比例電阻測(cè)量

    如果相同的電流通過(guò)兩個(gè)電阻，則當(dāng)電流變化時(shí)，它們的電壓比將保持不變。這可以用公式 1 進(jìn)行數(shù)學(xué)表達(dá)：

    我們可以利用這些信息開(kāi)發(fā)一個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，如圖 2 所示，該系統(tǒng)可以執(zhí)行比例電阻測(cè)量，不需要恒流源或的參考電壓。

    

    添加了細(xì)節(jié)的比例測(cè)量：參考微調(diào)調(diào)整和可選的四線電阻測(cè)量。
    圖 2.顯示使用 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行比例電阻測(cè)量的框圖。
    在哪里：
    R(set) 設(shè)置近似電流 (I)，但電流會(huì)隨著測(cè)量電阻的變化而變化
    測(cè)量電壓 V(in) 等于 I 乘以測(cè)量電阻 R(meas)
    參考電壓 V(ref) 等于 I 乘以參考電阻 R(ref)
    總體而言，無(wú)論電流的確切值如何，數(shù)字結(jié)果都將與 R(meas) / R(ref) 成正比。與標(biāo)準(zhǔn)方法相比，不需要電流源電路和精密參考電壓。只有一個(gè)分量 R(ref) 需要穩(wěn)定且。
    值得注意的是，只有當(dāng) A/D 轉(zhuǎn)換器具有差分輸入時(shí)，這才起作用，這應(yīng)該不是問(wèn)題，就像大多數(shù)情況一樣。大多數(shù)轉(zhuǎn)換器沒(méi)有差分參考輸入，因此 R(ref) 必須連接到電路公共端。兩個(gè)電阻必須具有相同的電流，因此，R(meas)與 R(ref)串聯(lián)。圖2的配置對(duì)于簡(jiǎn)單的儀表來(lái)說(shuō)是可以的；然而，它可能不適合輸出連接到公共端的傳感器測(cè)量系統(tǒng)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，您需要一個(gè)具有差分參考輸入的 A/D 轉(zhuǎn)換器。我們將在下面的微處理器部分介紹這一點(diǎn)。
    考慮到這一點(diǎn)，讓我們看一下圖 3 中的框圖，其中添加了兩個(gè)新的細(xì)節(jié)。

    顯示使用 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行比例電阻測(cè)量的框圖。

    圖 3.添加了詳細(xì)信息的比率測(cè)量：參考微調(diào)調(diào)整和可選的四線電阻測(cè)量。
    個(gè)添加是參考修剪調(diào)整。如果沒(méi)有它，轉(zhuǎn)換將只能與參考電阻一樣準(zhǔn)確。例如，0.05% 的精度需要 0.05% 或更好的電阻。通過(guò)微調(diào)，可以通過(guò)測(cè)量高精度 R(meas) 并調(diào)整微調(diào)器以獲得正確的數(shù)字輸出或讀數(shù)來(lái)校準(zhǔn)精度。固定參考微調(diào)電阻應(yīng)高于 R(ref)。微調(diào)器應(yīng)該只是固定電阻的一小部分。
    第二個(gè)細(xì)節(jié)增加了可選的四線（開(kāi)爾文）輸入測(cè)量，有時(shí)需要的低電阻測(cè)量。如果沒(méi)有它，引線連接電阻會(huì)增加到 R(meas)，增加一小部分歐姆。要看到這一點(diǎn)，只需使用標(biāo)準(zhǔn)萬(wàn)用表，將測(cè)試引線的末端夾在一起，然后測(cè)量電阻。它將讀取歐姆的一小部分，而不是零。
    此外，四線連接通過(guò)一組引線提供電流，并使用第二對(duì)引線測(cè)量輸入。沒(méi)有電流流過(guò)測(cè)量引線，因此它們不會(huì)降低電壓。測(cè)量的電壓實(shí)際上是 I x R(meas)，不存在因引線電阻而產(chǎn)生的誤差。高精度儀表通常具有四線電阻測(cè)量功能。
    使用低成本數(shù)字萬(wàn)用表進(jìn)行電阻測(cè)量示例
    掌握所有這些信息后，讓我們深入研究使用低成本數(shù)字萬(wàn)用表的示例。假設(shè)我在五金店花幾美元買了一個(gè)低成本的 3-1/2 數(shù)字萬(wàn)用表。由于IC芯片埋在環(huán)氧樹(shù)脂下，我無(wú)法完全探索其電路；但是，我進(jìn)行了測(cè)試，似乎使用非恒流源以這種方式運(yùn)行。下面的表 1 列出了測(cè)量電阻具有 +1% 容差的結(jié)果：
  
   

   

   結(jié)果？即使電流發(fā)生變化，讀數(shù)也都在百分之一的公差范圍內(nèi)。

    請(qǐng)注意，我的高精度實(shí)驗(yàn)室歐姆表不是這樣工作的。無(wú)論測(cè)量的電阻如何，其電流都保持恒定。
    使用微處理器進(jìn)行比例測(cè)量
    許多微處理器和微控制器都包含 A/D 轉(zhuǎn)換器。與圖 3 類似，圖 4 顯示了如何連接示例微處理器的示例框圖。
    使用具有差分參考輸入的 A/D 轉(zhuǎn)換器，您可以將測(cè)量的電阻連接到電路公共端。
    圖 4.使用具有差分參考輸入的 A/D 轉(zhuǎn)換器，您可以將測(cè)量的電阻連接到電路公共端。
    使用具有差分參考輸入的 A/D 轉(zhuǎn)換器，您可以將測(cè)量的電阻連接到電路公共端。 然而，微處理器的 A/D 可能包括差分參考輸入。如果是這樣，您可以利用它將被測(cè)電阻連接到電路公共端。如圖 4 所示，測(cè)量電阻器和參考電阻器互換。
    大多數(shù)微處理器允許使用代碼切換 A/D 輸入。正參考可以切換為內(nèi)部參考或外部參考，負(fù)參考可以切換為外部參考或公共參考。如果兩者都切換到外部，則參考輸入變?yōu)椴罘植⑶也恍枰B接到公共端。
    此外，圖 4 顯示 R(meas) 現(xiàn)在可以連接到公共端，并且參考電阻器“浮動(dòng)”。系統(tǒng)現(xiàn)在可以將輸入和輸出連接到公共端。雖然圖中顯示的是四線輸入，但對(duì)于兩線輸入，只需將 +IN 連接到電流源，將 -IN 連接到公共端。