一种智能小电阻测试仪的设计

张晓阳，江国栋，朱 静

(1.南京工业职业技术学院 能源与电气工程学院，江苏 南京 210023;2.江苏金智科技集团，江苏 南京 211100)

在电路测试过程中常常会碰到由于忽略某些小电阻的影响引起实验数据与理论值之间存在较大误差的情况，从而影响测试效果。例如电感器、变压器中往往存在铜电阻，地铁铁轨的电阻，扬声器连接线的电阻，过电流保护电路中的检测电阻等。由于小电阻数值较小，使用万用表无法精确测量;通常实验室里采用电桥进行测量，但电桥操作复杂，且不能直接读出被测电阻阻值。提供一种能够便捷测量小电阻的产品具有很大意义。

1 小电阻测量方案

小电阻测试仪的发展趋势是微型化、精确化和智能化。本文采用的小电阻测量方案如图1所示，恒流源模块［1］给待测电阻提供恒定电流，四端接入法模块输出的被测电阻压降和基准压降分别由仪表放大单元和差分放大单元进行放大后，经双积分AD采样测得待测电阻阻值。可自动或手动选择合适的测量档位和×10电路模块，实现毫欧级电阻的测量。测量结果通过LCD屏显示，异常情况时通过蜂鸣器报警。主控板可通过串口与上位机通讯，实现丰富的人机接口界面。

2 硬件设计

系统电源提供±5V的直流电源。四端法［2］接入电路如图1所示，恒流源流过参考电阻和待测电阻串联电路，该四端接入电路采用直流比例法计算待测电阻的阻值，即:

图1 小电阻测试仪系统框图

由于VX(=ISRX)值较小，为了提高测量精确度、抑制共模信号和温漂，将VX送仪表放大器进行放大，如图2所示;将Vref送差分放大器，消除了接入端导线的等效电阻。在0～20Ω、0～2Ω、0～200mΩ各档位时，调整放大电路参数，使Vref的设定输出值VO2为2V;满量程时，使VX的设定输出值 VO1为2V。电位器RP4的作用是零点偏移调整。其中仪表放大器的输出电压为:

当待测电阻在0～20mΩ时，为提高测量精度，单片机控制图3中的继电器J4吸合，接入乘10电路，即

测量结果除10即为待测电阻的实际阻值。当待测电阻＞20mΩ时，继电器J4断开，则VO1=VO3。

图2 仪表放大器电路

图3 乘10电路

双积分模块［3］采用TC514集成芯片，如图4所示，包括清零、积分、反积分和输出复位四个过程。逻辑控制单元接收单片机的指令，控制驱动开关的动作，分别完成模拟信号输入端的选择以及双积分的四个工作阶段。积分器输出波形［4］如图5所示。

设正向积分计数脉冲N1=TINTfcp，反向积分计数脉冲N2=TDEINTfcp，其中fcp为积分时间计数单位频率，则

图4 双积分电路

图5 双积分输出波形

分别将待测电阻的输出Vo3和差分放大的基准输出Vo2接入双积分电路的输入，测得输出参数Vi和V'i，则所测电阻的阻值可按式(6)进行求解。

其中R0为当前档位的满量程电阻值。由上可知，双积分的RC参数不会影响转换精度，定时器的时基精度和基准电压是影响积分精度的两个决定因数。

3 软件设计

小电阻测试仪的软件设计流程如图6所示。系统开机自检后完成初始化操作。在双积分采样的基础上，用直流比例法求出初始档位的电阻值。如电阻值异常大，则在LCD上显示“请正确接入待测电阻”，并使用蜂鸣器进行报警。

图6 小电阻测试仪的软件流程图

在电阻不大于阻值最大量程时，根据测量模式决定后处理方式。处于自动模式时，通过调整档位获得最佳的测量精度，当待测电阻属于0～20mΩ范围时，系统自动切换至0～200mΩ档的同时启动乘10电路;处于手动模式时，以默认档位所测值作为测量结果。

测量结束，经过数据处理后，通过LCD显示实时信息。根据按键扫描的结果，跳转至按键处理程序。随后进入下一轮的测量环节。

智能小电阻测试仪系统能实现检测方式的手动与自动切换，档位选择、开机自检、测试校准、接入故障诊断、超限报警等功能，且能实现LCD显示屏上的实时状态更新，测量电阻的阻值范围从几毫欧到20欧姆之间。

4 测试结果与数据分析

对几种典型精密电阻进行测量，并与LCR－817型号的电桥测量结果进行比较，如表1所示。输入端短接时测得阻值如表2所示。

表1 电阻测试数据

表2 输入短接使测试数据

由表1可以看出，本测试仪的测量误差均小于±1%，实现了高精度测量。由表2可以对信噪比［5］进行计算:

双积分AD转换器(TC514)转换噪声衰减按最小值－20dB来计算，系统的S/N可达101.8149dB，由此说明系统的性噪比［5］很高。

该测试仪的测量精度高，电阻值不受引线长短及接触电阻的影响。具有测量测量简便，读数直观，且测量精度、分辨率也高于一般电桥。

5 结论

本文提出了基于直流比例法的小电阻的测试仪，涉及了高精度恒流源、高性能测量放大器、四端接入法和高精度的双积分AD转换器，测量方法简单易行。实验结果表明，测试数据稳定可靠，精确度小于百分之一，具有很好的工程推广前景。

(本项目作品获第四届全国高校电子信息实践创新作品评选一等奖和教学成果一等奖。)

［1］ 吴文全.小电阻测量方法研究［J］.电测与仪表，2003(11):26-28.

［2］ 刘志存.微小电阻测量方法及关键技术［J］.物理测试，2005(1):34-36.

［3］ 邝继顺.嵌入式双积分模数转换器的应用研究［J］.仪器仪表学报，2001(1):25-27.

［4］ 古利.双积分A/D转换技术的抗干扰性分析［J/OL］.［2014-1-15］.http://max.book118.com/html/2014/0325/6949757.shtm.

［5］ 刘志存.微小电阻测量方法及关键技术［J］.物理测试，2005(1):34-36.