CN111239495A - 一种采用固定小电流激励的微电阻测量装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供一种采用固定小电流激励的微电阻测量装置和方法，涉及电子测量技术领域。该方法包括：电流采样电路，获取第一电压信号；所述第一电压信号是由所述恒定电流通过已知电阻后，在所述已知电阻两端产生；电压采样电路，获取第二电压信号；所述第二电压信号是由所述恒定电流通过待测电阻后，在所述待测电阻两端产生；处理器，记录已知电阻的电阻值，将所述第一电压信号转换成第一电流信号，根据采集到的所述第一电流信号和所述第二电压信号，计算所述待测电阻的电阻值。该装置采用10mA固定小电流激励，能够实现mΩ级电阻的精确测量，可用于易燃、易爆等危险场景的微电阻测量，具有良好的环境适用性。
Description
技术领域
本申请涉及电子测量技术领域，具体而言，涉及一种采用固定小电流激励的微电阻测量装置和方法。
背景技术
电阻测量在不同场景均有应用需求，常用的测量方法包括恒流源法、电桥法、电阻比较法等。在一些易燃、易爆场景，为了保证安全，常常对测试电流有严苛的要求，如弹上电缆导通电阻测量、雷管内阻测量等。采用小电流激励测量微电阻时，由于采样电压很小，给电阻准确测试带来一定难度。
目前，电阻测试方案通常采用小电流测量较大电阻，较大的电流测试极小的电阻，以保证采样电压能被准确采集，从而计算得到准确的电阻值。现有技术测试mΩ级电阻时，通常测试电流大于50mA，对于测试继电器、断路器等器件导通电阻是可行的，不会损坏器件。但对于一些对测试电流要求更为严格的场景，如易燃、易爆场景(30mA以上电流对于某些场景都是危险的)，仍难以满足要求。
发明内容
本申请实施例提供一种采用固定小电流激励的微电阻测量装置和方法，采用10mA固定小电流激励，能够实现mΩ级电阻的精确测量，可用于易燃、易爆等危险场景的微电阻测量，具有良好的环境适用性。
本申请的实施例通过如下方式实现：
一种采用固定小电流激励的微电阻测量装置，包括：电流采样电路，获取第一电压信号；所述第一电压信号是由所述恒定电流通过已知电阻后，在所述已知电阻两端产生；电压采样电路，获取第二电压信号；所述第二电压信号是由所述恒定电流通过待测电阻后，在所述待测电阻两端产生；处理器，根据已知电阻的电阻值，将所述第一电压信号转换成第一电流信号；根据采集到的所述第一电流信号和所述第二电压信号，计算所述待测电阻的电阻值。本方案采用固定小电流激励，能够实现mΩ级电阻的精确测量。且采用电流、电压双参数实时采用，相对一般的电压单参数采样测试电路，可消除恒流源电流误差，提升装置的测量精度。
优选地，所述电流采样电路包括第一放大器和第一转换器；所述已知电阻、第一放大器、第一转换器和所述处理器依次串联。该方法对第一电压信号依次进行电压放大，数模转换，使采样值更加准确。
优选地，所述电压采样电路包括第二放大器和第二转换器；所述未知电阻、第二放大器、第二转换器和所述处理器依次串联。同理，该方法对第二电压信号依次进行电压放大，数模转换，使采样值更加准确。
优选地，所述装置还设有位于已知电阻与未知电阻之间的限流单元；所述限流单元在所述恒定电流通过所述待测电阻前，对所述恒定电流进行限流；恒定电流为所述待测电阻提供能量信号，限流电阻保证通过所述待测电阻的电流不大于某一阈值，例如30mA。对恒定电流采取限流措施，可对最大测试电流进行限制，使装置可用于易燃、易爆等危险场景的微电阻测量，具有良好的环境适应性；
优选地，所述第一放大器与所述已知电阻之间设有第一跟随器；所述第二放大器与所述待测电阻之间设有第二跟随器。本方案中，跟随器主要其电压跟随作用，使第一电压信号和第二电压信号隔离，减少两者之间的相互干扰。
优选地，所述装置还包括温度传感器，与所述处理器连接；所述处理器接收所述温度传感器提供的实时环境温度参数，自动进行温度补偿。本方案采用温度传感器测量周围环境温度，提供给处理器以自动进行温度补偿，改善由于元器件温度漂移造成的误差，进一步保证装置具有良好的环境适应性。
优选地，所述装置还包括电压参考源，分别与第一、第二转换器连接；所述转换器根据所述电压参考源提供的参考电压自动进行电压校正。本方案可满足小电流激励条件下的电压的准确采样。
一种采用固定小电流激励的微电阻测量方法，包括：利用电流采样电路获取第一电压信号；所述第一电压信号是由所述恒定电流通过已知电阻后，在所述已知电阻两端产生；利用电压采样电路获取第二电压信号；所述第二电压信号是由所述恒定电流通过待测电阻后，在所述待测电阻两端产生；处理器根据已知电阻的电阻值，将所述第一电压信号转换成第一电流信号，根据采集到的所述第一电流信号和所述第二电压信号，计算所述待测电阻的电阻值。。
优选地，在还包括所述限流单元在所述恒定电流通过所述待测电阻前，对所述恒定电流进行限流；恒定电流为所述待测电阻提供能量信号。限流电路保证通过所述待测电阻的电流不大于某一阈值，例如30mA。
优选地，所述处理器与温度传感器连接；通过接收所述温度传感器提供的实时环境温度参数，自动进行温度补偿。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的测量装置示意图；
图标：1-恒流源；2-已知电阻；3-限流单元；4-电流采样电路；41-第一放大器；42-第一转换器；4-第一跟随器；5-电压采样电路；51-第二放大器；52-第二转换器；53第二跟随器；6-处理器；7-温度传感器；8-电压参考源；9-显示屏。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
相关说明：
1、该装置设有电源模块进行AC/DC转换，将220V交流电转换为直流电源为整个测量装置提供电源。
2、第一、第二放大器和第一、第二转换器均采用高精度器件。其中，第一、第二放大器的放大倍数宜采用约500倍，第一、第二转换器采用24位以上的数模转化器件。
3、恒定电流是通过恒流源产生。已知电阻的电阻值是已知的。
本发明提供的一种采用固定小电流激励的微电阻测量装置，包括：
电流采样电路4，获取第一电压信号；所述第一电压信号是由所述恒定电流通过已知电阻2后，在所述已知电阻两端产生；
电压采样电路5，获取第二电压信号；所述第二电压信号是由所述恒定电流通过待测电阻后，在所述待测电阻两端产生；
处理器6，记录已知电阻2的电阻值，将所述第一电压信号转换成第一电流信号，根据采集到的所述第一电流信号和所述第二电压信号，计算所述待测电阻的电阻值。
实施例一：请参照图1，在本发明实施例中，具体连接关系为：恒流源1一电源端通过已知电阻2连接后，在与待测电阻形成回路后，返回恒流源另一电源端，即恒流源同时给已知电阻和待测电阻同时提供能量。通过4端口测量探头与恒流源形成回路。4端口另外两个端口与电压采样电路相连接，为电压采样电路提供待测电阻的电压值。其中，测量探头采用4线制探头，消除了探头连线的电阻影响。所述4线制测量探头的①线端与限流单元31的输出端连接，作为待测电阻的电流输入端，④线端与恒流源1直接连接，作为待测电阻的电流输出端，由此形成电流回路，在待测电阻两端产生电压。②、③两线端用于测得待测电阻两端的电压值。电流采样电路4包括第一放大器41和第一转换器42，其中，第一放大器41、第一转换器42和所述处理器6依次级联。电流采样电路4与已知电阻2并联，从而测量已知电阻两端的电压值。
整个工作过程原理为：恒流源1产生一个恒定电流，在本实施例中，该恒定电流为10mA，通过已知电阻2转换成第一电压信号，在本实施例中，该已知电阻2采用的是高精密电阻。电流采样电路4采集到已知电阻2两端的第一电压信号，依次经过第一放大器41、第一转换器42，依次进行电压放大，数模转换，最后转变成数字信号进入到处理器6中进行后续处理。另外，所述恒定电流通过待测电阻后，在所述待测电阻两端产生第二电压信号；通过电压采样电路5获取第二电压信号。处理器6记录下已知电阻2的阻值，根据欧姆定律，可以将所述第一电压信号转换成第一电流信号，然后根据采集到的所述第一电流信号和所述第二电压信号，再次根据欧姆定律，计算所述待测电阻的电阻值。
实施例二：在实施例一基础上，请继续参照图1，电压采样电路5还包括第二放大器51和第二转换器52，其中，第二放大器51、第二转换器52和处理器6依次级联。恒流源1产生10mA的恒定电流通过待测电阻，在待测电路两端产生第二电压信号。电压采样电路5还包括第二放大器51和第二转换器52，第二电压信号进入电压采样电路5后，经过第二放大器51、第二转换器52，依次进行电压放大，数模转换，最后转变成数字信号进入到处理器6中进行后续处理。
实施例三：在实施例一和二基础上，请继续参照图1，所述装置还包括所述限流单元在所述恒定电流通过所述待测电阻前，对所述恒定电流进行限流；恒定电流为所述待测电阻提供能量信号；在本发明实施例中，该限流单元31采用的是具有30mA熔断参数的保险丝，在在所述恒定电流通过所述待测电阻前，所述限流单元31对所述恒定电流进行限流，保证通过所述待测电阻的电流不大于30mA。由于采取的限流措施，使得装置可以用于易燃、易爆等危险场景的微电阻测量，具有良好的环境适用性。
实施例四：在实施例一至三基础上，请继续参照图1，所述第一放大器41与所述已知电阻2之间设有第一跟随器43；所述第二放大器51与所述待测电阻之间设有第二跟随器53。第一、第二跟随器作为电路中间隔离级，在电压输入后起到电压跟随的作用，保证了电流采样电路4和电压采样电路5中两路电压的隔离，减少相互之间形成的干扰。需要说明的是，4线制测量探头的②、③两线端与第二跟随器53的输入端连接，使电压采样电路5能够准备采集到待测电阻两端的电压值。
实施例五：在实施例一至四基础上，请继续参照图1，在本实施例中，该装置还包括温度传感器5，直接与处理器6连接；温度传感器5对周围环境温度进行测量，记录下环境参数发送给处理器6，处理器6在接收所述温度传感器5提供的实时环境温度参数后，通过温度补偿电路自动进行温度补偿。改善由于元器件温度漂移造成的误差，提高了测量精度。
实施例六：在实施例一至五基础上，请继续参照图1，在本实施例中，该装置还包括电压参考源6，该电压参考源6同样采用高精度器件，分别与第一转换器42、第二转换器52连接。所述电压参考源6分别为第一转换器42、第二转换器52提供一个基准电压，所述转换器根据这个基准电压自动进行电压校正，可进一步提高电压采样的准确性。
实施例七：在实施例一至六基础上，请继续参照图1，在本实施例中，该装置还包括显示屏7，与处理器6连接，可将两采样电路采集的电压值、待测电阻的电阻值等测试结果直接显示在显示屏中，便于观察。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
Claims (10)
1.一种采用固定小电流激励的微电阻测量装置，其特征在于，该装置包括：
电流采样电路，获取第一电压信号；所述第一电压信号是由所述恒定电流通过已知电阻后，在所述已知电阻两端产生；
电压采样电路，获取第二电压信号；所述第二电压信号是由所述恒定电流通过待测电阻后，在所述待测电阻两端产生；
处理器，根据已知电阻的电阻值，将所述第一电压信号转换成第一电流信号；根据采集到的所述第一电流信号和所述第二电压信号，计算所述待测电阻的电阻值。
2.如权1所述的装置，其特征在于所述电流采样电路包括第一放大器和第一转换器；所述已知电阻、第一放大器、第一转换器和所述处理器依次串联。
3.如权2所述的装置，其特征在于所述电压采样电路包括第二放大器和第二转换器；所述未知电阻、第二放大器、第二转换器和所述处理器依次串联。
4.如权1或3所述的装置，其特征在于还设有位于已知电阻与未知电阻之间的限流单元；所述限流单元在所述恒定电流通过所述待测电阻前，对所述恒定电流进行限流；恒定电流为所述待测电阻提供能量信号。
5.如权1或3所述的装置，其特征在于所述第一放大器与所述已知电阻之间设有第一跟随器；所述第二放大器与所述待测电阻之间设有第二跟随器。
6.如权1或3所述的装置，其特征在于所述装置还包括温度传感器，与所述处理器连接。
7.如权1或3所述的装置，其特征在于所述装置还包括电压参考源，分别与第一、第二转换器连接；所述第一、第二转换器根据所述电压参考源提供的参考电压自动进行电压校正。
8.一种采用固定小电流激励的微电阻测量方法，其特征在于，该方法包括：
利用电流采样电路获取第一电压信号；所述第一电压信号是由所述恒定电流通过已知电阻后，在所述已知电阻两端产生；
利用电压采样电路获取第二电压信号；所述第二电压信号是由所述恒定电流通过待测电阻后，在所述待测电阻两端产生；
处理器根据已知电阻的电阻值，将所述第一电压信号转换成第一电流信号，根据采集到的所述第一电流信号和所述第二电压信号，计算所述待测电阻的电阻值。
9.如权8所述的方法，其特征在于在还包括所述限流单元在所述恒定电流通过所述待测电阻前，对所述恒定电流进行限流；恒定电流为所述待测电阻提供能量信号。
10.如权8或9所述的方法，其特征在于所述处理器与温度传感器连接。
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| CN202010082238.9A CN111239495A (zh) | 2020-02-07 | 2020-02-07 | 一种采用固定小电流激励的微电阻测量装置和方法 |
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| CN (1) | CN111239495A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112486052A (zh) * | 2020-10-15 | 2021-03-12 | 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 | 一种转向架实时传感器智能检测电气控制系统 |
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2020
- 2020-02-07 CN CN202010082238.9A patent/CN111239495A/zh active Pending
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