CN206523558U - 一种高精度电阻表 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高精度电阻表，包括电源模块、单片机、显示屏、A/D转换器、转换开关、已知电阻、第一接线端和第二接线端；已知电阻的一端与电源模块电连接，另一端与第一接线端电连接；被测电阻的两端分别与第一接线端和第二接线端电连接；第二接线端接地；转换开关包括一个活动端和两个固定端，活动端与A/D转换器的输入端电连接，两个固定端分别与已知电阻的一端和第一接线端电连接；电源模块给单片机和A/D转换器供电；A/D转换器的输出端与单片机电连接；显示屏与单片机电连接。本实用新型能够避免常规的欧姆表内阻对测量结果产生的影响，提高测量精确度；采用A/D转换器采样电压信号，使电阻值能够以数字形式显示在屏幕上，读数更方便、准确。

Description

一种高精度电阻表

技术领域

本实用新型属于测量仪器技术领域，具体涉及一种高精度电阻表。

背景技术

目前，无论教科书上还是市面上测量电阻的工具基本上都是按照物理教科书上的欧姆表的原理设计的。欧姆表使用起来很麻烦，精确度低，操作技术要求高。欧姆表在使用时，指针必须在中间附近的一小部分区域，读数才是准确的，使用比较麻烦。每次测量都需要多次校零，操作繁琐。目前的欧姆表大多是指针式的，读数时需保持视线与表盘垂直，否则会造成读数误差。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种使用方便的高精度电阻表。

为实现以上目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种高精度电阻表，包括电源模块、单片机、显示屏、A/D转换器、转换开关、已知电阻、第一接线端和第二接线端；

所述已知电阻的一端与所述电源模块电连接，另一端与所述第一接线端电连接；被测电阻的两端分别与所述第一接线端和第二接线端电连接；所述第二接线端接地；所述转换开关包括一个活动端和两个固定端，活动端与所述A/D转换器的输入端电连接，两个固定端分别与所述已知电阻的一端和所述第一接线端电连接；

所述电源模块给所述单片机和A/D转换器供电；所述A/D转换器的输出端与所述单片机电连接；所述显示屏与所述单片机电连接。

所述A/D转换器分别从所述转换开关的两个固定端采集电压信号，并将电压信号进行模数转换后传输至所述单片机；所述单片机对电压信号进行处理，并控制所述显示屏显示被测电阻的数值。

所述A/D转换器采用双积分式A/D转换器。

具体地，所述A/D转换器包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第一电阻、第一电容、积分器、比较器、逻辑控制电路、时钟发生器和计数器；

所述第一开关的一端为所述A/D转换器的输入端；所述第二开关和第三开关的一端分别与所述电源模块电连接；所述第四开关的一端接地；所述第一开关、第二开关、第三开关和第四开关的另一端均与所述第一电阻的一端电连接；

所述第一电阻的另一端与所述积分器的反相输入端电连接；所述第一电容的两端分别与所述积分器的反相输入端和输出端电连接；所述积分器的正相输入端接地；

所述比较器的反相输入端与所述积分器的输出端电连接；所述比较器的正相输入端接地，输出端与所述逻辑控制电路电连接；

所述时钟发生器与所述逻辑控制电路电连接；所述逻辑控制电路能够控制第一开关、第二开关、第三开关和第四开关的断开或闭合；

所述计数器的输入端与所述逻辑控制电路电连接，输出端与所述单片机电连接。

所述已知电阻采用低温度系数电阻或者可调电阻。

所述显示屏采用LCD屏或者LED数码管。

所述单片机采用STM32单片机。

所述转换开关采用手动转换开关。

具体地，所述手动转换开关为单刀双掷开关。

所述转换开关也可以采用自动转换开关。

本实用新型采用以上技术方案，将被测电阻与已知电阻串联，利用两个电阻的分压关系计算出被测电阻的阻值，能够避免常规的欧姆表内阻对测量结果产生的影响，提高测量精确度；采用A/D转换器采样电压信号，代替电压表来测量电阻，使电阻值能够以数字形式显示在屏幕上，读数更方便、准确。本实用新型的测量原理与欧姆表完全不同，因此无需进行校零操作，减少了操作过程，降低了技术要求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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的附图。

图1是本实用新型一种高精度电阻表的电路结构示意图；

图2是本实用新型一种高精度电阻表的测量原理图；

图3是本实用新型一种高精度电阻表中A/D转换器的电路结构示意图。

图中：1-电源模块；2-单片机；3-显示屏；4-A/D转换器；41-逻辑控制电路；42-时钟发生器；43-计数器；5-转换开关；6-第一接线端；7-第二接线端。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。

如图1所示，本实用新型提供了一种高精度电阻表，包括电源模块1、单片机2、显示屏3、A/D转换器4、转换开关5、已知电阻R0、第一接线端6和第二接线端7。已知电阻R0的一端与电源模块1电连接，另一端与第一接线端6电连接；被测电阻Rx的两端分别与第一接线端6和第二接线端7电连接；第二接线端7接地；转换开关5包括一个活动端和两个固定端，活动端与A/D转换器4的输入端电连接，两个固定端分别与已知电阻R0的一端和第一接线端6电连接。电源模块1给单片机2和A/D转换器4供电；A/D转换器的输出端与单片机2电连接；显示屏3与单片机2电连接。

其中，已知电阻R0采用低温度系数电阻或者可调电阻。显示屏3采用LCD屏或者LED数码管。单片机2采用STM32单片机。转换开关5采用手动转换开关；具体地，手动转换开关为单刀双掷开关。转换开关5也可以采用自动转换开关。

A/D转换器4分别从转换开关5的两个固定端采集电压信号，并将电压信号进行模数转换后传输至单片机2；单片机2对电压信号进行处理，并控制显示屏3显示被测电阻Rx的数值。

使用时，转换开关5先拨到左边，测量已知电阻R0和被测电阻Rx上的总电压V0，单片机2接收并保存该电压值；再将转换开关5拨到右边，测量被测电阻Rx上的电压V2，单片机2接收并保存该电压值；两次测量的电压之间的差值(V0-V2)即为已知电阻R0上的电压值V1。然后根据公式：

计算得出被测电阻的阻值。

如图2所示，本实用新型测量电阻的原理是，将被测电阻与已知电阻串联，利用两个电阻的分压关系计算出被测电阻的阻值。假设电压表的内阻为Rv，使用电压表单独测量R0的示数为V1，即电压表接在实线位置时(此时虚线位置没有电压表)，有：

化简得：

使用电压表单独测量Rx的示数为V2，即电压表接在虚线位置时(此时实线位置没有电压表)，有：

化简得：

将(1)式与(2)式相除，可得：

即：

由此可知，使用同一电压表分别测量两个电阻上的电压，则两个电阻的阻值之比等于两个电阻上的测量电压之比，电压表的阻值不会对比值产生影响。利用这一原理来测量电阻，能够避免常规的欧姆表内阻对测量结果产生的影响，提高测量精确度。

在本实用新型的具体实施例中，A/D转换器即相当于图中的电压表。本实用新型采用A/D转换器采样电压信号，代替电压表来测量电阻，使电阻值能够以数字形式显示在屏幕上，读数更方便、准确。

如图3所示，A/D转换器4采用双积分式A/D转换器。A/D转换器4包括第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4、第一电阻R1、第一电容C1、积分器U1、比较器U2、逻辑控制电路41、时钟发生器42和计数器43。第一开关S1的一端为A/D转换器4的输入端；第二开关S2和第三开关S3的一端分别与电源模块1电连接；第四开关S4的一端接地；第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3和第四开关S4的另一端均与第一电阻R1的一端电连接。第一电阻R1的另一端与积分器U1的反相输入端电连接；第一电容C1的两端分别与积分器U1的反相输入端和输出端电连接；积分器U1的正相输入端接地。比较器U2的反相输入端与积分器U1的输出端电连接；比较器U2的正相输入端接地，输出端与逻辑控制电路41电连接。时钟发生器42与逻辑控制电路41电连接；逻辑控制电路41能够控制第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3和第四开关S4的断开或闭合。计数器43的输入端与逻辑控制电路41电连接，输出端与单片机2电连接。其中，基准电压+Er和-Er由电源模块1向A/D转换器4提供，S1、S2、S3和S4均为模拟开关。

在逻辑控制电路41的控制下实现一次转换的过程如下：

首先，接通S4，积分器U1的输入为零，输出也为零，积分器U1处于保持状态，并同时使计数器43复零，整个电路处于准备阶段。接着断开S4接通S1，被测模拟电压Ui经输入电阻R1只加到积分器U1上，以产生从“0V”线性上升的斜坡电压；此时第一次积分过程开始，电路处于采样期。然后，S1断开，S2或S3接通(取决于输入电压Ui的极性)，把与输入电压极性相反的基准电压接入积分器U1，以产生线性下降的斜坡电压，第二次积分过程开始。与此同时，计数器43被复零，时钟脉冲信号通过逻辑控制电路41输入计数器43，从“0”开始重新计数。

当积分器U1输出的斜坡电压线性下降到“0V”时，比较器U2检测出过零点，输出一个跳变信号，经逻辑控制电路41使积分器U1停止积分，同时逻辑控制电路41使计数器43停止计数。当第二次积分过程结束时，计数器43输出数字信号至单片机2。

双积分式A/D转换器的优点在于：RC积分时间常数和时钟脉冲频率的变化不影响转换精度；这是由于RC时间常数和时钟脉冲频率的变化在两次积分中相互抵消的缘故。比较器U2的偏移不会引起误差；这是由于双积分式A/D转换器在一次转换过程中(采样期和比较期)，比较器U2的输入两次跨过零点。对串模干扰的抑制性能好；因为双积分式A/D转换器只响应于输入电压的平均值，所以若在采样期内串入噪声电压的平均值为零，则串模干扰电压就不会对转换精度造成影响。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种高精度电阻表，其特征在于：包括电源模块、单片机、显示屏、A/D转换器、转换开关、已知电阻、第一接线端和第二接线端；

所述已知电阻的一端与所述电源模块电连接，另一端与所述第一接线端电连接；被测电阻的两端分别与所述第一接线端和第二接线端电连接；所述第二接线端接地；所述转换开关包括一个活动端和两个固定端，活动端与所述A/D转换器的输入端电连接，两个固定端分别与所述已知电阻的一端和所述第一接线端电连接；

所述电源模块给所述单片机和A/D转换器供电；所述A/D转换器的输出端与所述单片机电连接；所述显示屏与所述单片机电连接。

2.根据权利要求1所述的一种高精度电阻表，其特征在于：所述A/D转换器分别从所述转换开关的两个固定端采集电压信号，并将电压信号进行模数转换后传输至所述单片机；所述单片机对电压信号进行处理，并控制所述显示屏显示被测电阻的数值。

3.根据权利要求2所述的一种高精度电阻表，其特征在于：所述A/D转换器采用双积分式A/D转换器。

4.根据权利要求3所述的一种高精度电阻表，其特征在于：所述A/D转换器包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第一电阻、第一电容、积分器、比较器、逻辑控制电路、时钟发生器和计数器；

所述第一开关的一端为所述A/D转换器的输入端；所述第二开关和第三开关的一端分别与所述电源模块电连接；所述第四开关的一端接地；所述第一开关、第二开关、第三开关和第四开关的另一端均与所述第一电阻的一端电连接；

所述第一电阻的另一端与所述积分器的反相输入端电连接；所述第一电容的两端分别与所述积分器的反相输入端和输出端电连接；所述积分器的正相输入端接地；

所述比较器的反相输入端与所述积分器的输出端电连接；所述比较器的正相输入端接地，输出端与所述逻辑控制电路电连接；

所述时钟发生器与所述逻辑控制电路电连接；所述逻辑控制电路能够控制第一开关、第二开关、第三开关和第四开关的断开或闭合；

所述计数器的输入端与所述逻辑控制电路电连接，输出端与所述单片机电连接。

5.根据权利要求1所述的一种高精度电阻表，其特征在于：所述已知电阻采用低温度系数电阻或者可调电阻。

6.根据权利要求1至5任一项所述的一种高精度电阻表，其特征在于：所述显示屏采用LCD屏或者LED数码管。

7.根据权利要求6所述的一种高精度电阻表，其特征在于：所述单片机采用STM32单片机。

8.根据权利要求6所述的一种高精度电阻表，其特征在于：所述转换开关采用手动转换开关。

9.根据权利要求8所述的一种高精度电阻表，其特征在于：所述手动转换开关为单刀双掷开关。

10.根据权利要求6所述的一种高精度电阻表，其特征在于：所述转换开关采用自动转换开关。