專利名稱：一種精密電阻測量裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量精密電阻阻值的裝置和方法。
背景技術(shù)：
目前，常規(guī)的精密電阻測量是采用精密電流源向待測電阻施加電流，測量 電阻兩端電壓，然后通過待測電阻上電流、電壓和待測電阻之間的關(guān)系計(jì)算 出電阻阻值。這中方法需要高穩(wěn)定精密電流源和高精度電壓表，成本比較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高精度、高穩(wěn)定性且成本低廉的精密電阻測量 裝置，本發(fā)明的另一目的是提供一種控制該測量裝置進(jìn)行自動(dòng)測量的精密電 阻測量方法。
一種精密電阻測量裝置，其中待測電阻(Rs)—端通過基準(zhǔn)電阻(Rbase)、 限流電阻(Rlim)接入電源正極(V+)，待測電阻(Rs)另一端通過偏置電阻
(Rbias)接地， 一四選二交叉開關(guān)(MUX)的四個(gè)輸入端分別連接在基準(zhǔn)電 阻(Rbase)、待測電阻(Rs)的兩端，其第一、第二兩個(gè)輸出端分別連接在 一信號(hào)放大電路的同、反相輸入端，該信號(hào)放大電路的輸出端連接A/D轉(zhuǎn)換 器的輸入端，A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端連接中央處理器(CPU)的數(shù)據(jù)信號(hào)輸入 端，中央處理器(CPU)的數(shù)據(jù)信號(hào)輸出端連接一存儲(chǔ)器，中央處理器(CPU) 的控制信號(hào)輸出端連接交叉開關(guān)(MUX)的控制信號(hào)輸入端，用于控制交叉 開關(guān)—(MUX)的兩輸出端依次輸出基準(zhǔn)電阻(Rbase)兩端的正反向電壓、待 測電阻(Rs)兩端的正反向電壓。
所述的精密電阻測量裝置，其中所述信號(hào)放大電路包括一緩沖放大器
(BUF)和一放大器(AMP)，緩沖放大器(BUF)的同、反相輸入端與交叉
5丌關(guān)(MUX)的兩輸出端分別對(duì)應(yīng)連接，緩沖放大器(BUF)的輸出端連接 放大器(AMP)的輸入端，放大器(AMP)的輸出端連接A/D轉(zhuǎn)換器的輸入
一山乂而。
所述的精密電阻測量裝置，其中所述交叉開關(guān)(MUX)由兩個(gè)四選一
模擬開關(guān)構(gòu)成，每個(gè)模擬開關(guān)的四個(gè)輸入端均分別對(duì)應(yīng)連接在基準(zhǔn)電阻
(Rbase)、待測電阻(Rs)的兩端，兩模擬開關(guān)的輸出端分別與信號(hào)放大電
路的伺、反相輸入端對(duì)應(yīng)連接。
所述的精密電阻測量裝置，其中所述中央處理器(CPU)采用單片機(jī)。 所述的精密電阻測量裝置，其中所述基準(zhǔn)電阻(Rbase)選用溫漂系數(shù)
〈5ppm/。C的電阻。
所述的精密電阻測量裝置，其中所述基準(zhǔn)電阻(Rbase)的阻值等于待 測電阻(Rs)阻值范圍的中間值。
一種精密電阻測量方法，其中包括如下步驟
a) 、系統(tǒng)初始化；
b) 、中央處理器(CPU)的控制信號(hào)輸出端對(duì)交叉開關(guān)(MUX)的控制 信號(hào)輸入端輸送控制信號(hào)，控制交叉開關(guān)(MUX)的第一輸出端連接基準(zhǔn)電 阻(Rbase)的輸入端、第二輸出端連通基準(zhǔn)電阻(Rbase)的輸出端，即緩沖 放大器(BUF)的同相輸入端(in+)接收基準(zhǔn)電阻(Rbase)的輸入端電壓(bp)、 反相輸入端(in-)接收基準(zhǔn)電阻(Rbase)的輸出端電壓(bn)，緩沖放大器
(BUF)輸出端輸出的信號(hào)(BUF1)為基準(zhǔn)電阻(Rbase)的輸入端電壓(bp)、 輸出端電壓(bn)之差(BUFbbp-bn),該信號(hào)(BUF1)經(jīng)放大器(AMP)放 大后送入A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，A/D轉(zhuǎn)換后的信號(hào)(Bp)經(jīng)中央處理器
(CPU)送入存儲(chǔ)器存儲(chǔ)；
c) 、中央處理器(CPU)的控制信號(hào)輸出端對(duì)交叉開關(guān)(MUX)的控制 信號(hào)輸入端輸送控制信號(hào)，控制交叉開關(guān)(MUX)的第一輸出端連接基準(zhǔn)電
6阻(Rbase)的輸出端、第二輸出端連通基準(zhǔn)電阻(Rbase)的輸入端，即緩沖 放大器(BUF)的同相輸入端(in+)接收基準(zhǔn)電阻(Rbase)的輸出端電壓(bn)、 反相輸入端(in-)接收基準(zhǔn)電阻(Rbase)的輸入端電壓(bp)，緩沖放大器
(BUF)輸出端輸出的信號(hào)(BUF2)為基準(zhǔn)電阻(Rbase)的輸出端電壓(bn)、 輸入端電壓(bp)之差(BUF2斗n-bp),該信號(hào)(BUF2)經(jīng)放大器(AMP)放 大后送入A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，A/D轉(zhuǎn)換后的信號(hào)(Bn)經(jīng)中央處理器
(CPU)送入存儲(chǔ)器存儲(chǔ)；
d) 、中央處理器(CPU)的控制信號(hào)輸出端對(duì)交叉開關(guān)(MUX)的控制 信號(hào)輸入端輸送控制信號(hào)，控制交叉開關(guān)(MUX)的第一輸出端連接待測電 阻(Rs)的輸入端、第二輸出端連通待測電阻(Rs)的輸出端，即緩沖放大 器(BUF)的同相輸入端(in+)接收待測電阻(Rs)的輸入端電壓(sp)、反 相輸入端(in-)接收待測電阻(Rs)的輸出端電壓(sn)，緩沖放大器(BUF) 輸出端輸出的信號(hào)(BUF3)為待測電阻(Rs)的輸入端電壓(sp)、輸出端電 壓(sn)之差(BUF3-sp-sn),該信號(hào)(BUF3)經(jīng)放大器(AMP)放大后送入 A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，A/D轉(zhuǎn)換后的信號(hào)(Sp)經(jīng)中央處理器(CPU) 送入存儲(chǔ)器存儲(chǔ)；
e) 、中央處理器(CPU)的控制信號(hào)輸出端對(duì)交叉開關(guān)(MUX)的控制 信號(hào)輸入端輸送控制信號(hào)，控制交叉開關(guān)(MUX)的第一輸出端連接待測電 阻(Rs)的輸出端、第二輸出端連通待測電阻(Rs)的輸入端，即緩沖放大 器(BUF)的同相輸入端(in+)接收待測電阻(Rs)的輸出端電壓(sn)、反 相輸入端(in-)接收待測電阻(Rs)的輸入端電壓(sp)，緩沖放大器(BUF) 輸出端輸出的信號(hào)(BUF4)為待測電阻(Rs)的輸出端電壓(sn)、輸入端電 壓(sp)之差(BUF4二sn-sp),該信號(hào)(BUF4)經(jīng)放大器(AMP)放大后送入 A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，A/D轉(zhuǎn)換后的信號(hào)(Sn)經(jīng)中央處理器(CPU) 送入存儲(chǔ)器存儲(chǔ)；f) 、中央處理器(CPU)從存儲(chǔ)器中調(diào)取Bp、 Bn、 Sp、 Sn，計(jì)算中間數(shù) 據(jù)Rbl:Bp匿Bn， RshSp-Sn,根據(jù)得到的Rbl、 Rsl，計(jì)算待測電阻(Rs)的阻 值R^K，(Rsl/Rbl)，其中，K為校準(zhǔn)系數(shù)；
g) 、結(jié)束本次測量。
所述的精密電阻測量方法，其中該方法的步驟a)中還包括調(diào)整校準(zhǔn)系 數(shù)K的步驟調(diào)整校準(zhǔn)系數(shù)K，使K值接近基準(zhǔn)電阻(Rbase)的阻值Rb。
所述的精密電阻測量方法，其中所述基準(zhǔn)電阻(Rbase)選用溫漂系數(shù) 〈5ppm〃C的電阻。
所述的精密電阻測量方法，其中所述基準(zhǔn)電阻(Rbase)的阻值等于待 測電阻(Rs)阻值范圍的中間值。
本發(fā)明采用上述技術(shù)方案將達(dá)到如下的技術(shù)效果
本發(fā)明的精密電阻測量裝置中，待測電阻Rs與基準(zhǔn)電阻Rbase串聯(lián)，保 證電流一致，這兩個(gè)電阻的測量采用四線連接方法，避免導(dǎo)線電阻影響(一 般導(dǎo)線<超導(dǎo)導(dǎo)線除外>都有電阻，這里的導(dǎo)線指的是跟關(guān)鍵元件有關(guān)的連接 線，包括連接待測電阻的接線和電路板上的印刷匯流條)。本發(fā)明的精密電阻 測量方法，是由中央處理器CPU控制交叉開關(guān)MUX的連通，分別測量待測 電阻Rs與基準(zhǔn)電阻Rbase的正向電壓(Bp， Sp)、負(fù)向電壓(Bn， Sn)，并 將二者作減法運(yùn)算(即Rbl=Bp-Bn， Rsl = Sp-Sn)，減法運(yùn)算后得到中間數(shù) 據(jù)Rbl和Rsl，將它們作除法運(yùn)算(即Rsl/Rbl)，并乘以校準(zhǔn)系數(shù)K得到待 測電阻的阻值Rs。本技術(shù)方案涉及到的中央處理器是單片機(jī)，相比DSP來說 價(jià)格低廉且具有更好的通用性。
這里，減法運(yùn)算的目的是消除A/D轉(zhuǎn)換器的零偏誤差，同時(shí)也避免了該 偏置誤差漂移的影響。以基準(zhǔn)電阻(Rbase)測量說明消除零偏誤差的原理， 如下所述假設(shè)A/D轉(zhuǎn)換器零偏電壓為Vbi，該零偏在短時(shí)間內(nèi)變化很小， 因此可忽略不計(jì)，測得的基準(zhǔn)電阻Rbase正向電壓Bp可分解為Bpl和Vbi，即
Bp=Bp 1+Vbi=i xRb+Vbi
其中i.........流經(jīng)電阻的電流
Rb......基準(zhǔn)電阻Rbase阻值
同樣，負(fù)向電壓Bn可分解如下
Bn=Bnl+Vbi= —ixRb+Vbi 減法運(yùn)算Rbl=Bp-Bn可表示為
Rbl=Bp-Bn= (ixRb+Vbi) — (—ixRb+Vbi) =2xixRb
同理
Rsl=2xixRs
可見，減法運(yùn)算后消除了 A/D轉(zhuǎn)換器的零偏電壓Vbi。
待測電阻Rs與基準(zhǔn)電阻Rbase串聯(lián)，因此流經(jīng)它們的電流是一致的，根據(jù) 歐姆定律，這兩個(gè)電阻上的電壓與電阻阻值成正比，因此，在單片機(jī)CPU中 將兩個(gè)電阻上的電壓數(shù)據(jù)(分別正負(fù)相減后)相除，然后乘以校準(zhǔn)系數(shù)K即 可得到待測電阻的阻值，這一過程用公式表述如下
(Rsl/Rbl) xK=[(2xixRs)/(2xixRb)]xK= (Rs/Rb) xK
當(dāng)校準(zhǔn)后K-Rb，上式的結(jié)果(Rs/Rb) xK即是待測電阻阻值Rs，可見， 最后得到的待測電阻阻值與待測電阻上的電流無關(guān)，所以不需要精密電流源。 (其中，這里所述的校準(zhǔn)是采用本技術(shù)領(lǐng)域通用的校準(zhǔn)方法用標(biāo)準(zhǔn)測量電 阻的設(shè)備測試被測電阻得到Rs'，若用本技術(shù)方案的裝置和方法測試得到的被 測電阻Rs與Rs'的差值大于要求的誤差，則調(diào)整校準(zhǔn)系數(shù)K使得差值小于 要求的誤差；校準(zhǔn)系數(shù)K存儲(chǔ)在數(shù)字處理器(單片機(jī))內(nèi)，通過一套命令和 程序?qū)崿F(xiàn)該系數(shù)的調(diào)整，這里不再贅述。)
中間數(shù)據(jù)Rbl和Rsl都與放大器AMP的增益系數(shù)ka成正比，在一次測量 過程中ka保持不變，最終計(jì)算結(jié)果中將Rsl和Rbl相除，所以最后的計(jì)算結(jié)果即待測電阻的阻值Rs與ka無關(guān)，避免了放大器AMP的增益系數(shù)ka的漂 移影響。同理，A/D轉(zhuǎn)換器增益(主要由A/D轉(zhuǎn)換器的的基準(zhǔn)電壓決定)與最后 計(jì)算結(jié)果即待測電阻的阻值Rs無關(guān)，避免了 A/D轉(zhuǎn)換器增益漂移的影響。
另外，選用小溫漂系數(shù)(溫漂系數(shù).<5 111/°0電阻作為基準(zhǔn)電阻Rbase， 可使溫度影響降低，在測量過程中可忽略不計(jì)。選擇基準(zhǔn)電阻Rbase的大小， 使其阻值等于待測電阻Rs阻值范圍的中間值，以便充分利用A/D轉(zhuǎn)換器的動(dòng) 態(tài)范圍。
由上可見，本發(fā)明裝置和方法在測量過程中消除和避免了多種因素引起的 測量誤差，從而具有較高的測量精度和良好的穩(wěn)定性，另外，其不需要精密 電流源，成本低廉。


圖1為本發(fā)明精密電阻測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明精密電阻測量方法的流程圖； 圖3為一種精密電阻測量裝置實(shí)例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例
一種精密電阻測量裝置，其中待測電阻Rs—端通過基準(zhǔn)電阻Rbase、 限流電阻Rlim接入電源正極V+，待測電阻Rs另一端通過偏置電阻Rbias接 地(GND)， 一四選二交叉開關(guān)MUX的.四個(gè)輸入端分別連接在基準(zhǔn)電阻Rbase、 待測電阻Rs的兩端，分別用于接收基準(zhǔn)電阻Rbase的輸入端電壓bp、輸出端 電壓bn、待測電阻Rs的輸入端電壓sp、輸出端電壓sn，交叉開關(guān)MUX的 第一、第二兩個(gè)輸出端分別連接在一緩沖放大器BUF的同、反相輸入端(in+、 in-)，緩沖放大器BUF的輸出端連接放大器AMP的輸入端，放大器AMP的 輸出端連接A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端，A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端連接中央處理器CPU 的數(shù)據(jù)信號(hào)輸入端，中央處理器CPU的數(shù)據(jù)信號(hào)輸出端連接一存儲(chǔ)器，中央處理器CPU的控制信號(hào)輸出端連接交叉開關(guān)MUX的控制信號(hào)輸入端，用于 控制交叉開關(guān)MUX的兩輸出端依次輸出基準(zhǔn)電阻Rbase兩端的正反向電壓、 待測.電阻Rs兩端的正反向電壓。
本實(shí)施例中的中央處理器CPU采用單片機(jī)，相比DSP芯片來說價(jià)格低廉 且具有更好的通用性，所述中央處理器CPU的數(shù)據(jù)信號(hào)輸入端、輸出端及控 制信號(hào)輸出端是分別用單片機(jī)上的相應(yīng)接口實(shí)現(xiàn)。
利用緩沖放大器高輸入阻抗(大于109Q)、低輸出阻抗(小于5Q)的特 性能夠大大降低交叉開關(guān)和導(dǎo)線的電阻造成的測量誤差。
所述交叉開關(guān)MUX由兩個(gè)四選一模擬開關(guān)構(gòu)成，每個(gè)模擬開關(guān)的四個(gè)輸 入端均分別對(duì)應(yīng)連接在基準(zhǔn)電阻Rbase、待測電阻Rs的兩端，兩模擬開關(guān)的 輸出端分別與緩沖放大器的同、反相輸入端(in+、 in-)對(duì)應(yīng)連接。
所述基準(zhǔn)電阻(Rbase)選用溫漂系數(shù)〈5ppm/。C的電阻，其阻值Rb為待測電 阻Rs阻值范圍的中間值。
利用本發(fā)明精密電阻測量裝置進(jìn)行精密電阻測量的流程如圖2所示，其 具體測量步驟如下
a) 、先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，并將校準(zhǔn)系數(shù)K調(diào)整為接近基準(zhǔn)電阻Rbase的 阻值Rb;
b) 、單片機(jī)CPU的控制信號(hào)輸出端對(duì)交叉開關(guān)MUX的控制信號(hào)輸入端 輸送第一個(gè)控制信號(hào)，控制交叉開關(guān)MUX的第一輸出端連接基準(zhǔn)電阻Rbase 的輸入端、第二輸出端連通基準(zhǔn)電阻Rbase的輸出端，即緩沖放大器BUF的 同相輸入端in+接收基準(zhǔn)電阻Rbase的輸入端電壓bp、反相輸入端in-接收基 準(zhǔn)電阻Rbase的輸出端電壓bn，緩沖放大器BUF輸出端輸出的信號(hào)BUFl為 基準(zhǔn)電阻Rbase的輸入端電壓bp、輸出端電壓bn之差，即BUFl=bp-bn，該 信號(hào)BUFl經(jīng)放大器AMP放大后送入A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，A/D轉(zhuǎn)換 后的信號(hào)Bp經(jīng)單片機(jī)CPU的數(shù)據(jù)信號(hào)輸入端進(jìn)入單片機(jī)中處理后再經(jīng)單片機(jī)的數(shù)據(jù)信號(hào)輸出端送入存儲(chǔ)器存儲(chǔ)；
c) 、單片機(jī)CPU的控制信號(hào)輸出端對(duì)交叉開關(guān)MUX的控制信號(hào)輸入端 輸送第二個(gè)控制信號(hào)，控制交叉開關(guān)MUX的第一輸出端連接基準(zhǔn)電阻Rbase 的輸出端、第二輸出端連通基準(zhǔn)電阻Rbase的輸入端，即緩沖放大器BUF的 同相輸入端in+接收基準(zhǔn)電阻Rbase的輸出端電壓bn、反相輸入端in-接收基 準(zhǔn)電阻Rbase的輸入端電壓bp，緩沖放大器BUF輸出端輸出的信號(hào)BUF2為 基準(zhǔn)電阻Rbase的輸出端電壓bn、輸入端電壓bp之差，即BUF2=bn-bp，該 信號(hào)BUF2經(jīng)放大器AMP放大后送入A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，A/D轉(zhuǎn)換 后的信號(hào)Bn經(jīng)單片機(jī)CPU送入存儲(chǔ)器存儲(chǔ)；
d) 、單片機(jī)CPU的控制信號(hào)輸出端對(duì)交叉開關(guān)MUX的控制信號(hào)輸入端 輸送第三個(gè)控制信號(hào)，控制交叉開關(guān)MUX的第一輸出端連接待測電阻Rs的 輸入'端、第二輸出端連通待測電阻Rs的輸出端，即緩沖放大器BUF的同相 輸入端in+接收待測電阻Rs的輸入端電壓sp、反相輸入端in-接收待測電阻 Rs的輸出端電壓sn，緩沖放大器BUF輸出端輸出的信號(hào)BUF3為待測電阻 Rs的輸入端電壓sp、輸出端電壓sn之差，即BUF3二sp-sn，該信號(hào)BUF3經(jīng) 放大器AMP放大后送入A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，A/D轉(zhuǎn)換后的信號(hào)Sp經(jīng) 單片機(jī)CPU送入存儲(chǔ)器存儲(chǔ)；
e) 、單片機(jī)CPU的控制信號(hào)輸出端對(duì)交叉開關(guān)MUX的控制信號(hào)輸入端 輸送.第四個(gè)控制信號(hào)，控制交叉開關(guān)MUX的第一輸出端連接待測電阻Rs的 輸出端、第二輸出端連通待測電阻Rs的輸入端，即緩沖放大器BUF的同相 輸入端in+接收待測電阻Rs的輸出端電壓sn、反相輸入端in-接收待測電阻 Rs的輸入端電壓sp，緩沖放大器BUF輸出端輸出的信號(hào)BUF4為待測電阻 Rs的輸出端電壓sn、輸入端電壓sp之差，即BUF4二sn-sp，該信號(hào)BUF4經(jīng) 放大器AMP放大后送入A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，A/D轉(zhuǎn)換后的信號(hào)Sn經(jīng) 單片機(jī)CPU送入存儲(chǔ)器存儲(chǔ)f) 、單片機(jī)CPU從存儲(chǔ)器中調(diào)取Bp、 Bn、 Sp、 Sn，計(jì)算中間數(shù)據(jù) Rbl=Bp-Bn， Rs^Sp-Sn,根據(jù)得到的Rbl、 Rsl，計(jì)算待測電阻Rs的阻值 Rs=K*(Rsl/Rbl)，其中，K為校準(zhǔn)系數(shù)；
g) 、結(jié)束本次測量。
本發(fā)明的裝置應(yīng)用在一型號(hào)為ZQX-1的氣象采集器中鉑電阻溫度傳感器上 精密鉑電阻的測量，圖3為測量鉑電阻的測量裝置結(jié)構(gòu)連接圖，待測鉑電阻 Rs —端通過基準(zhǔn)電阻Rbase、限流電阻Rlim串接入電源正極V+，另一端通過 偏置電阻Rbias接地GND，測量裝置中采用了芯片ADS1241 (24位2 - △器件)， 該芯片集成了交叉開關(guān)MUX、緩沖放大器BUF、放大器AMP和A/D轉(zhuǎn)換器的功 能，單片機(jī)CPU選取C8051F020，芯片ADS1241通過其SPI接口與單片機(jī) C8051F020的SPI接口連接，單片機(jī)C8051F020的RS232接口與上位機(jī)PC的 RS232接口連接，由上位機(jī)提供存儲(chǔ)功能，上位機(jī)還能將測量結(jié)果進(jìn)行顯示、 打印等操作，另外，單片機(jī)C8051F020的一 I/O端口連接在ADS1241上的交 叉開關(guān)功能模塊的控制接腳上，用于控制交叉開關(guān)的連通；另外，待測量的 鉑電阻Rs阻值在50 150Q范圍內(nèi)，選取IOOQ的基準(zhǔn)電阻，本實(shí)施例中采 用基準(zhǔn)電阻的型號(hào)為RS201-9848;按照?qǐng)D2所示的流程測量待測電阻Rs，經(jīng) 試驗(yàn)，測試精度達(dá)到0.02Q，在近半年的實(shí)際測量工作中，測試結(jié)果幾乎無 變化，具有很好的穩(wěn)定性。
權(quán)利要求
1、一種精密電阻測量裝置，其特征在于待測電阻(Rs)一端通過基準(zhǔn)電阻(Rbase)、限流電阻(Rlim)接入電源正極(V+)，待測電阻(Rs)另一端通過偏置電阻(Rbias)接地，一四選二交叉開關(guān)(MUX)的四個(gè)輸入端分別連接在基準(zhǔn)電阻(Rbase)、待測電阻(Rs)的兩端，其第一、第二兩個(gè)輸出端分別連接在一信號(hào)放大電路的同、反相輸入端，該信號(hào)放大電路的輸出端連接A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端，A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端連接中央處理器(CPU)的數(shù)據(jù)信號(hào)輸入端，中央處理器(CPU)的數(shù)據(jù)信號(hào)輸出端連接一存儲(chǔ)器，中央處理器(CPU)的控制信號(hào)輸出端連接交叉開關(guān)(MUX)的控制信號(hào)輸入端，用于控制交叉開關(guān)(MUX)的兩輸出端依次輸出基準(zhǔn)電阻(Rbase)兩端的正反向電壓、待測電阻(Rs)兩端的正反向電壓。
2、 如權(quán)利要求1所述的精密電阻測量裝置，其特征在于所述信號(hào)放大電 路包括一緩沖放大器(BUF)和一放大器(AMP)，緩沖放大器(BUF)的同、 反相輸入端與交叉開關(guān)(MUX)的兩輸出端分別對(duì)應(yīng)連接，緩沖放大器(BUF) 的輸出端連接放大器(AMP)的輸入端，放大器(AMP)的輸出端連接A/D轉(zhuǎn) 換器的輸入端。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的精密電阻測量裝置，其特征在于所述交叉開 關(guān)(MUX)由兩個(gè)四選一模擬開關(guān)構(gòu)成，每個(gè)模擬開關(guān)的四個(gè)輸入端均分別對(duì) 應(yīng)連接在基準(zhǔn)電阻(Rbase)、待測電阻(Rs)的兩端，兩模擬開關(guān)的輸出端分 別與信號(hào)放大電路的同、反相輸入端對(duì)應(yīng)連接。
4、 如權(quán)利要求1或2所述的精密電阻測量裝置，其特征在于所述中央處 理器(CPU)為單片機(jī)。 .
5、 如權(quán)利要求1或2所述的精密電阻測量裝置，其特征在于所述基準(zhǔn)電 阻(Rbase)選用溫漂系數(shù)〈5ppm〃C的電阻。
6、 如權(quán)利要求5所述的精密電阻測量裝置，其特征在于所述基準(zhǔn)電阻(Rbase)的阻值等于待測電阻(Rs)阻值范圍的中間值。
7、 一種精密電阻測量方法，其特征在于包括如下步驟a) 、系統(tǒng)初始化； .b) 、中央處理器(CPU)的控制信號(hào)輸出端對(duì)交叉開關(guān)(MUX)的控制信 號(hào)輸入端輸送控制信號(hào)，控制交叉開關(guān)(MUX)的第一輸出端連接基準(zhǔn)電阻(Rbase)的輸入端、第二輸出端連通基準(zhǔn)電阻(Rbase)的輸出端，即緩沖放大 器(BUF)的同相輸入端(in+)接收基準(zhǔn)電阻(Rbase)的輸入端電壓(bp)、 反相輸入端(in-)接收基準(zhǔn)電阻(Rbase)的輸出端電壓(bn)，緩沖放大器(BUF) 輸出端輸出的信號(hào)(BUF1)為基準(zhǔn)電阻(Rbase)的輸入端電壓(bp)、輸出端 電壓(bn)之差(BUFl-bp-bn),該信號(hào)(BUF1)經(jīng)放大器(AMP)放大后送入 A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，A/D轉(zhuǎn)換后的信號(hào)(Bp)經(jīng)中央處理器(CPU)送 入存儲(chǔ)器存儲(chǔ)；c) 、中央處理器(CPU)的控制信號(hào)輸出端對(duì)交叉開關(guān)(MUX)的控制信 號(hào)輸入端輸送控制信號(hào)，控制交叉開關(guān)(MUX)的第一輸出端連接基準(zhǔn)電阻(Rbase)的輸出端、第二輸出端連通基準(zhǔn)電阻(Rbase)的輸入端，即緩沖放大 器(BUF)的同相輸入端(in+)接收基準(zhǔn)電阻(Rbase)的輸出端電壓(bn)、 反相輸入端(in-)接收基準(zhǔn)電阻(Rbase)的輸入端電壓(bp)，緩沖放大器(BUF) 輸出端輸出的信號(hào)(BUF2)為基準(zhǔn)電阻(Rbase)的輸出端電壓(bn)、輸入端 電壓(bp)之差(BUF2^n-bp)，該信號(hào)(BUF2)經(jīng)放大器(AMP)放大后送入 A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，A/D轉(zhuǎn)換后的信號(hào)(Bn)經(jīng)中央處理器(CPU)送 入存儲(chǔ)器存儲(chǔ)；d) 、中央處理器(CPU)的控制信號(hào)輸出端對(duì)交叉開關(guān)(MUX)的控制信 號(hào)輸入端輸送控制信號(hào)，控制交叉開關(guān)(MUX)的第一輸出端連接待測電阻(Rs) 的輸:入端、第二輸出端連通待測電阻(Rs)的輸出端，即緩沖放大器(BUF) 的同相輸入端(in+)接收待測電阻(Rs)的輸入端電壓(sp)、反相輸入端(in-)接收待測電阻(Rs)的輸出端電壓(sn)，緩沖放大器(BUF)輸出端輸出的信 號(hào)(BUF3)為待測電阻(Rs)的輸入端電壓(sp)、輸出端電壓(sn)之差 (BUF3=sp-sn)，該信號(hào)(BUF3)經(jīng)放大器(AMP)放大后送入A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換，A/D轉(zhuǎn)換后的信號(hào)(Sp)經(jīng)中央處理器(CPU)送入存儲(chǔ)器存儲(chǔ)；e) 、中央處理器(CPU)的控制信號(hào)輸出端對(duì)交叉開關(guān)(MUX)的控制信 號(hào)輸入端輸送控制信號(hào)，控制交叉開關(guān)(MUX)的第一輸出端連接待測電阻(Rs) 的輸出端、第二輸出端連通待測電阻(Rs)的輸入端，即緩沖放大器(BUF) 的同相輸入端(in+)接收待測電阻(Rs)的輸出端電壓(sn)、反相輸入端(in-) 接收待測電阻(Rs)的輸入端電壓(sp)，緩沖放大器(BUF)輸出端輸出的信 號(hào)(BUF4)為待測電阻(Rs)的輸出端電壓(sn)、輸入端電壓(sp)之差 (BUF4=sn-sp),該信號(hào)(BUF4)經(jīng)放大器(AMP)放大后送入A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換，A/D轉(zhuǎn)換后的信號(hào)(Sn)經(jīng)中央處理器(CPU)送入存儲(chǔ)器存儲(chǔ)；f) 、中央處理器(CPU)從存儲(chǔ)器中調(diào)取Bp、 Bn、 Sp、 Sn，計(jì)算中間數(shù)據(jù) Rbl=Bp-Bn， Rsl= Sp-Sn，根據(jù)得到的Rbl、 Rsl，計(jì)算待測電阻(Rs)的阻值 Rs=K，(Rsl/Rbl)，其中，K為校準(zhǔn)系數(shù)；g) 、結(jié)束本次測量。
8、 如權(quán)利要求7所述的精密電阻測量方法，其特征在于該方法的步驟a) 中還包括調(diào)整校準(zhǔn)系數(shù)K的步驟:調(diào)整校準(zhǔn)系數(shù)K，使K值接近基準(zhǔn)電阻(Rbase) 的阻值Rb。
9、 如權(quán)利要求7或8所述的精密電阻測量方法，其特征在于所述基準(zhǔn)電 阻(Rbase)選用溫漂系數(shù)〈5ppmTC的電阻。
10、 如權(quán)利要求9所述的精密電阻測量方法，其特征在于所述基準(zhǔn)電阻 (Rbase)的阻值等于待測電阻(Rs)阻值范圍的中間值。
全文摘要
一種精密電阻測量裝置，其中，待測電阻一端通過基準(zhǔn)電阻、限流電阻接入電源正極，另一端通過偏置電阻接地；一交叉開關(guān)的四個(gè)輸入端分別連接在基準(zhǔn)電阻、待測電阻的兩端，其兩個(gè)輸出端分別連接在一信號(hào)放大電路的同、反相輸入端，該信號(hào)放大電路通過A/D轉(zhuǎn)換器接中央處理器的數(shù)據(jù)信號(hào)輸入端，中央處理器的數(shù)據(jù)信號(hào)輸出端連接存儲(chǔ)器，中央處理器的控制信號(hào)輸出端連接交叉開關(guān)的控制信號(hào)輸入端，控制交叉開關(guān)的兩輸出端依次輸出基準(zhǔn)電阻兩端的正反向電壓、待測電阻兩端的正反向電壓，經(jīng)信號(hào)放大電路處理及A/D轉(zhuǎn)換后由中央處理器存入存儲(chǔ)器；中央處理器調(diào)取存儲(chǔ)器中基準(zhǔn)電阻上正反向電壓差、待測電阻上正反向電壓差進(jìn)行運(yùn)算得到待測電阻的阻值。
文檔編號(hào)G01R27/02GK101498749SQ20081004921
公開日2009年8月5日 申請(qǐng)日期2008年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月1日
發(fā)明者張德林, 軍 滕 申請(qǐng)人:凱邁(洛陽)測控有限公司