一种提高交流微小电阻测量回路线性度的驱动系统的制作方法

1.本发明属于精密测试领域，尤其涉及一种提高交流微小电阻测量回路线性度的驱动系统。


背景技术：

2.电阻作为电学计量的一个基本物理量，涉及国民经济、科学研究、国防建设以及工业生产的各个方面，在科研生产和日常生活中具有非常重要的作用，快速准确地获得电阻阻值具有重要的意义。随着科学技术的进步，许多新学科技术的应用也都离不开电阻的精密测量，例如在材料学方面，许多金属的电学特性会随着温度的变化而随之变化，而其中多数电学特性的变化往往和电阻值的变化有着密切的关系，所以对微小电阻的精密测量能够为该类材料特性的研究提供强大的理论支持；在温度测量领域，目前用于精密测温的传感器普遍采用标准铂电阻等温度计，其往往是通过对铂电阻等传感器阻值的精密测量进行温度采集，例如美国fluke15xx系列、加拿大高联6622系列、加拿大mi6010系列以及英国aslf500等市场中使用的高端精密测温仪都是采用电阻的高精度测量原理实现的；在航空航天国防军工领域，导弹飞行器在日常检修过程中，需要对设备电路中的火工品、继电器、开关等器件的电阻进行测量，以便掌握设备的量变情况，例如火工品的性能和可靠性对飞行器能否正常工作起到至关重要的作用，火工品测试是飞行器自检和例行试验中的一项重要环节，需要在其不加电的情况下，定期精确测量火工品阻值的变化曲线,以此判断火工品性能是否完好。
3.近年来，随着我国综合国力的增强，基础科学、工业生产、国防军工等领域使用的精密仪器数量也随之增多，在高精密的电阻测量领域也取得了丰硕的成果，但面对新的科学研究的要求，电阻测量依然是一个特别具有挑战的课题。尤其是当被测电阻阻值较小时，测量回路中的接触电阻和导线电阻会对测量回路引入较大干扰误差，对微小电阻的精确测量造成严重的影响；同时，当被测电阻的阻值过于微小时，回路中检测到的信号将十分微弱，容易淹没在电路噪声中，对测量精度也会造成极大的影响；此外，如果在测试回路中使用大电流驱动微小电阻，容易造成电阻的损伤，而且随着测量时间的增大，由于回路电流过大，被测电阻会出现一定的温度变化，在一定的程度上会造成测量精度的损失。因此，研制一种小电流驱动条件下的高精度微小电阻测量电路已势在必行，有必要提出研制高精度微小电阻测试仪的设想，通过该标准设备的研制，实现产品化，以满足我国各个科研生产领域项目建设及研保条件的关键计量需求。
4.为了降低温度对交流微小电阻测量回路测量精度的影响，测量回路的驱动电流通常不大于1ma，同时，由于被测电阻的阻值较小，测试回路在0～120ω量程中，其测量精度要求为
±
0.0002ω，通用的电阻测量方法无法满足技术指标要求。亟需研究一种提高交流微小电阻测量回路线性度的驱动电路以满足高精密微小电阻的测量需求。


技术实现要素：

5.为解决上述问题，本发明提供一种提高交流微小电阻测量回路线性度的驱动系统，根据adc模块的采样数据，调节待测电阻rx、标准电阻rs对应磁感应线圈的放大比例系数，提高微小交流信号在全量程范围内放大系数的线性度。
6.一种提高交流微小电阻测量回路线性度的驱动系统，包括正弦波交流恒流源、第一线圈x、第二线圈s、第三线圈、开关阵列ⅰ、开关阵列ⅱ、运算放大器、adc模块以及标准电阻rs；其中，正弦波交流恒流源串联待测电阻rx和标准电阻rs后接地，同时，标准电阻rs通过开关阵列ⅱ连接于第二线圈s的原边线圈，待测电阻rx通过开关阵列ⅰ连接于第一线圈x的原边线圈；
7.第三线圈的原边线圈一端接入第一线圈x的副边线圈输出的待测电阻rx的第一放大电压，另一端接入第二线圈s的副边线圈输出的标准电阻rs的第二放大电压，再由第三线圈的副边线圈输出第一放大电压与第二放大电压之间的差值放大信号；将差值放大信号接入运算放大器的同相输入端，使得运算放大器对差值放大信号进行隔离跟随；adc模块对运算放大器输出的隔离跟随电压信号进行采样；根据采样电压值分别从开关阵列ⅰ和开关阵列ⅱ中选择一个开关进行导通，使得第一放大电压和第二放大电压之间的差值小于设定阈值。
8.进一步地，一种提高交流微小电阻测量回路线性度的驱动系统，还包括处理模块；
9.所述处理模块用于接收adc模块输出的采样电压值，并根据采样电压值分别导通开关阵列ⅰ和开关阵列ⅱ中的一个开关，以此调节第一线圈x与第二线圈s的放大比例系数，使得第一放大电压和第二放大电压之间的差值小于设定阈值。
10.进一步地，试验人员根据采样电压值分别从开关阵列ⅰ和开关阵列ⅱ中选择一个开关进行手动导通，以此调节第一线圈x与第二线圈s的放大比例系数，使得第一放大电压和第二放大电压之间的差值小于设定阈值。
11.进一步地，采用紫铜材质的接线端子与连接导线将待测电阻rx、标准电阻rs接入驱动系统中。
12.进一步地，所述运算放大器为高输入阻抗运算放大器。
13.进一步地，所述正弦波交流恒流源的有效值为1ma。
14.有益效果：
15.1、本发明提供一种提高交流微小电阻测量回路线性度的驱动系统，根据adc模块采样的电压值反馈调节待测电阻rx、标准电阻rs对应磁感应线圈的放大比例系数，将线圈调节至最佳放大比例区间，使得第一放大电压和第二放大电压之间的差值小于设定阈值，能够提高微小交流信号在全量程范围内的测量线性度，极大提高设备的测量精度；同时，本发明还根据正弦波交流恒流源特性，设计2级比例可调磁感应线圈，并将待测电阻rx以及标准电阻rs的放大电压差值通过第2级线圈，也即第三线圈进行差值放大，能够提高微小交流信号在全量程范围内放大系数的稳定性，尤其适用于电阻的高精密测量以及阻值型仪表检测校准，提高标准铂电阻测量精度，满足交流微小电阻测量仪器的测量需求。
16.2、本发明提供一种提高交流微小电阻测量回路线性度的驱动系统，使用紫铜等低热电势材料的接线端子以及紫铜材质的连接导线将待测电阻rx、标准参考电阻rs接入驱动系统中，能够降低热电势对待测电阻测温仪测量线性度的影响。
17.3、本发明提供一种提高交流微小电阻测量回路线性度的驱动系统，使用高输入阻抗运算放大器对线圈x-s的输出电压进行隔离跟随，能够提高电路驱动能力，降低电路负载对磁感应线圈放大比例系数的影响。
18.4、本发明提供一种提高交流微小电阻测量回路线性度的驱动系统，交流恒流源有效值控制在1ma左右，能够降低热噪对待测电阻测温仪测量线性度的影响，进而能够精确测量0～120ω量程范围内的小电阻值，从而能够广泛应用到交流铂电阻测温仪等精密测温仪器中。
附图说明
19.图1为本发明提供的一种提高交流微小电阻测量回路线性度的驱动系统的原理框图。
具体实施方式
20.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
21.交流微小电阻测量回路的工作原理主要是通过交流恒流源作为驱动电路，完成微小电阻阻值的采集，并与标准电阻进行比对计算出被测电阻阻值，具体的，通过标准电阻的阻值以及两个线圈的放大比例系数即可计算出待测电阻。
22.针对交流微小电阻测量回路的测量需求，以抑制热电动势误差以及系统噪声干扰提高回路测量线性度为目的，如图1所示，本发明提供一种提高交流微小电阻测量回路线性度的驱动系统，包括有效值为1ma的正弦波交流恒流源、第一线圈x、第二线圈s、第三线圈、开关阵列ⅰ、开关阵列ⅱ、运算放大器、adc模块以及标准电阻rs；其中，正弦波交流恒流源串联待测电阻rx和标准电阻rs后接地，同时，标准电阻rs通过开关阵列ⅱ连接于第二线圈s的原边线圈，待测电阻rx通过开关阵列ⅰ连接于第一线圈x的原边线圈；
23.第三线圈的原边线圈一端接入第一线圈x的副边线圈输出的待测电阻rx的第一放大电压，另一端接入第二线圈s的副边线圈输出的标准电阻rs的第二放大电压，再由第三线圈的副边线圈输出第一放大电压与第二放大电压之间的差值放大信号；将差值放大信号接入运算放大器的同相输入端，使得运算放大器对差值放大信号进行隔离跟随；adc模块对运算放大器输出的隔离跟随电压信号进行采样；根据采样电压值分别从开关阵列ⅰ和开关阵列ⅱ中选择一个开关进行导通，使得第一放大电压和第二放大电压之间的差值小于设定阈值，也即使得差值趋近于0，同时，第一放大电压和第二放大电压之间的差值为0属于理想情况。
24.需要说明的是，在根据采样电压值导通开关阵列ⅰ和开关阵列ⅱ中的开关时，可以设置一个处理模块，由处理模块接收adc模块输出的采样电压值，然后根据采样电压值分别导通开关阵列ⅰ和开关阵列ⅱ中的一个开关，以此调节第一线圈x与第二线圈s的放大比例系数，使得第一放大电压和第二放大电压之间的差值小于设定阈值。此外，还可以由试验人员对采样电压值进行人工判读，再根据采样电压值分别从开关阵列ⅰ和开关阵列ⅱ中选择一个开关进行手动导通，以此调节第一线圈x与第二线圈s的放大比例系数，使得第一放大电压和第二放大电压之间的差值小于设定阈值。
25.需要说明的是，有效值为1ma的正弦波交流恒流源，其相位及幅度具有高稳定性特点，能够降低热噪对铂电阻测温仪测量测量线性度的影响；标准电阻rs选用高精密交流标准电阻，能够降低标准电阻引入的电感分布参数；第一线圈x和第二线圈s为比例可调的磁感应线圈，通过选取开关阵列上不同开关进行导通，来调整待测电阻rx、标准电阻rs对应磁感应线圈的放大比例系数，使得第一放大电压和第二放大电压之间的差值小于设定阈值，提高微小交流信号在全量程范围内放大系数的线性度；按照图1的连接关系，使用紫铜等低热电势材料的接线端子以及紫铜材质的连接导线将待测电阻rx、标准电阻rs接入驱动电路中，以降低热电势对铂电阻测温仪测量测量线性度的影响，其中，待测电阻rx可以为铂电阻，则可以依据待测电阻rx以及标准电阻rs的采样电压初始化相应的开关阵列，以控制磁感应线圈的放大比例系数。
26.综上，在分析微小电阻阻值测量指标需求的基础上，本发明采用正弦波交流恒流源驱动技术，能够有效抑制交流微小电阻测量回路中的热电动势，在1ma驱动电流的条件下，通过调节磁感应线圈的比例系数，能够实现在全量程范围内提高驱动电路放大系数的线性度，有效提高交流微小电阻测量回路的测量精度；同时，正弦波交流恒流源驱动电路还能够有效抑制热电动势误差以及系统噪声干扰；此外，基于正弦波交流恒流源驱动的微小电阻测量电路在抗干扰、长期稳定性方面也具有一定的优势，可在基于1ma交流恒流源驱动电路的条件下，精确测量0～120ω量程范围内的小电阻值，能够广泛应用到交流铂电阻测温仪等精密测温仪器中，并能够有效抑制设备中的热电动势误差以及系统噪声干扰，极大提高设备的测量精度。
27.当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当然可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。