浅谈电气设备测量中自制毫欧表的设计方案

杨成虎

摘 要：普通的欧姆表、数字万用表等工具能测量的最小电阻有限，现实电气施工或设备维护中往往要求对低阻值电阻的测量，比如毫欧级的电阻，这种情况下，普通的电阻测量工具就不适用了。使用毫欧表可以解决大部分这种测量。

关键词：毫欧表;恒流源;单片机;数模转换芯片;运算放大器

1 绪论

好多电子设备及产品都涉及到特小电阻的测量及应用，例如测试避雷针、继电器的接触电阻、大功率电路中保护电阻的测量等等，为了能够满足工作或生产需要，就必须较为精确地测得相应的小电阻的阻值并服务于生产及实际生活。本文就毫欧表的设计方案做简要阐述。

2 毫欧表的工作原理

整个设计的基本思路是：做一个直流恒流源，直流恒流源的电流通过要测量的电阻R并产生电压降，把压降值采出，然后把电压值放大到A/D转换器能接受的范围，通过ADC将测得的电压值转换成数字形式传送到单片机处理，最后由单片机控制显示电路把要测的电阻值显出来。依据电阻值的大小确定合适的直流恒流源，电阻小则选择大电流的恒流源，电阻大则选择小电流的恒流源。这部分控制由单片机控制实现，若单片机接收到的电压信号小，单片机发出信号用来控制电子开关，从而控制直流恒流源的可变电阻器，达到控制输出电流大小的效果。毫欧表的制作和设计就是恒流源的设计、误差的减小、仪器精确度的提高、数字显示和量程的转换。其中恒流源的设计和如何减少误差提高仪器的精确度是重点，同时也是这次设计的难点。

3 单元模块设计

3.1 恒流源的选择方案

3.1.1 方案一

I=U/（R1+R2），当取R1远大于R2时，则电流I约为I=U/R1。R2上电流可近似看为恒定，这种方案要求R1必须远大于R2，那么要得到比较大点的电流，就得电压很大，现实中不好找那么大的电压源，故没有用此方案。

3.1.2 方案二

压控恒流源方案，此方案是通过软件来实现输出电流稳定的，可操作性强，输出电流的大小可以通过改变恒流源外边的电压大小来操控的，所以采用此方案。

下面阐述横流问题的验证：

如图，当R3+R4>>R5，R1+R2>>R5，R3+R4>>RL时，由R1和R2方向流向RL的电流就可以忽略，从而流经RL的电流就可以近似看成是由R5上流过来的。从而达到RL上电流的恒定。

3.2 电阻测量方案

3.2.1 方案一 比较及替代法测电阻

比较法测电阻也是一种不错的选择方案，问题在于当被测电阻很小时，另一比较电阻很难选取，而且被测电阻的接触电阻会对测量的电压表产生干扰，这样较大的误差就不可避免的产生了，因此我就淘汰了次方案;后来我想到过用替代法来测，但是替代法测电阻操作麻烦，测量结果的精确度达不到要求，测量小电阻的话不是十分满意，因此，此方案再次被淘汰。

3.2.2 方案二 四端子测量

测量时两个夹子紧紧夹住被测电阻Zx，每个夹子各自引出两根互相平行的导线，一个夹子的两根导线接电压信号采集系统的V+和直流恒流源的I+，另一个夹子的两根导线接电压信号采集系统的V-和直流恒流源的I-，當测电阻时，用夹子紧紧地夹住被测电阻的引脚，由恒流源流出的电流由I+端流出，流经被测电阻Zx后流入I-端，在被测电阻上产生的电压降直接由V+、V-端子引入电压信号采集装置。可以克服引线电阻和接触电阻的压降所造成的测量误差，采用此方法可得到较为精确的测量结果。

3.3 其它模块设计

本次设计需要选择高精度、低噪音的放大器，同时，要充分理会理想运放和理想运放的条件，了解放大器中虚断与虚短的含义，可以大大简化分析过程，LM358即可满足需要;A/D转换器的选择从速率、精度、功耗等等方面全面考虑。需要注意的是本次设计的毫欧表要测量阻值很小的器件，精密度自然就要求很高了。美国数字公司的AD574A就比较适合本次设计要求了，再说这个器件也比较常用，电路轻量化上也做得很好;D/A转换器的种类很多，根据速度要求高低的不同可以选择CMOS开关型或者ECL电流开关型D/A转换器，本次设计我选用了DAC5615芯片，完全可满足要求;单片机的要求就是低功耗、高性能。可选性也高，AT89S52可以满足条件;最后用HD7279芯片来搞定按键的输入以及数码管的显示功能。

4 结语

随着各种运算放大器，恒流源，数模转换器等电子器件的性能精度和电子工业的不断发展，适用于毫欧级电阻测量的毫欧表的发展已经达到了相当高的水平，但就精度和可靠性方面还有待提高，还须向更高精度、更可靠的方向继续努力。

参考文献：

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