所述的一种宽量程高精度电阻测试仪，其特征在于：所述恒流源电路包括12V电源、电源芯片、运放一、运放二、运放三、运放四、三极管一、三极管二、三极管三、固定电阻、MOS管一和MOS管二，12V电源输入电源芯片，电源芯片输出电源到运放一的负极端，运放一的正极端接地，运放一的输出端连接三极管一的基极，三极管的发射极连接三极管二的基极，三极管一和三极管二的集电极均连接12V电源，三极管的发射极连接固定电阻的一端，固定电阻的另一端连接MOS管一的输入端，MOS管一的输出端连接被测电阻后接地，MOS管二的输入端连接MOS管一的输入端，MOS管二的输出端连接运放二的正极端，运放二的负极端与输出端串联，且运放二的输出端连接运放三的负极端，运放三的正极端与三极管二的发射极连接，运放三的负极端与输出端串联，且运放三的输出端与运放一的输出端连接，运放四的负极端与运放一的输出端连接，运放四的正极端接地，运放四的输出端与三极管三的基极连接，三极管三的发射极与三极管一的基极连接，三极管三的集电极接地。
3.根据权利要求2所述的一种宽量程高精度电阻测试仪，其特征在于：所述运放一的输出端与三极管一的基极之间串联有电容一。
4.根据权利要求1所述的一种宽量程高精度电阻测试仪，其特征在于：所述被测电阻连接电路包括二极管一、二极管二、二极管三、二极管四、二极管五、二极管六、电阻一、电阻二、MOS管三，二极管一的负极端连接恒流源电路的电流输出端，二极管一的正极端连接电源正极，电阻一并联在二极管一上，二极管二的正极连接二极管一的负极，二极管二的负极连接二极管一的正极，二极管三的正极连接二极管二的负极，二极管四的正极连接二极管三的负极，二极管四的负极连接二极管一的正极，MOS管三的输入端连接二极管三的负极，MOS管三的输出接地，且MOS管三的输出连接二极管五的正极，二极管五的负极接地，电阻二并联在二极管五上，二极管六的负极连接二极管五的正极，二极管六的正极接地。
5.根据权利要求1所述的一种宽量程高精度电阻测试仪，其特征在于：所述转换电路为4位双积分A/D转换芯片，4位双积分A/D转换芯片通过并行连接对被测电阻进行采样。
6.根据权利要求5所述的一种宽量程高精度电阻测试仪，其特征在于：所述4位双积分A/D转换芯片为ICI7135芯片。
7.根据权利要求1所述的一种宽量程高精度电阻测试仪，其特征在于：所述量程切换电路包括运放五、电阻三、电阻四、电阻五和开关切换电路，运放五的正极端连接转换电路的信号输出端，运放五的负极端连接开关切换电路的输出端，运放五的输出端连接开关切换电路的第一输入端，电阻三串联在开关切换电路的第一输入端与第二输入端之间，电阻四串联在开关切换电路的第二输入端与第三输入端之间，电阻五的一端连接开关切换电路的第三输入端，电阻五的另一端接地。
8.根据权利要求7所述的一种宽量程高精度电阻测试仪，其特征在于：所述开关切换电路为MC14052量程切换芯片。
9.根据权利要求6所述的一种宽量程高精度电阻测试仪，其特征在于：所述误差校正电路包括LM358芯片、电容二、电阻六和电阻七，LM358芯片的输入端接地，输出端连接VCC电源，电容二正极连接VCC电源，负极接地，电阻六一端连接LM358芯片的输出端，电阻六的另一端连接电阻七后接地，ICI7135芯片的VREF端连接在电阻六与电阻七之间。
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