CN110927465A - 直流电阻测量电路及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直流电阻测量电路及装置。该直流电阻测量电路，包括恒流电源、第一电压跟随电路、第二电压跟随电路及处理电路。其中，恒流电源用于为待测电阻提供恒流电流。第一电压跟随电路的第一输入端连接于待测电阻的一端，可以检测待测电阻的一端的第一电压值。第二电压跟随电路的第二输入端连接于位于待测电阻的另一端的第三端口，可以检测待测电阻的另一端的第二电压值。处理电路用于对第一电压值和第二电压值进行处理，得到待测电阻的阻值。该直流电阻测量电路，利用第一电压跟随电路和第二电压跟随电路，可以规避恒流电源连接至待测电阻的导线的电阻，从而提高阻值测量的测量精度。

Description

直流电阻测量电路及装置

技术领域

本发明涉及直流电阻测量技术，特别是涉及直流电阻测量电路及装置。

背景技术

在生产和实践中，常常需要对微小电阻进行精确测量。例如电机和变压器的线圈电阻、电闸接线端子和电缆插座的接触电阻，以及大功率电气开关的接触电阻等，这些电阻的阻值一般都在毫欧级甚至微欧级。

传统技术中，通常采用数字万用表对直流电阻进行阻值测量。

发明人在实现传统技术的过程中发现：使用数字万用表对直流电阻进行阻值测量，测量精度较低。

发明内容

基于此，有必要针对传统技术中存在的直流电阻测量精度较低的问题，提供一种直流电阻测量电路及装置。

一种直流电阻测量电路，用于对待测电阻R_X进行阻值测量，包括：

恒流电源，具有第一端口和第二端口，所述第一端口与所述待测电阻R_X的一端连接，所述第二端口与所述待测电阻R_X的另一端连接，以向所述待测电阻R_X供电；

第一电压跟随电路，具有第一输入端和第一输出端，所述第一输入端连接于所述第一端口和所述待测电阻R_X之间，以获取所述第一端口和所述待测电阻R_X之间的第一电压值U₁；

第二电压跟随电路，具有第二输入端和第二输出端，所述第二输入端与位于所述待测电阻R_X的另一端的第三端口连接，以获取所述待测电阻R_X的另一端的第二电压值U₂；

处理电路，与所述第一输出端和第二输出端连接，以获取所述第一电压值U₁和第二电压值U₂，并根据所述第一电压值U₁、第二电压值U₂和所述恒流电源的电流值I计算所述待测电阻R_X的阻值。

在其中一个实施例中，所述的直流电阻测量电路还包括：

第三电压跟随电路，具有第三输入端和第三输出端，所述第三输入端连接于所述第三端口和所述第二端口之间；以获取所述第三端口和所述第二端口之间的第三电压值U₃；所述第三输出端与处理电路连接，所述处理电路根据所述第一电压值U₁、第二电压值U₂、第三电压值U₃和所述恒流电源的电流值I计算所述待测电阻R_X的阻值。

在其中一个实施例中，所述第一电压跟随电路通过第四端口连接于所述第一端口和所述待测电阻R_X之间；

所述第三电压跟随电路通过第五端口连接于所述第三端口和所述第二端口之间；所述第三端口到所述第五端口的电传输距离等于所述第四端口到所述待测电阻R_X的一端的电传输距离。

在其中一个实施例中，所述第一电压跟随电路为运算放大器A1，所述运算放大器A1的同相输入端连接于所述第四端口；所述运算放大器A1的反相输入端与所述运算放大器A1的输出端连接；所述运算放大器A1的输出端还与所述处理电路连接。

在其中一个实施例中，所述第二电压跟随电路为运算放大器A2，所述运算放大器A2的同相输入端与所述第三端口连接；所述运算放大器A2的反相输入端与所述运算放大器A2的输出端连接；所述运算放大器A2的输出端还与所述处理电路连接。

在其中一个实施例中，所述第三电压跟随电路为运算放大器A3，所述运算放大器A3的同相输入端与所述第五端口连接；所述运算放大器A3的反相输入端与所述运算放大器A3的输出端连接；所述运算放大器A3的输出端还与所述处理电路连接。

在其中一个实施例中，所述处理电路包括：

差分放大电路，与所述第一输出端和所述第二输出端连接，以根据所述第一电压值U₁和所述第二电压值U₂得到第一电压差值U₁₂。

在其中一个实施例中，所述处理电路还包括：

减法电路，与所述差分放大电路和所述第三输出端连接，以根据所述第二电压值U₂和所述第三电压值U₃得到第二电压差值U₂₃；并根据所述第一电压差值U₁₂和所述第二电压差值U₂₃得到第三电压差值U₁₂₃。

在其中一个实施例中，所述待测电阻R_X的阻值的计算方式为：

上述直流电阻测量电路，包括恒流电源、第一电压跟随电路、第二电压跟随电路及处理电路。其中，恒流电源用于为待测电阻R_X提供恒流电流。第一电压跟随电路的第一输入端连接于待测电阻R_X的一端，可以检测待测电阻R_X的一端的第一电压值U₁。第二电压跟随电路的第二输入端连接于位于待测电阻R_X的另一端的第三端口，可以检测待测电阻R_X的另一端的第二电压值U₂。处理电路用于对第一电压值U₁和第二电压值U₂进行处理，得到待测电阻R_X的阻值。该直流电阻测量电路，利用第一电压跟随电路和第二电压跟随电路，可以规避恒流电源连接至待测电阻R_X的导线的电阻，从而提高阻值测量的测量精度。

一种直流电阻测量装置，包括上述任意一个实施例所述的直流电阻测量电路。

上述直流电阻测量装置，包括上述实施例的直流电阻测量电路，利用第一电压跟随电路和第二电压跟随电路，可以规避恒流电源连接至待测电阻R_X的导线的电阻，从而提高阻值测量的测量精度。

附图说明

图1为本申请一个实施例中直流电阻测量电路的电路结构示意图；

图2为本申请另一个实施例中直流电阻测量电路的电路结构示意图；

图3为本申请又一个实施例中直流电阻测量电路的电路结构示意图。

其中，各附图标号所代表的含义分别为：

10、直流电阻测量电路；

110、恒流电源；

112、第一端口；

114、第二端口；

120、第一电压跟随电路；

122、第一输入端；

124、第一输出端；

126、第四端口；

130、第二电压跟随电路；

132、第二输入端；

134、第二输出端；

136、第三端口；

140、第三电压跟随电路；

142、第三输入端；

144、第三输出端；

146、第五端口；

150、处理电路；

152、差分放大电路；

154、减法电路。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

本申请提供一种直流电阻测量电路10，用于对待测电阻R_X进行阻值的测量。在本申请的各实施例中，连接均指的是电连接。如图1所示，该直流电阻测量电路10包括恒流电源110、第一电压跟随电路120、第二电压跟随电路130和处理电路150。

具体的，恒流电源110用于为待测电阻提供恒定电流的直流电。这里的恒流是指电源输出的电流大小是恒定不变的，不会随着电压的变化而变化。该恒流电源110可以具有第一端口112和第二端口114。当第一端口112和第二端口114之间连接有可通电导体时，第一端口112和第二端口114之间即可导通。在本实施例中，第一端口112可以和待测电阻R_X的一端连接，第二端口114可以和待测电阻R_X的另一端连接，从而使恒流电源110可以向待测电阻R_X提供恒流电。

电压跟随电路是实现输出信号随输入电压的变化而变化的电子元件，可以用于电压的检测。第一电压跟随电路120用于检测第一端口112和待测电阻R_X之间的电压。第一电压跟随电路120可以具有第一输入端122和第一输出端124。其中，第一输入端122连接于第一端口112和待测电阻R_X之间，从而使第一电压跟随电路120可以获取第一端口112和待测电阻R_X之间的电压值。为便于描述，我们将第一端口112和待测电阻R_X之间的电压值命名为第一电压值U₁。

第二电压跟随电路130用于检测待测电阻R_X的另一端电压。这里，待测电阻R_X的另一端是指待测电阻R_X电性靠近第二端口114的一端，即待测电阻R_X电性远离第一端口112的一端。待测电阻R_X电性靠近第二端口114的一端具有第三端口136。第二电压跟随电路130可以具有第二输入端132和第二输出端134。其中，第二输入端132连接于第三端口136，从而使第二电压跟随电路130可以获取第三端口136的电压值。为便于描述，我们将第三端口136的电压值命名为第二电压值U₂。

处理电路150与第一输出端124和第二输出端134连接。处理电路150用于获取第一电压值U₁和第二电压值U₂，并根据第一电压值U₁、第二电压值U₂和恒流电源110的电流值I计算待测电阻R_X的阻值。

更具体的，本申请的直流电阻测量电路10工作时，第一电压跟随电路120可以检测待测电阻R_X的一端的第一电压值U₁；第二电压跟随电路130可以检测待测电阻R_X的另一端的第二电压值U₂；此时，处理电路150即可根据第一电压值U₁和第二电压值U₂的第一电压差值U₁₂。使用该第一电压差值U₁₂除以恒流电源110的电流值I，即可求得待测电阻R_X的阻值。该直流电阻测量电路10，利用第一电压跟随电路120和第二电压跟随电路130，可以规避恒流电源110连接至待测电阻R_X的导线的电阻，从而提高阻值测量的测量精度。

然而，在待测电阻R_X的阻值测量中，待测电阻R_X两端会设有测试夹具作为接触点，接触点到待测电阻R_X之间具有一定距离，该段距离也具有电阻。使用上述实施例中的直流电阻测量方法所测得的电阻，仍受接触点到待测电阻R_X之间的电阻的影响。我们将接触点到待测电阻R_X之间的电阻称为干扰电阻，在待测电阻R_X的两端均存在该干扰电阻。由此，为进一步提高直流电阻的阻值测量精度，如图2所示，本申请的直流电阻测量电路10，还可以包括第三电压跟随电路140。

具体的，第三电压跟随电路140用于检测第三端口136和第二端口114之间的电压值。第三电压跟随电路140可以具有第三输入端142和第三输出端144。其中，第三输入端142连接于第三端口136和第二端口114之间，从而使第三电压跟随电路140可以获取第三端口136和第二端口114之间的电压值。为便于描述，我们将第三端口136和第二端口114之间的电压值命名为第三电压值U₃，第三端口136为待测电阻R_X所具有的端口，位于待测电阻R_X与测试夹具之间。此时，第二电压值U₂和第三电压值U₃之间的第二电压差值U₂₃，即可表征从第三端口136到第三输入端142的连接点之间的干扰电阻所带来的电压变化量。

第三电压跟随电路140的第三输出端144也可以连接至处理电路150。此时，处理电路150即可根据第一电压值U₁、第二电压值U₂、第三电压值U₃和恒流电源110的电流值I计算待测电阻R_X的阻值。

进一步的，我们将第一电压跟随电路120的第一输入端122与第一端口112和待测电阻R_X之间的导线的连接点称为第四端口126。换句话说，第一电压跟随电路120的第一输入端122通过第四端口126连接至第一端口112和待测电阻R_X之间。

同时，将第三电压跟随电路140的第三输入端142与第二端口114和第三端口136之间的导线的连接点称为第五端口146。换句话说，第三电压跟随电路140的第三输入端142通过第五端口146连接至第二端口114和第三端口136之间。

在本实施例中，可以使第三端口136到第五端口146的电传输距离等于第四端口126到待测电阻R_X的一端的电传输距离。这里的电传输距离是指电流的传输路径的长度，其等于两点之间的导线长度。

由上述描述可知，第一电压跟随电路120可以检测第四端口126的第一电压值U₁，第二电压跟随电路130可以检测第三端口136的第二电压值U₂，第三电压跟随电路140可以检测第五端口146的第三电压值U₃。此时，第一电压值U₁和第二电压值U₂之间的第一电压差值U₁₂除表征待测电阻R_X所带来的电压变化量外，还包括位于待测电阻R_X的一端的干扰电阻所带来的电压变化量。又由于第三端口136到第五端口146的电传输距离等于第四端口126到待测电阻R_X的一端的电传输距离，可知第三端口136到第五端口146的干扰电阻等于第四端口126到待测电阻R_X的一端的干扰电阻。此时，第三端口136到第五端口146的干扰电阻带来的干扰电压也等于第四端口126到待测电阻R_X的一端的干扰电阻带来的电压。

由此，使用第一电压差值U₁₂减去第二电压差值U₂₃得到第三电压差值U₁₂₃，即为待测电阻R_X的的电压。从而即可计算待测电阻R_X的阻值为：

上述直流电阻测量电路10，可以排除待测电阻R_X两端的接触点到待测电阻R_X之间的干扰电阻对电压的影响，从而使待测电阻R_X的阻值检测结果更加准确。

在一个实施例中，第一电压跟随电路120、第二电压跟随电路130和第三电压跟随电路140可以选用运算放大器。运算放大器具有虚断特性，即电压提取引线上的电流为0，以此即可避免电压测量受电压跟随电路的影响。

在一个实施例中，处理电路150可以包括差分放大电路152。其中，差分放大电路152与第一输出端124和第二输出端134连接，从而根据第一电压值U₁和第二电压值U₂得到第一电压差值U₁₂。

进一步的，处理电路150还可以包括减法电路154。减法电路154与差分放大电路152和第三输出端144连接。减法电路154用于根据第二电压值U₂和第三电压值U₃得到第二电压差值U₂₃；并根据第一电压差值U₁₂和第二电压差值U₂₃得到第三电压差值U₁₂₃。

下面我们结合图3，从一个具体的实施例对本申请的直流电阻测量电路10进行解释说明。

该直流电阻测量电路10包括恒流电源110和连接于恒流电源110两端的待测电阻R_X。恒流电源110具有第一端口112和第二端口114。第一端口112和待测电阻R_X的一端连接；第二端口114和待测电阻R_X的另一端连接。在待测电阻R_X的另一端，具有第三端口136。在第一端口112和待测电阻R_X之间具有第四端口126。在第三端口136和第二端口114之间，还具有第五端口146。由此，恒流电源110流出的电流，即可经第一端口112、第四端口126、第三端口136、第五端口146和第二端口114后流回恒流电源110。

处理电路150里包括差分放大电路152和减法电路154。

第一电压跟随电路120为运算放大器A1。运算放大器A1的同相输入端连接于第四端口126；运算放大器A1的反相输入端与运算放大器A1的输出端连接；运算放大器A1的输出端还与处理电路150的差分放大电路152连接。由此，运算放大器A1即可输出第四端口126处的第一电压值U₁。

第二电压跟随电路130为运算放大器A2。运算放大器A2的同相输入端连接于第三端口136；运算放大器A2的反相输入端与运算放大器A2的输出端连接；运算放大器A2的输出端还与处理电路150的差分放大电路152连接。由此，运算放大器A2即可输出第三端口136处的第二电压值U₂。

差分放大电路152可以获取第一电压值U₁和第二电压值U₂，并经过同比放大及求差后，得到第一电压差值U₁₂。差分放大电路152的输出端与减法电路154连接，从而向减法电路154传递第一电压差值U₁₂和第二电压值U₂。

第三电压跟随电路140为运算放大器A3。运算放大器A3的同相输入端与第五端口146连接；运算放大器A3的反相输入端与运算放大器A3的输出端连接；运算放大器A3的输出端还与处理电路150的减法电路154连接。由此，运算放大器A3即可输出第五端口146处的第三电压值U₃。

减法电路154可以获取第二电压值U₂和第三电压值U₃，并计算得到第二电压差值U₂₃。同时，减法电路154电路还可以根据第一电压差值U₁₂和第二电压差值U₂₃得到第三电压差值U₁₂₃。

在图3所示中，电阻R1为恒流电源110的正极到第一端口112的导线的等效电阻。R2为运算放大器A1的同相输入端到第四端口126的导线的等效电阻。R6为运算放大器A2的同相输入端到第三端口136的导线的等效电阻。R9为运算放大器A3的同相输入端到第五端口146的导线的等效电阻。R5为恒流电源110的负极到第二端口114的导线的等效电阻。R3为测试夹具与待测电阻R_X的一端引脚之间的等效电阻。R7为测试夹具与待测电阻R_X的另一端引脚之间的等效电阻。R4和R8为接触点到待测电阻R_X之间的等效电阻，即上述干扰电阻的等效电阻。

由此可知，第一电压差值U₁₂表征的是干扰电阻R4和待测电阻R_X所引起的电压变化量。第二电压差值U₂₃表征的是干扰电阻R8所引起的电压变化量。令第三端口136到第五端口146的电传输距离等于第四端口126到待测电阻R_X的一端的电传输距离，即使干扰电阻R4的阻值等于干扰电阻R8的阻值。此时，第三电压差值U₁₂₃为第一电压差值U₁₂和第二电压差值U₂₃的差，即可表征待测电阻R_X所引起的电压变化量。

同时，由于使用运算放大器A1、运算放大器A2和运算放大器A3作为第一电压跟随电路120、第二电压跟随电路130和第三电压跟随电路140，而运算放大器具有虚断特性，可知测量结果不受电阻R2和电阻R6的影响。即第三电压差值U₁₂₃＝I*R_X。从而可以得到待测电阻的阻值为

上述直流电阻测量方法，将待测电阻R_X两端的接触点与待测电阻R_X之间的电阻所带来的影响也消除，可以进一步提高电阻测量精度。

本申请还提供一种直流电阻测量装置，该直流电阻测量装置包括上述任意一个实施例中的直流电阻测量电路10。

具体的，该直流电阻测量电路10，用于对待测电阻R_X进行阻值测量，包括：

恒流电源110，具有第一端口112和第二端口114，第一端口112与待测电阻R_X的一端连接，第二端口114与待测电阻R_X的另一端连接，以向待测电阻R_X供电。

第一电压跟随电路120，具有第一输入端122和第一输出端124，第一输入端122连接于第一端口112和待测电阻R_X之间，以获取第一端口112和待测电阻R_X之间的第一电压值U₁。

第二电压跟随电路130，具有第二输入端132和第二输出端134，第二输入端132与位于待测电阻R_X的另一端的第三端口136连接，以获取待测电阻R_X的另一端的第二电压值U₂。

处理电路150，与第一输出端124和第二输出端134连接，以获取第一电压值U₁和第二电压值U₂，并根据第一电压值U₁、第二电压值U₂和恒流电源110的电流值I计算待测电阻R_X的阻值。

上述直流电阻测量装置，包括上述实施例的直流电阻测量电路10，利用第一电压跟随电路120和第二电压跟随电路130，可以规避恒流电源110连接至待测电阻R_X的导线的电阻，从而提高阻值测量的测量精度。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种直流电阻测量电路，用于对待测电阻R_X进行阻值测量，其特征在于，包括：

恒流电源(110)，具有第一端口(112)和第二端口(114)，所述第一端口(112)与所述待测电阻R_X的一端连接，所述第二端口(114)与所述待测电阻R_X的另一端连接，以向所述待测电阻R_X供电；

第一电压跟随电路(120)，具有第一输入端(122)和第一输出端(124)，所述第一输入端(122)连接于所述第一端口(112)和所述待测电阻R_X之间，以获取所述第一端口(112)和所述待测电阻R_X之间的第一电压值U₁；

第二电压跟随电路(130)，具有第二输入端(132)和第二输出端(134)，所述第二输入端(132)与位于所述待测电阻R_X的另一端的第三端口(136)连接，以获取所述待测电阻R_X的另一端的第二电压值U₂；

处理电路(150)，与所述第一输出端(124)和第二输出端(134)连接，以获取所述第一电压值U₁和第二电压值U₂，并根据所述第一电压值U₁、第二电压值U₂和所述恒流电源(110)的电流值I计算所述待测电阻R_X的阻值。

2.根据权利要求1所述的直流电阻测量电路，其特征在于，还包括：

第三电压跟随电路(140)，具有第三输入端(142)和第三输出端(144)，所述第三输入端(142)连接于所述第三端口(136)和所述第二端口(114)之间；以获取所述第三端口(136)和所述第二端口(114)之间的第三电压值U₃；所述第三输出端(144)与处理电路(150)连接，所述处理电路(150)根据所述第一电压值U₁、第二电压值U₂、第三电压值U₃和所述恒流电源(110)的电流值I计算所述待测电阻R_X的阻值。

3.根据权利要求2所述的直流电阻测量电路，其特征在于，所述第一电压跟随电路(120)通过第四端口(126)连接于所述第一端口(112)和所述待测电阻R_X之间；

所述第三电压跟随电路(140)通过第五端口(146)连接于所述第三端口(136)和所述第二端口(114)之间；所述第三端口(136)到所述第五端口(146)的电传输距离等于所述第四端口(126)到所述待测电阻R_X的一端的电传输距离。

4.根据权利要求3所述的直流电阻测量电路，其特征在于，所述第一电压跟随电路(120)为运算放大器A1，所述运算放大器A1的同相输入端连接于所述第四端口(126)；所述运算放大器A1的反相输入端与所述运算放大器A1的输出端连接；所述运算放大器A1的输出端还与所述处理电路(150)连接。

5.根据权利要求3所述的直流电阻测量电路，其特征在于，所述第二电压跟随电路(130)为运算放大器A2，所述运算放大器A2的同相输入端与所述第三端口(136)连接；所述运算放大器A2的反相输入端与所述运算放大器A2的输出端连接；所述运算放大器A2的输出端还与所述处理电路(150)连接。

6.根据权利要求3所述的直流电阻测量电路，其特征在于，所述第三电压跟随电路(140)为运算放大器A3，所述运算放大器A3的同相输入端与所述第五端口(146)连接；所述运算放大器A3的反相输入端与所述运算放大器A3的输出端连接；所述运算放大器A3的输出端还与所述处理电路(150)连接。

7.根据权利要求3所述的直流电阻测量电路，其特征在于，所述处理电路(150)包括：

差分放大电路(152)，与所述第一输出端(124)和所述第二输出端(134)连接，以根据所述第一电压值U₁和所述第二电压值U₂得到第一电压差值U₁₂。

8.根据权利要求7所述的直流电阻测量电路，其特征在于，所述处理电路(150)还包括：

减法电路(154)，与所述差分放大电路(152)和所述第三输出端(144)连接，以根据所述第二电压值U₂和所述第三电压值U₃得到第二电压差值U₂₃；并根据所述第一电压差值U₁₂和所述第二电压差值U₂₃得到第三电压差值U₁₂₃。

9.根据权利要求8所述的直流电阻测量电路，其特征在于，所述待测电阻R_X的阻值的计算方式为：

10.一种直流电阻测量装置，其特征在于，包括如权利要求1至9任意一项所述的直流电阻测量电路(10)。

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