CN216792297U

CN216792297U - 一种直流恒流型用于电阻阻值检测的adc前置电路

Info

Publication number: CN216792297U
Application number: CN202123138737.4U
Authority: CN
Inventors: 廖无限; 李哲; 彭思程; 谭学武; 张超; 谌安平; 张炎钦; 熊梓辰; 唐忠健; 张旭; 谢豪
Original assignee: Hunan University of Technology
Current assignee: Hunan University of Technology
Priority date: 2021-12-15
Filing date: 2021-12-15
Publication date: 2022-06-21
Anticipated expiration: 2031-12-15

Abstract

本发明公开了一种直流恒流型用于电阻阻值检测的ADC前置电路，包括缓冲器1、缓冲器2、恒流发生器、待测电阻Rx和信号端V_ADC；缓冲器1和缓冲器2均用于阻值变换，恒流发生器用于产生相应的直流恒流源。本发明提供的一种直流恒流型用于电阻阻值检测的ADC前置电路，在保证精度和效率的前提下，它可以替代传统四线法电路，将电流测量回路和电压测量回路合二为一，不但具有开路保护功能，而且可以检测直流电阻，还具有电路结构较简单、硬件成本较低的突出优势。

Description

一种直流恒流型用于电阻阻值检测的ADC前置电路

技术领域

本发明涉及电气检测领域，特别是涉及一种直流恒流型用于电阻阻值检测的ADC前置电路。

背景技术

在电气检测领域，常用伏安法检测电阻阻值的大小，随着数字电路的发展，在电气检测领域运用ADC（Analog-to-digital converter，模拟数字转换器）技术来对电阻的阻值进行数字测量日渐普遍，相对于传统的指针式的伏安测量法，数字测量的精度和效率都有很大的提高；当前，在数字测量中，提高测量精度和效率的关键之一在于改进ADC前置电路；另外，四线法电路也是电阻阻值检测中较常运用的ADC前置电路之一。

发明人在实现本发明实施例过程中发现：

（1）在传统的四线法电路中，电流测量回路与电压测量回路相互独立，电路结构相对复杂，其成本相对较高；

（2）在传统的四线法电路中，因为在电流测量回路中采用了恒流源，所以被测电阻必须要考虑不能开路的问题，否则会危及其后端连接的信号调理电路或处理器的安全，造成不可逆的损坏。

总之，在当前电气检测领域，缺乏一种用以替代传统四线法的ADC前置电路，在保证精度和效率的前提下，将电流测量回路和电压测量回路合二为一，它不但可以检测直流电阻，而且还设置了开路保护电路，另外还具有电路结构较简单、硬件成本较低的突出优势。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种直流恒流型用于电阻阻值检测的ADC前置电路，具体技术方案是：

一种交直流恒流型用于电阻阻值检测的ADC前置电路，包括缓冲器1、缓冲器2、恒流发生器、待测电阻Rx和信号端V_ADC；

所述缓冲器1和缓冲器2电路结构相同，为运算放大器构成的电压跟随器，均用于阻值变换，即通过增大输入阻值和降低输出阻值的方式来降低测量误差，缓冲器1包含运算放大器U1，缓冲器2包含运算放大器U3；

所述恒流发生器经过电路转换后，用于产生相应的直流恒流源，恒流发生器包含电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、运算放大器U2和恒流预置电阻Rs；

所述待测电阻Rx的一端与电源地相连，其另一端与运算放大器U1的同相输入端、恒流预置电阻Rs的一端和运算放大器U3的同相输入端相连，其相连的接点设置为端口Ux；运算放大器U1的输出端与其反相输入端相连，还与电阻R1的一端相连，电阻R1的另一端与电阻R2的一端和运算放大器U2的同相输入端相连，电阻R2的另一端与电源Vcc相连，运算放大器U2的反相输入端与电阻R3的一端和电阻R4的一端相连，电阻R3的另一端与电源地相连，电阻R4的另一端与运算放大器U2的输出端和恒流预置电阻Rs的另一端相连；运算放大器U3的输出端与其反相输入端相连，还与所述的信号端V_ADC相连。

进一步地，在所述运算放大器U3的输出端和所述信号端V_ADC之间新增加电阻R5和稳压二极管VD，用于待测电阻Rx开路时的过压保护；即断开原来的运算放大器U3的输出端和信号端V_ADC之间的连接，将运算放大器U3的输出端与电阻R5的一端相连，电阻R5的另一端与所述稳压二极管VD的阴极和信号端V_ADC相连，稳压二极管VD的阳极与电源地相连。

本发明的有益效果是，本发明提供的一种直流恒流型用于电阻阻值检测的ADC前置电路，在保证精度和效率的前提下，它可以替代传统四线法电路，将电流测量回路和电压测量回路合二为一，不但具有开路保护功能，而且可以检测直流电阻，还具有电路结构较简单、硬件成本较低的突出优势。

附图说明

图1为传统四线法测阻值简化的等效示意图。

图2为本发明一种直流恒流型用于电阻阻值检测的ADC前置电路典型示意图。

图3为本发明一种直流恒流型用于电阻阻值检测的ADC前置电路又一典型示意图。

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，下面对本发明的具体实施方式做详细说明。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他方式来实施，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的限制。

附图1所示，为传统四线法测阻值简化的等效示意图，电阻Rx为待测电阻，电阻R1和电阻R4为电流检测回路的检测线等效电阻，电阻R2和电阻R3为电压检测回路的检测线等效电阻；其中，被测电阻Rx，电阻R1、电阻R4与等效的电流测量装置A构成了电流检测回路，另外被测电阻Rx，电阻R2、电阻R3与等效的电压检测装置V构成了电压检测回路；可以看出，简化的传统四线法电路原理较简单，但是其电流测量回路与电压测量回路相互独立，其电路结构相对复杂，成本相对较高；另外，其等效的电流测量装置A大多由恒流源构成，必须在实际运用当中要解决待测电阻Rx不能够开路的问题，故传统四线法电路还存在改进空间。

附图2所示，为本发明一种直流恒流型用于电阻阻值检测的ADC前置电路典型示意图，包括缓冲器1、缓冲器2、恒流发生器、待测电阻Rx和信号端V_ADC；

将运算放大器U1的输出端设置为UB，将运算放大器U2的同相输入端设置为UC+，将运算放大器U2的反相输入端设置为UC-，将运算放大器U2的输出端设置为UD，流经恒流预置电阻Rs的电流设置为Is；运算放大器U1和运算放大器U3为电压跟随器电路，其输入电阻趋近于无穷大，可以认为流经恒流预置电阻Rs的电流Is完全经过待测电阻Rx，再流入电源地；

即当接入待测电阻Rx时，恒流发生器中的输出电流Is与电源Vcc的电压值的关系推导如下：

设置电阻

(1)

根据叠加原理，则

(2)

(3)

根据虚短原理，则有

(4)

即

(5)

因为运算放大器U1为电压跟随器接法，则有

(6)

即

(7)

即待测电阻Rx两端的电压为电源Vcc的电压值，恒流发生器中的输出电流Is为

(8)

所以待测电阻Rx的电流也恒为Is，即可通过测得待测电阻Rx两端的电压来计算待测电阻Rx的阻值，即

(9)

所以已知电源Vcc的电压值，通过预置好恒流预置电阻Rs的阻值，即可确定直流恒流源输出电流Is，在接入待测电阻Rx的前提下，经后端的信号调理电路处理后送至处理器，或直接输送至处理器，只要测得Ux的值，在处理器内依据Rx=Ux/Is运算后，可得出待测电阻Rx的阻值。

附图3所示，为本发明一种直流恒流型用于电阻阻值检测的ADC前置电路又一典型示意图，在所述运算放大器U3的输出端和所述信号端V_ADC之间新增加电阻R5和稳压二极管VD，用于待测电阻Rx开路时的过压保护；即断开运算放大器U3的输出端和信号端V_ADC之间的连接，将运算放大器U3的输出端与电阻R5的一端相连，电阻R5的另一端与所述稳压二极管VD的阴极和信号端V_ADC相连，稳压二极管VD的阳极与电源地相连。

由于电阻R5和稳压二极管VD组成的是过压限幅保护电路，会使得信号端V_ADC被限幅在稳压二极管VD的稳定电压Uz之内；相反，当待测电阻Rx未接入，并且电阻R5和稳压二极管VD也未接入时，相当于待测电阻Rx的阻值为无穷大，此时端口Ux上的电压会升至趋近于运算放大器U2的电源电压值，此电压有可能会危及输出端V_ADC后端连接的信号调理电路或处理器的安全，即其电压值一旦大于两者输入端的极限电压值，会造成不可逆的损坏，因此增加了电阻R5和稳压二极管VD组成的过压限幅保护电路，就能可靠地避免此类现象的发生。

Claims

1.一种直流恒流型用于电阻阻值检测的ADC前置电路，其特征在于，包括缓冲器1、缓冲器2、恒流发生器、待测电阻Rx和信号端V_ADC；

2.根据权利要求1所述的一种直流恒流型用于电阻阻值检测的ADC前置电路，其特征在于，在所述运算放大器U3的输出端和所述信号端V_ADC之间新增加电阻R5和稳压二极管VD，用于待测电阻Rx开路时的过压保护；即断开原来的运算放大器U3的输出端和信号端V_ADC之间的连接，将运算放大器U3的输出端与电阻R5的一端相连，电阻R5的另一端与所述稳压二极管VD的阴极和信号端V_ADC相连，稳压二极管VD的阳极与电源地相连。