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专利号: 2019106474875
申请人: 湖北工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种利用计算机在惠斯通电桥中精准测量电阻的电路,其特征在于:所述电路包括PC机(1)、嵌入式处理器(2)、惠斯通电桥、电桥交换电路(6)和电压比较电路(7);

所述PC机(1)用于发出控制指令,调节桥臂电阻,判断电桥平衡,采集测量数据,计算数据;

所述嵌入式处理器(2)用于将PC机(1)发出的指令转换为高低电平逻辑传输至惠斯通电桥、电桥交换电路(6)和电压比较电路(7),并接收电压比较电路(7)的采集数据;

所述惠斯通电桥,由第一比较电阻(4)、第二比较电阻(8)、待测电阻(3)和电阻源(5)组成,第一比较电阻(4)和第二比较电阻(8)位于电桥上端,待测电阻(3)和电阻源(5)位于电桥下端,所述第一比较电阻(4)、第二比较电阻(8)和电阻源(5)的控制端与嵌入式处理器(2)连接,根据PC机(1)发送的指令调节阻值大小;

所述电桥交换电路(6)用于提供电路支路,使第一比较电阻(4)、第二比较电阻(8)在惠斯通电桥中的位置交换;

所述电压比较电路(7)用于采集电桥上端与下端之间的压差并输出至嵌入式处理器(2)。

2.根据权利要求1所述的利用计算机在惠斯通电桥中精准测量电阻的电路,其特征在于:所述电阻源(5)包括数模转换器DAC,所述数模转换器DAC均与第一运算放大器U1连接,构成分压电路,所述电阻源(5)的输入端设置有参考电阻Rref,输出端设置有拉高电阻Rpull-up,所述参考电阻Rref分别与第三运算放大器U3的正向输入端、第二运算放大器U2的反向输入端连接,第三运算放大器U3、第二运算放大器U2构成电压跟随器,所述参考电阻Rref与第二运算放大器U2构成电压电流转换电路,跟随分压电路的电压加载到参考电阻Rref,第二运算放大器U2的输出端接功放电路。

3.根据权利要求2所述的利用计算机在惠斯通电桥中精准测量电阻的电路,其特征在于:所述数模转换器DAC为两个低分辨率的DAC合成的一个高位分辨率的DAC。

4.根据权利要求2所述的利用计算机在惠斯通电桥中精准测量电阻的电路,其特征在于:所述第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、第三运算放大器U3为低温漂、低失调电压、高增益、高输入阻抗、低输出阻抗类型的运算放大器。

5.根据权利要求3所述的利用计算机在惠斯通电桥中精准测量电阻的电路,其特征在于:所述数模转换器DAC为一个14位DAC和一个10位DAC合成。

6.一种根据权利要求1所述的利用计算机在惠斯通电桥中精准测量电阻的电路的测量方法,其特征在于:所述方法包括如下步骤:

1)PC机(1)通过嵌入式处理器(2)向第一比较电阻(4)、第二比较电阻(8)输出调节指令;

2)电压比较电路(7)采集惠斯通电桥的压差值传输至嵌入式处理器(2);

3)PC机(1)记录压差值并通过嵌入式处理器(2)向电阻源(5)输出调节指令;

4)电压比较电路(7)采集惠斯通电桥的压差值传输至嵌入式处理器(2)传输至PC机(1);

5)PC机(1)记录压差值继续调节电阻源(5)直至电桥平衡,记录电桥平衡时的电阻源(5)阻值Re;

6)电桥交换电路(6)交换第一比较电阻(4)和第二比较电阻(8)在电桥中的位置;

7)重复步骤2)~5),记录电桥再次平衡时的电阻源(5)阻值Re’;

8)计算待测电阻(3)的阻值Rx, 并记录。

7.根据权利要求6所述的利用计算机在惠斯通电桥中精准测量电阻的电路的测量方法,其特征在于:所述步骤5)中PC机(1)通过输出的分压系数K计算电桥平衡时的电阻源(5)的阻值Re,其中,Rref为电阻源(5)中的参考电阻,U为电压,I为电流。

8.根据权利要求6所述的利用计算机在惠斯通电桥中精准测量电阻的电路的测量方法,其特征在于:所述PC机(1)反复重复步骤1)~10),记录所有计算得到的待测电阻(3)的阻值Rx,分析阻值分布概率,利用回归分析曲线去除误差值,运用最小二乘法、平均值、均值、方差计算测量结果的方差,得到精准测量待测电阻阻值。