CN208383985U - 一种电阻测量电路 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种电阻测量电路，该电路中计数器的输出端与D/A转换器的输入端连接；D/A转换器的输出端与第一运算放大器的反相输入端连接，反馈电阻接线端连接至第一运算放大器的输出端；第一运算放大器的同相输入端接地，输出端与被测电阻的第一端连接；标准电阻的第一端连接至参考电压源，被测电阻的第二端和标准电阻的第二端的连接点与时钟控制模块连接；时钟控制模块与计数器的时钟输入端连接；当连接点的电压信号大于0时，时钟控制模块输出时钟信号，使得计数器进行计数；当该电压信号小于0时，时钟控制模块输出低电平，控制计数器停止计数，得到测量结果。采用本实用新型的电阻测量电路可有效提高电阻的测量精度和速度。

Description

一种电阻测量电路
技术领域
本实用新型涉及电子元器件参数测量技术领域，尤其涉及一种电阻测量电路。
背景技术
电阻是电子电路中使用频率最高的电子元器件之一，被广泛应用于传感器测量技术领域，其中许多测量物理量的传感器就是将被测的物理量转化为电阻值的变化，例如，压力检测的电阻应变片就是将被测的压力物理量的变化转换为电阻值的变化。对于航天、航空、航海、雷达定向、导航、火炮控制、机床控制等控制系统来说，电阻测量结果更是控制系统高精度检测、控制及运算的重要参数，因此实现电阻的高精度测量具有十分重要的地位。
目前，电阻的测量主要采用伏安法、电桥法、大脉冲电流测量法、直流恒流源法以及恒压测试法等。其中，伏安法和电桥法采用两线制测量，测量精度受到测试连接线电阻、接触电阻和表头读数的转换误差的影响；大脉冲电流测量法其测量电路中流过被测电阻的脉冲电流过大，可能会导致被测电阻的阻值发生变化，其测量精度仍然不高；直流恒流源法采用四线制测量，虽然可以消除测试连接线电阻与接触电阻对测量结果的影响，但是当被测电阻的阻值较大时，因所需恒流源的电流很小，恒流源的稳定性容易被环境影响，进而导致被测电阻的测量精度低；恒压测试法对小电阻进行测量时，由于流过被测电阻的电流过大容易使其受热而改变阻值。可见，由于现有的电阻测量中基本采用开环比较的测量系统，易受环境影响而降低测量精度，不能实现自动跟踪测量，并且不能直接实现测量结果的数字输出，其测量速度和测量精度相对较低。
实用新型内容
针对上述问题，本实用新型的一种电阻测量电路为闭环比较的测量电路，可有效避免环境对电阻测量的影响，提高电阻测量的精度；并且，本实用新型的电阻测量电路能够自动跟踪测量，能够提高电阻测量的速度，实现测量结果的数字输出。
为解决上述技术问题，本实用新型的一种电阻测量电路，包括计数器、D/A转换器、第一运算放大器、标准电阻、时钟控制模块以及被测电阻；其中，
所述计数器的数字输出端与所述D/A转换器的数字输入端按权位高低依次连接；所述计数器的复位端用于输入复位信号；
所述D/A转换器的参考电压输入端连接至参考电压，所述D/A转换器的输出端与所述第一运算放大器的反相输入端连接，反馈电阻接线端连接至所述第一运算放大器的输出端；
所述第一运算放大器的同相输入端接地，输出端与所述被测电阻的第一端连接；
所述标准电阻的第一端连接至参考电压，所述被测电阻的第二端和所述标准电阻的第二端的连接点连接至所述时钟控制模块的输入端；
所述时钟控制模块的输出端与所述计数器的时钟输入端连接；
测量时先对计数器进行复位，复位后当所述连接点的电压信号大于0时，所述时钟控制模块输出时钟信号，使得所述计数器开始计数；当所述连接点的电压信号小于0时，所述时钟控制模块输出低电平，控制所述计数器停止计数，得到测量结果。
与现有技术相比，本实用新型的一种电阻测量电路采用计数器、D/A转换器、第一运算放大器、标准电阻、时钟控制模块以及被测电阻形成闭环的电阻测量电路，避免环境对测量产生影响，提高电阻的测量精度；此外，本实用新型的电阻测量电路在对计数器进行复位时，可开始进行自动跟踪测量，大大提高了电阻的测量速度，并且计数器能够直接对测量结果进行数字输出，可进一步提高测量精度。
作为上述方案的改进，所述时钟控制模块包括电压过零比较器和逻辑与门；其中，
所述电压过零比较器的第一输入端与所述连接点连接，第二输入端接地，输出端与所述逻辑与门的第一输入端连接；
所述逻辑与门的第二输入端用于输入时钟信号，输出端与所述计数器的时钟输入端连接。
作为上述方案的改进，所述连接点通过第二运算放大器与所述电压过零比较器连接；所述电压过零比较器由电压比较器组成；其中，
所述第二运算放大器的同相输入端连接至所述连接点，反相输入端连接至输出端，所述第二运算放大器的输出端与所述电压比较器的同相端连接；
所述电压比较器的反相输入端接地，所述电压比较器输出端连接至所述逻辑与门的第一输入端。
作为上述方案的改进，所述时钟控制模块包括控制器和时钟产生器；其中，
所述控制器的输入端与所述连接点连接，所述控制器的输出端与所述时钟产生器的输入端连接，所述时钟产生器的输出端与所述计数器的时钟输入端连接；
当所述连接点的电压信号小于0时，所述控制器控制所述时钟产生器输出低电平；当所述连接点的电压信号大于0时，所述控制器控制所述时钟产生器输出时钟信号。
作为上述方案的改进，所述计数器包括加计数器。
作为上述方案的改进，所述计数器为N位二—十进制加计数器，N用于表示电阻测量精度N为正整数。
作为上述方案的改进，所述D/A转换器为N位二—十进制D/A转换器。
附图说明
图1是本实用新型实施例1的一种电阻测量电路的结构示意图。
图2是本实用新型实施例2的一种电阻测量电路的结构示意图。
图3是本实用新型实施例3的一种电阻测量电路的结构示意图。
图4是本实用新型实施例4的一种电阻测量电路的结构示意图。
具体实施方式
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
下面结合具体实施例和附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的描述。
实施例1
如图1所示，是本实用新型实施例1的一种电阻测量电路的结构示意图，该电路包括计数器1、D/A转换器2、第一运算放大器A1、标准电阻RB、时钟控制模块3以及被测电阻RX；计数器1的N位数字输出端与D/A转换器2的N位数字输入端按权位高低依次连接，计数器1的复位端Cr用于输入复位信号；D/A转换器2的参考电压输入端Ur连接至参考电压，D/A转换器2的输出端OUT与第一运算放大器A1的反相输入端连接，D/A转换器2的反馈电阻接线端RFB连接至第一运算放大器A1的输出端；第一运算放大器A1的同相输入端接地，第一运算放大器A1的输出端与被测电阻Rx的第一端连接；标准电阻RB的第一端连接至参考电压Uref，被测电阻RX的第二端和标准电阻RB的第二端的连接点连接至时钟控制模块3的输入端；时钟控制模块3的输出端与计数器1的时钟输入端连接。在对被测电阻RX进行测量时，通过向计数器1的复位端Cr输入复位信号对计数器复位，复位后当被测电阻RX和标准电阻RB的连接点的电压信号大于0时，时钟控制模块3输出时钟信号，使得计数器1开始计数；当被测电阻RX和标准电阻RB的连接点的电压信号小于0时，时钟控制模块3输出低电平，控制计数器1停止计数，得到测量结果。
在本实用新型中，依据被测电阻RX的大小范围及其精度要求确定标准电阻RB的大小及精度等级，同样依据被测电阻RX的精度要求确定参考电压的精度等级。
在实施例1中，D/A转换器2的参考电压输入端Ur连接至参考电压Uref，D/A转换器2的输出端OUT连接至第一运算放大器A1的反相输入端，D/A转换器2的输出端OUT输出电流信号，D/A转换器2内反馈电阻RFB接线端与D/A转换器2的输出端OUT之间集成有反馈电阻，当D/A转换器2的反馈电阻RFB接线端与第一运算放大器A1的输出端连接时，集成在D/A转换器2内的反馈电阻就连接于第一运算放大器A1的输出端与反相端之间，因而通过集成在D/A转换器2内的反馈电阻和第一运算放大器A1实现反相的电流/电压转换，使得第一运算放大器A1输出端输出的电压UO1＝—DUref，其中，D为计数器1产生的十进制数值。此外，因被测电阻RX的第一端与第一运算放大器A1的输出端连接，标准电阻RB的第一端与参考电压Uref连接，由于时钟控制模块3的输入阻抗无穷大，则采用叠加原理可计算得到被测电阻RX的第二端和标准电阻RB的第二端的连接点的对地电压UT为
在对被测电阻RX进行测量的过程中，可通过对计数器1的复位端CP加复位信号，使得计数器1清零，此时，D＝0，时钟控制模块3输出时钟信号，使得计数器1开始计数；在计数器1计数的过程中，计数器1产生的数值D逐渐增大，使得第一运算放大器A1输出端输出的电压UO1＝—DUref逐渐变小，则被测电阻RX和标准电阻RB的连接点的对地电压UT逐渐变小，直至时，时钟控制模块3输出低电平，控制计数器1停止计数，此时，得到DUrefRB＞UrefRX，因而当DUrefRB＝UrefRX时，被测电阻RX与计数器1产生的数值D具有线性关系，即RX＝DRB，其中，RB是已知的标准电阻，因而通过计数器1停止计数时得到的数值D，就可得到被测电阻RX的电阻值。
实施例2
如图2所示，是本实用新型实施例2的一种电阻测量电路的结构示意图。
本实用新型实施例2的电阻测量电路除了包括实施例1中的全部组成部件之外，其时钟控制模块3具体为电压过零比较器311和逻辑与门312；其中，电压过零比较器311的第一输入端连接至被测电阻RX的第二端和标准电阻RB的第二端的连接点，电压过零比较器311的第二输入端接地，电压过零比较器311的输出端与逻辑与门312的第一输入端A连接；逻辑与门312的第二输入端B用于输入时钟信号，逻辑与门312的输出端Y与计数器1的时钟输入端CP连接。
在实施例2中，计数器1的复位端Cr用于输入复位信号；在测量被测电阻RX时，先对计数器1进行复位，复位后当被测电阻RX的第二端和标准电阻RB的第二端的连接点的对地电压UT>0时，由于电压过零比较器311的第二输入端接地，则电压过零比较器311的输出端输出高电平，逻辑与门312的第一输入端A输入该高电平，逻辑与门312的输出端Y输出时钟信号，该时钟信号被加到计数器1，计数器1开始计数；当被测电阻RX的第二端和标准电阻RB的第二端的连接点的对地电压UT<0时，由于电压过零比较器311的反相输入端接地，则电压过零比较器311的输出端输出低电平，逻辑与门312的第一输入端A输入该低电平，逻辑与门312的输出端Y输出低电平，即Y＝“0”，控制计数器1停止计数，得到测量结果。
实施例3
如图3所示，是本实用新型实施例3的一种电阻测量电路的结构示意图。
为了提高电阻测量电路的测量精度，本实用新型实施例3中的电阻测量电路除了包括实施例2中的全部组成部件之外，其计数器1具体为N位二—十进制加计数器11，D/A转换器2具体为N位二—十进制D/A转换器21，N用于表示电阻测量精度，N为正整数；其被测电阻RX的第二端与标准电阻RB的第二端的连接点通过第二运算放大器A2与电压过零比较器311连接，该电压过零比较器311由电压比较器A3组成；其中，被测电阻RX的第二端与标准电阻RB与的连接点与第二运算放大器A2的同相输入端连接，第二运算放大器A2的反相输入端连接至其输出端，第二运算放大器A2的输出端与电压比较器A3的同相输入端连接，电压比较器A3的反相输入端接地，电压比较器A3的输出端连接至逻辑与门312的第一输入端A，逻辑与门312的第二输入端B用于输入时钟信号，逻辑与门312的输出端Y与N位二—十进制加计数器11的时钟输入端CP连接，该N位二—十进制加计数器11的数字输出端与N位二—十进制D/A转换器21的数字输入端按权位高低依次连接。
在该实施方式中，第二运算放大器A2构成电压跟随器，其放大倍数是1，对连接点的电压信号其隔离作用，使得第二运算放大器A2输出端输出的电压UO2＝UT，可提高被测电阻RX的测量精度。当第二运算放大器A2输出端输出的电压UO2>0时，电压比较器A3的输出端输出的电压UO3为高电平；当第二运算放大器A2输出端输出的电压UO2<0时，电压比较器A3的输出端输出的电压UO3为低电平。
在本实用新型中，根据被测电阻RX测量精度的要求，可选取不同位数的计数器和D/A转换器，其中，D/A转换器的位数越高，被测电阻RX的测量精度就越高，为了提高被测电阻RX的测量精度，本实用新型可以选取十三位、十七位及二十一位等以上位数的二—十进制的D/A转换器，进而依据选定的D/A转换器位数来确定计数器的位数。
下面以13位计数器以及计数器产生的数值D为十进制数为例，任意选取6个点来说明计数器在停止计数时，输出13位二—十进制码与对应的十进制数D及被测电阻RX之间的关系，详见下表。
仍然以上述十三位计数器为例，由于被测电阻RX与标准电阻RB的连接点的对地电压UT从UT＝0到UT<0，可能带来的±1计数误差，即D有±1读数误差，其读数误差在±0.001范围内，而当计数器和D/A转换器的位数更大时，D的读数误差越小，被测电阻的测量误差就越小，因而采用本实用新型的电阻测量电路可有效提高电阻的测量精度。
实施例4
如图4所示，是本实用新型实施例4的一种电阻测量电路的结构示意图。
本实用新型实施例4的电阻测量电路除了包括实施例1中的全部组成部件之外，其时钟控制模块3具体为控制器321和时钟产生器322；其中，控制器321的输入端与连接点连接，控制器321的输出端与时钟产生器322的输入端连接，时钟产生器322的输出端与计数器1时钟输入端连接；当连接点的电压信号小于0时，控制器321控制时钟产生器322输出低电平；当连接点的电压信号大于0时，控制器321控制时钟产生器322输出时钟信号。
与现有技术相比，本实用新型的一种电阻测量电路具有以下有益效果：
(1)本实用新型的电阻测量电路采用计数器、D/A转换器、第一运算放大器、标准电阻、时钟控制模块以及被测电阻形成闭环的电阻测量电路，避免环境对测量产生影响，提高电阻的测量精度；
(2)本实用新型的电阻测量电路在对计数器进行复位时，可开始进行自动跟踪测量，其大大提高了电阻的测量速度；并且计数器能够直接对测量结果进行数字输出，可进一步提高测量精度；
(3)本实用新型的电阻测量电路通过D/A转换器和计数器的位数来控制电阻的测量范围，使得被测电阻的测量范围大且测量精度高；
(4)本实用新型的电阻测量电路采用D/A转换器、运算放大器、电阻、计数器以及逻辑与门构成，其电路结构简单可靠、数字兼性强，可适用于TTL、COMS等主要逻辑电路。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型做任何形式上的限制，故凡未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种电阻测量电路，其特征在于，包括计数器、D/A转换器、第一运算放大器、标准电阻、时钟控制模块以及被测电阻；其中，
所述计数器的数字输出端与所述D/A转换器的数字输入端按权位高低依次连接；所述计数器的复位端用于输入复位信号；
所述D/A转换器的参考电压输入端连接至参考电压，所述D/A转换器的输出端与所述第一运算放大器的反相输入端连接，反馈电阻接线端连接至所述第一运算放大器的输出端；
所述第一运算放大器的同相输入端接地，输出端与所述被测电阻的第一端连接；
所述标准电阻的第一端连接至参考电压，所述被测电阻的第二端和所述标准电阻的第二端的连接点连接至所述时钟控制模块的输入端；
所述时钟控制模块的输出端与所述计数器的时钟输入端连接；
所述时钟控制模块用于接收所述连接点的电压信号并输出时钟信号或低电平；
所述计数器用于接收所述时钟信号并开始计数，以及用于接收所述低电平并停止计数。
2.如权利要求1所述的电阻测量电路，其特征在于，所述时钟控制模块包括电压过零比较器和逻辑与门；其中，
所述电压过零比较器的第一输入端与所述连接点连接，第二输入端接地，输出端与所述逻辑与门的第一输入端连接；
所述逻辑与门的第二输入端用于输入时钟信号，输出端与所述计数器的时钟输入端连接。
3.如权利要求2所述的电阻测量电路，其特征在于，所述连接点通过第二运算放大器与所述电压过零比较器连接；所述电压过零比较器由电压比较器组成；其中，
所述第二运算放大器的同相输入端连接至所述连接点，反相输入端连接至输出端，所述第二运算放大器的输出端与所述电压比较器的同相端连接；
所述电压比较器的反相输入端接地，所述电压比较器输出端连接至所述逻辑与门的第一输入端。
4.如权利要求1所述的电阻测量电路，其特征在于，所述时钟控制模块包括控制器和时钟产生器；其中，
所述控制器的输入端与所述连接点连接，所述控制器的输出端与所述时钟产生器的输入端连接，所述时钟产生器的输出端与所述计数器的时钟输入端连接；
所述控制器用于根据所述连接点的低电平控制所述时钟产生器输出低电平；
所述控制器还用于根据所述连接点的高电平控制所述时钟产生器输出时钟信号。
5.如权利要求1-4中任一项所述的电阻测量电路，其特征在于，所述计数器包括加计数器。
6.如权利要求5所述的电阻测量电路，其特征在于，所述计数器为N位二—十进制加计数器，N用于表示电阻测量精度，N为正整数。
7.如权利要求6所述的电阻测量电路，其特征在于，所述D/A转换器为N位二—十进制D/A转换器。
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