一种电阻测量仪及电阻测量方法与流程

本发明属于测量技术领域，特别涉及一种电阻测量仪及电阻测量方法。

背景技术：

目前，利用小电流双向测试法原理测量火工品电阻使用的电阻测量仪包括双向恒流源、电压采集及放大器、ad转换器。测量时，首先利用双向恒流源产生正向(反向)电流，并将正向(反向)电流通过被测电阻。然后利用电压采集及放大器和ad转换器测量被测电阻上的正向(反向)电压，并将测得的正向(反向)电压和已知的正向(反向)电流值相除，得到被测电阻的正向电阻值和反向电阻值。最后，取正向电阻值和反向电阻值的平均值即可得到被测电阻值。

现有技术中的电阻测量仪具有以下缺点：

第一，双向恒流源产生的正向电流值和反向电流值必须严格相等，否则电阻测量精度低。

第二，采用电子开关切换双向恒流源的电流方向，由于电子开关泄漏电流大且随温度变化大，给测试结果带来较大的不确定性，测量结果精度低。

第三，双向恒流源和ad转换器所使用的基准源很容易受到温度的影响，从而对测试结果造成影响；另外，电压采集及放大器的漂移也会对测试结果造成影响。当此电阻测量仪应用于宽温领域时，温度对测试结果的影响就会很大，由于温度漂移受多个因素影响，具有很大的不确定性，无法采用计算机进行温度补偿，测量结果精度低。

技术实现要素：

本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种电阻测量仪及电阻测量方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种电阻测量仪，包括双向恒流源、电压采集及放大器、ad转换器，其结构特点是双向恒流源、标准电阻和被测电阻连成串联回路，所述电压采集及放大器的输出端通过ad转换器和控制器电连接，所述控制器和显示终端电连接，还包括用于控制电压采集及放大器接在标准电阻两端或被测电阻两端的切换开关模块，控制器与切换开关的控制端电连接。

借由上述结构，ad转换器转换的是在正向电流iz和反向电流if作用下的被测电阻和标准电阻上的电压值。因为标准电阻的阻值是已知的，由于串联电路中，电阻上的电压值与其电阻值成正比例关系，所以，计算机将采集到的电压值应用比例计算法处理就可以得到被测电阻值。

作为一种优选方式，所述切换开关模块包括第一双刀双掷继电器，控制器通过第一双刀双掷继电器的线圈接地，第一双刀双掷继电器的双闭触点分别接在被测电阻的两端，第一双刀双掷继电器的双开触点分别接在标准电阻的两端，第一双刀双掷继电器的双闭触点和双开触点作为第一双刀双掷继电器的输入端，第一双刀双掷继电器的输出端与电压采集及放大器电连接。

作为另一种优选方式，所述切换开关模块包括第一双刀双掷继电器，控制器通过第一双刀双掷继电器的线圈接地，第一双刀双掷继电器的双闭触点分别接在标准电阻的两端，第一双刀双掷继电器的双开触点分别接在被测电阻的两端，第一双刀双掷继电器的双闭触点和双开触点作为第一双刀双掷继电器的输入端，第一双刀双掷继电器的输出端与电压采集及放大器电连接。

作为一种优选方式，还包括第二双刀双掷继电器，控制器通过第二双刀双掷继电器的线圈接地；所述双向恒流源包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和运算放大器，第一电阻的第一端与电源电连接，第一电阻的第二端与运算放大器的反相输入端电连接，第二电阻与第三电阻串接于电源与地之间，运算放大器的同相输入端接入第二电阻与第三电阻之间；第二双刀双掷继电器的双闭触点分别与第一电阻的第二端、运算放大器的输出端电连接，第二双刀双掷继电器的双开触点分别与运算放大器的输出端、第一电阻的第二端电连接，第二双刀双掷继电器的双闭触点和双开触点作为第二双刀双掷继电器的输入端，第二双刀双掷继电器的输出端与被测电阻、标准电阻连成回路。

基于同一个发明构思，本发明还提供了一种电阻测量方法，包括以下步骤：

a.将被测电阻和标准电阻串接在双向恒流源两端；

b.控制双向恒流源输出正向恒流电流，分别测得被测电阻两端的电压值u1和标准电阻两端的电压值u2；

c.控制双向恒流源输出反向恒流电流，分别测得被测电阻两端的电压值u3和标准电阻两端的电压值u4；

d.求得被测电阻的阻值为其中rs为标准电阻的阻值。

与现有技术相比，本发明电路结构简单，且具有以下优点：

第一，双向恒流源产生的正、反向恒流电流值不必严格相等，只要在正向和反向测量过程中短时间保持恒定，即，正(反)向电流iz(if)作用于被测电阻rx和标准电阻rs上，ad转换器分别采集被测电阻rx和标准电阻rs的电压时，只要在两个采集时间段内恒流电流保持稳定即可。因为，串联电路中，各串联电阻上的电压值与它们的电阻值成正比，这是在电流相同的情况下得出的结论。由于被测电阻与标准电阻上电压的ad转换不是同时进行，所以，就要求在两个ad转换期间保持电流恒定。由于ad转换间隔很短，在短时间内实现电流高精度恒定是很容易实现的。由于采用了被测电阻与标准电阻上的电压比对法进行电阻测量，所以，ad转换前的电压放大以及ad转换都不要求高精度、高线性，而只要求输出与输入是一一对应的，即单调对应就可以，降低了对硬件精度的要求。

第二，在恒流源和电压信号切换中使用了两个机械继电器开关，可以避免电子开关的泄露电流对测量精度的影响。

第三，由于定向干扰电势不会随测试电流方向的改变而改变，所以采用双向测量方法时，定向干扰在正向和反向测试中对测试结果的影响是：幅值相等、极性相反。将正、反测试结果求平均值就能够排除定向干扰电势对测试结果的影响，同时还可以排除基准源和双向恒流源的温度漂移对测试精度造成的影响。因此本发明测量结果的温度漂移只与标准电阻的温度漂移有关，只要选择低温度漂移标准电阻，就可以提高仪器在宽温情况下的测量精度。

附图说明

图1为本发明电阻测量仪的结构示意图。

图2为双向恒流源的电路图。

其中，1为双向恒流源，2为第一双刀双掷继电器，3为ad转换器，4为电源，5为控制器，6为电压采集及放大器，7为显示终端，8为第二双刀双掷继电器，rx为被测电阻，rs为标准电阻，r1为第一电阻，r2为第二电阻，r3为第三电阻，a为运算放大器，iz为正向恒流电流，if为反向恒流电流。

具体实施方式

如图1和图2所示，电阻测量仪包括双向恒流源1、电压采集及放大器6、ad转换器3，其结构特点是双向恒流源1、标准电阻rs和被测电阻rx连成串联回路，所述电压采集及放大器6的输出端通过ad转换器3和控制器5电连接，所述控制器5和显示终端7电连接，还包括用于控制电压采集及放大器6接在标准电阻rs两端或被测电阻rx两端的切换开关模块，控制器5与切换开关的控制端电连接。

所述切换开关模块包括第一双刀双掷继电器2，控制器5通过第一双刀双掷继电器2的线圈接地。第一双刀双掷继电器2的双闭触点分别接在被测电阻rx的两端，第一双刀双掷继电器2的双开触点分别接在标准电阻rs的两端(也可以交换连接，即，第一双刀双掷继电器2的双闭触点分别接在标准电阻rs的两端，第一双刀双掷继电器2的双开触点分别接在被测电阻rx的两端)。第一双刀双掷继电器2的双闭触点和双开触点作为第一双刀双掷继电器2的输入端，第一双刀双掷继电器2的输出端与电压采集及放大器6电连接。

电阻测量仪还包括第二双刀双掷继电器8，控制器5通过第二双刀双掷继电器8的线圈接地；所述双向恒流源1包括第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3和运算放大器a，第一电阻r1的第一端与电源4电连接，第一电阻r1的第二端与运算放大器a的反相输入端电连接，第二电阻r2与第三电阻r3串接于电源4与地之间，运算放大器a的同相输入端接入第二电阻r2与第三电阻r3之间；第二双刀双掷继电器8的双闭触点分别与第一电阻r1的第二端、运算放大器a的输出端电连接，第二双刀双掷继电器8的双开触点分别与运算放大器a的输出端、第一电阻r1的第二端电连接，第二双刀双掷继电器8的双闭触点和双开触点作为第二双刀双掷继电器8的输入端，第二双刀双掷继电器8的输出端与被测电阻rx、标准电阻rs连成回路。

第一双刀双掷继电器2可在控制器5控制下切换电压采集及放大电路采集被测电阻rx或标准电阻rs上的电压值。

第二双刀双掷继电器8可在控制器5控制下切换双向恒流源1输出正向恒定电流iz或反向恒定电流if。

ad转换器3可将测得的模拟电压信号转化为数字电压信号。

电源4用于为整个电阻测量仪提供不同的供电电压。

控制器5用于控制整个测量仪的工作，同时对ad转换得到的电压值进行处理。

本发明电阻测量方法，包括以下步骤：

a.将被测电阻rx和标准电阻rs串接在双向恒流源1两端；

b.控制双向恒流源1输出正向恒流电流iz，分别测得被测电阻rx两端的电压值u1和标准电阻rs两端的电压值u2；

c.控制双向恒流源1输出反向恒流电流if，分别测得被测电阻rx两端的电压值u3和标准电阻rs两端的电压值u4；

d.求得被测电阻rx的阻值为其中rs为标准电阻rs的阻值。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是局限性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。