CN112327057A - 用于线材测试仪的导通电阻测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于线材测试仪的导通电阻测试方法，采用压控恒流源作为激励信号，对待测件进行四端测试，采用电压与电流分离采样技术，将待测件两端的电压与流经的电流/电压信号利用跟随器隔离差分幅度调整后得到DCV与DCI直流电压，再通过模拟开关DG408切换送给ADS8327模数转换器转换后利用欧姆定律运算得出线材的导通电阻及测试回路固有的温漂零底数。该用于线材测试仪的导通电阻测试方法能够提高导通测试速度，可以达到每路的扫描测试时间为：1ms，同时能够提高导通测试精度，可以达到精度为：1mΩ。

Description

用于线材测试仪的导通电阻测试方法

技术领域：

本发明涉及仪器仪表和电子测量领域，尤其涉及一种用于线材测试仪的导通电阻测试方法。

背景技术：

随着线材种类的日益繁多，往往需要测试几十乃至上百根线的导通电阻，所以需要更高精度更快速度的导通电阻测试。目前线材测试仪在导通测试上存在两个主要缺点：

采用传统机械式继电器切换通道,传统机械式继电器切换至少需要2ms的稳定时间，极大限制了导通电阻的扫描测试速度，且继电器存在切换寿命限制，寿命晚期触点阻抗也不能保持稳定。

小电阻(10mΩ以下)测试精度低，温漂比较明显。

发明内容：

本发明的目的是要克服现有测试方法的不足，提供一种用于线材测试仪的导通电阻测试方法，扫描测试更稳定，精度更高，速度更快。

本发明提供一种用于线材测试仪的导通电阻测试方法，采用压控恒流源作为激励信号，对待测件(DUT)进行四端测试，采用电压与电流分离采样技术，将待测件两端的电压与流经的电流(量程电阻上的电压)信号利用跟随器隔离差分幅度调整后得到DCV与DCI直流电压，再通过模拟开关DG408切换送给ADS8327模数转换器转换后利用欧姆定律运算得出导通阻值及测试回路固有的零底数。

随着测试环境温度的变化，测试回路中的电子器件会带入温漂误差，基于实际测试环境的复杂性，实际应用中不可能做到对所有测试温度校准清零。为了尽可能减少温漂带来的小电阻测试误差，该方法采用了动态采零点技术来实现高精度的测量。在测试确定测试网络后，接下来的所有测试通道配置就已经固定。每次正式测量待测件之前先将四端测试通道配置到相应测试网络的高端通道的状态，然后施加与正式测量时相同的激励信号，切换到相同的测试量程进行预测试，将测试出来的底数值作为之后正式测量的温漂底数予以扣除，这样就真正实现了测试温漂清零。而这一步骤是在确定测试网络与设定测试条件之后正式测试之前完成，不占用正式测试的时间。采用该技术后，可在-10℃～35℃内保证温漂基本为零，极大提高了该型仪器长时间测试的指标稳定度与小电阻的测试精度。

恒流源经过串行可编程模拟开关(ADG1414)切换，可快速施加到任一或多个测试端，与传统机械式继电器切换信号相比极大提高了激励源扫描加载的速度与灵活性(传统机械式继电器切换需要至少2ms的稳定时间，而模拟开关切换稳定时间是ns级)，切换速度的提高就给切换后的信号稳定留下了足够的时间，在相同的时间里可以进行更多次的测量。针对不同阻值切换20mA与2mA两种恒流源(亦可根据定制在1mA～20mA范围内灵活给值)，有效地保证了测试信号的信噪比。

本发明的有益效果是：该用于线材测试仪的导通电阻测试方法能够提高导通测试速度，可以达到每路的扫描测试时间为：1ms，同时能够提高导通测试精度，可以达到精度为：1mΩ。

附图说明：

图1为本发明的用于线材测试仪的导通电阻测试方法的测试电路原理框图；

图2为本发明的用于线材测试仪的导通电阻测试方法的对测试温漂清零的电路原理框图；

图3为本发明的压控恒流源电路原理图；

图4为本发明的量程切换与电流采样电路原理图；

图5为本发明的电压采样电路原理图；

图6为本发明的AD采样电路原理图；

图7为本发明的HCUR与LCUR多路切换电路原理图；

图8为本发明的HPOT与LPOT多路切换电路原理图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易被本领域人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

如图1所示的用于线材测试仪的导通电阻测试方法的测试电路，其中，DUT为待测量导通电阻，ADG1414为串行可编程八通道模拟开关，MC14051与DG408为八选一模拟开关，MC14052为八选二模拟开关，RS为用于量程切换的精密电阻，AD8510AR为精密运算放大器，ADS8327为16位串行接口模数转换器。采用压控恒流源作为激励信号，对待测件(DUT)进行四端测试，采用电压与电流分离采样技术，将待测件两端的电压与流经的电流(量程电阻上的电压)信号利用跟随器隔离差分幅度调整后得到DCV与DCI直流电压，再通过模拟开关DG408切换送给ADS8327模数转换器转换后利用欧姆定律运算得出阻值。

随着测试环境温度的变化，测试回路中的电子器件也会带入温漂误差，基于实际测试环境的复杂性，实际应用中不可能做到对所有温度下的校准清零。为了尽可能减少温漂带来的测试误差，该方法采用了动态采零点技术来实现高精度的测量。在测试确定测试网络后，接下来的所有测试通道配置就已经固定。每次正式测量待测件之前先将四端测试通道配置到相应测试网络的高端通道的短接状态，如图2所示，然后施加与正式测量时相同的激励信号，切换到相应、同测试量程进行预测试，将测试出来的底数值作为之后正式测量的温漂清零底数予以扣除，这样就真正实现了温漂测试清零。而这一步骤是在确定测试网络与设定测试条件之后正式测试之前完成，不占用正式测试的时间。

如图3所示的压控恒流源电路，其中，字母R带数字标识的为电阻，字母C带数字标识的为电容，字母D带数字标识的为二极管。AD5620CRM为串行接口数字模拟转换器，U414、U415为运算放大器，Q401与Q403为场效应管，Q402为三极管。CPU通过串行接口控制AD5620CRM产生直流电压，从而使HCUR产生相应的恒流输出。

如图4所示的量程切换与电流采样电路，其中，字母R带数字标识的为电阻，字母C带数字标识的为电容，字母V带数字标识的为二极管。字母K带数字标识的为继电器，字母N带数字标识的为运算放大器，U501为电流缓冲器，U504也是运算放大器。根据不同阻值通过继电器切换选择相应的量程电阻，流过量程电阻的电流产生的电压信号在经过运算放大器跟随电路后差分得到精确的电压值DCI。

如图5所示的电压采样电路原理图，其中，字母R带数字标识的为电阻，字母C带数字标识的为电容，字母V带数字标识的为二极管。字母K带数字标识的为继电器，N502，N503，U502,U503为运算放大器，OP07，N506为模拟开关。待测件两端的电压信号在经过运算放大器跟随电路后差分后再经过模拟开关切换调整幅度后得到精确的电压值DCV。

如图6所示的AD采样电路原理图，字母R带数字标识的为电阻，字母C带数字标识的为电容，字母V带数字标识的为二极管。U715为模拟开关，U700为精密运算放大器，U718为16位串行接口模拟数字转换器，U700为精密运算放大器。模拟数字转换器的信号输入低端通过稳压二级管与电阻串联分压电路置于0.098V正偏状态，防止出现负信号损坏模拟数字转换器。测试开始前通过模拟开关切换到接地端信号进行模拟数字转换，得出接地底数。经过前面调整好的电压DCV与电流信号DCI在CPU的控制下，通过模拟开关分时切换到U700组成的跟随电路后接入U718模拟数字转换器进行模拟数字转换，分别扣除接地底数与温漂底数后计算出待测件上的电压与流过的电流值，再运用欧姆定律计算出待测件的电阻值。

如图7所示的HCUR与LCUR多路切换电路原理图，U400～U408为串行可编程模拟开关ADG1414，U409～U416为八选一模拟开关，压控恒流源经过串行可编程模拟开关施加到测试指定测试端，电流采样高端LCUR经过模拟开关连接到测试指定测试端。

如图8所示的HPOT与LPOT多路切换电路原理图，U312～U327，N301，N302为模拟开关，C330，C331为电容。电压采样高端HPOT经过模拟开关连接到测试指定测试端。电压采样低端LPOT经过模拟开关连接到测试指定测试端。

下面举例说明。

例：测试网络为一个网络，网络组成是A1-A2两个端口，导通上限为10mΩ。

导通电阻测试开始后先如图2框图所示进行温漂清零，具体操作如下：将图7中U401(ADG1414)切换到HCUR与A1(图示OUTB1)接通状态，将图7中U409(MC14051)切换到LCUR与A1(图示OUTB1)接通状态，将图8中U312(MC14051)切换到HPOT与A1(图示OUT1)接通状态，将图8中U320(MC14052)切换到TD15与A1(图示OUT1)接通状态，再将图8中N302(MC14051)切换到TD15与LPOT接通状态，自此四端测试的四端连接完毕。接下来将图4中量程切换到100Ω量程电阻，图5中N506(DG408DY)D引脚与S8引脚接通，构成电压放大一百倍电路。然后CPU控制图3的U413(AD5620CRM)产生2V直流电压，使HCUR输出20mA电流。图6中U715(DG408DY)先切换到D引脚与S8引脚接通状态，U718(ADS8327)模数转换此时的电压信号得到模数转换器零点电压值AdVolt0,再将图6中U715(DG408DY)切换到D引脚与S1引脚接通状态，接入DCV信号，U718(ADS8327)模数转换此时的电压信号得到DCV电压值AdVolt1，此时的温漂电压底数值CondZeroVolt就等于AdVolt1-AdVolt0。CPU通过图3的U413(AD5620CRM)产生0V直流电压，控制HCUR输出电流关闭。

下面开始如图1框图所示进行正式测量，具体操作如下：将图7中U401(ADG1414)切换到HCUR与A1(图示OUTB1)接通状态，将图7中U409(MC14051)切换到LCUR与A2(图示OUTB2)接通状态，将图8中U312(MC14051)切换到HPOT与A1(图示OUT1)接通状态，将图8中U320(MC14052)切换到TD15与A2(图示OUT2)接通状态，再将图8中N302(MC14051)切换到TD15与LPOT接通状态，自此A1-A2之间导通电阻的四端测试的四端连接完毕。CPU控制图3的U413(AD5620CRM)产生2V直流电压，使HCUR输出20mA电流。将图6中U715(DG408DY)切换到D引脚与S1引脚接通状态，接入DCV信号，U718(ADS8327)模数转换此时的电压信号得到DCV电压值AdVolt。将图6中U715(DG408DY)切换到D引脚与S3引脚接通状态，接入DCI信号，U718(ADS8327)模数转换此时的电压信号得到DCI电压值AdCurr。将DCV电压值AdVolt减去温漂值CondZeroVolt，得到导通电阻计算用的精确电压值ad_volt，将DCI电压值减去模数转换器零点电压值AdVolt0，得到导通电阻计算用的电流值ad_curr。

接下来进行A1-A2导通电阻计算，A1-A2导通电阻上的电压为ad_volt÷100(电压放大增益100倍)，流经A1-A2导通电阻的电流为ad_curr÷100(量程电阻100Ω)，最后根据欧姆定律计算得到A1-A2的导通电阻res＝ad_volt÷ad_curr。

实际应用中会根据测试速度快慢进行多次测量加权平均，以减少工频干扰对测试结果的影响。同时每个测试量程也会进行线性校准，进一步提高测试值的读数准确性。

最后应说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种用于线材测试仪的导通电阻测试方法，其特征在于：采用压控恒流源作为激励信号，对待测件进行四端测试，采用电压与电流分离采样技术，将待测件两端的电压与流经的电流/电压信号利用跟随器隔离差分幅度调整后得到DCV与DCI直流电压，再通过模拟开关DG408切换送给ADS8327模数转换器转换后利用欧姆定律运算得出线材的导通电阻及测试回路固有的温漂零底数。

2.根据权利要求1所述的用于线材测试仪的导通电阻测试方法，其特征在于：测试回路固有的温漂零底数是通过每次正式测量待测件之前先将四端测试通道配置到相应测试网络的高端通道的状态，然后施加与正式测量时相同的激励信号，切换到相应测试量程进行预测试，将测试出来的底数值作为之后正式测量的温漂清零底数予以扣除，实现了测试温漂清零。

3.根据权利要求1所述的用于线材测试仪的导通电阻测试方法，其特征在于：压控恒流源经过串行可编程模拟开关切换，快速施加到任一或多个测试端。

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