数字式多用电阻测量仪设计原理 河北机电学院 沙占友 摘要：本文介绍的数字式 用电阻测量仪 具有精度高、量程宽、测量速率快、可靠性及 稳定性好，操作简单、成本低、便于携带等优 点。可以精确测定o．OlO～10000MO范围内的 电阻值、两电阻比值(0．001～1000)以及相甘 误差(±0．1 ～±lD )，可广泛j}l于生产检 测、科研和实验室测量等领域。 一、性能特点 与普通电阻测量仪相比，该仪表具有以下 特点t 1．采用单片大规模集成电路与数显技 术，测量精度高，外围电路简单，读数直观。 2．设计了低阻档，专供测量0．Ol～19．0 9．Q的低阻。可用来检查电机线圈、变压器绕组 的短路及局部短路。在一定条件下还能代替接 地电阻测量仪。 3．在中阻范围(1O～20okO)内可代替惠 斯通电桥，迅速获得满意的测量结果。 4．设计的电导档能间接测量6MO~1000 【O的超高阻，可代替直流高阻电桥，适台于 检查石英晶体压电传感器、电阻应变片、印刷 电路的漏电阻。 5．能精确测定两个电阻的比值及相对误 差，可用于电阻分选、预选和电阻比对。 6．测试电压很低(1．8V以下)，不会损 坏被测元器件。 7．采用千电池供电，便于携带． =、主要技术指标 1．测量范围 电阻量程共八档，见表l。 2．测量精度I±0．2％±l字 表1测量范扈爱分辨力 2k口l 0．001k。一1．999kQ l】0 中阻 20kD l 0．01kQ~19 99k。l 1c口 200k~l 0．1kQ~199．啦。{1。0。 高阻 2M9 l 0．001MQ~i．999M口l Ik。 20M。l 0．01MQ~】9 99M~2；j。ka 相对误差 l±0．1岩～±10岩 3．显示方式：四位LED显示器，最大显 示值1999，小数点位置受量程键控制。 4．测量速率：2．6次／秒。 5．零点校正：自动。． 6．工作条件1 0～+40℃，≤80％RH 7．电源：±4．5V两组干电池供电，功 耗0．5W。 三，设计愿理 整机框图和电路分别如图l、图2所示， 主要包括六部分：(一)单片CMOS双积分式A ／D转换器I(=)LED显示器，(三)O／v转换 器}(四)s／v转换器}(五)电阻比测量电路， (六)电源。下面介绍各部分的设计原理。 l酷位双积分式A／D转换器 采用In~／ersi／公司生产的ICL7107型单片 一3一 维普资讯 http://www.cqvip.com 

臣l数字式多用电阻洲量 仪框图 R—————————————————————-、 、 -l I L一 P。。 。。。。。。。。。ili r口 O C_ j u j j j f。 I 毕 c c《h h 。一 。J。J。J。J。 卜_ 。 ¨ C孵一 社 ^z 1 I j j j j ．j l 了} ．{ 3 ～ t-J'~ L0 V蝌。 ’ 十 I ．一 。 。 。 。s 。 I j e一 ICLTl0T ；d 6 i。 —一 j} 糊}j r 趣。 L J=I } l } 】 堡， 【 I tu- 、 @ a (DH 2 a V ( ：直中持下 6 量程畦) r - 图2数字式多用电阻测量仪总电路 CMOS双积分A／D转换器，其转换误差为± 0．O1 ±1个字，外围电路简单，抗干扰能力 强，具有自动调零等功能。时钟振荡器的阻容元 件取Rl‘=120kt2，C2=IOOpF，振荡频率，0 O．466／ 1‘ 40l~．t：Iz，测量速率约2．6次／秒。 C 是基准电容，C。是自动调零电容。 s、c5分 别是积分电阻与积分电容。 。和C。构成滤波 电路，滤除高频干扰信号。c1并在仪表输入 端，可抑制低频干扰。 2．I皿D显示器 采用~IS464A型四位组合式7段共阳极 国显示器，显示亮度高，读数直观。若千位显 示1，其余位都消隐，表明仪表超量程，应更 换合适的量程。仪表输入端开路时各电阻挡均 显示超量程符号 1”，但对于电导档则显示00 O(R￡一。。，对应于电导Gj=0)。 小数点驱动原理是，当公共阳极接 ，小 数点接aND时发光，小数点揍 时消隐 -、 、 。分别是dP 、d 、dP 的限流电阻。小 数点的亮灭受量程键控制。在电导档，小数点 不显示。测电诅比时千位小数点dP。总亮。 3．a／ }换器 采用比例法测电阻，将被测电阻Rx值转 换成仪表的输入电压 ，实现电阻一电压(D／ 维普资讯 http://www.cqvip.com 

)转换。比倒法的优点是测量精度高，成本低， 不必使用高精度恒流源及运算放大器，充分发 挥了ICL7107本身的特点． 。 比例法的测量原理见图3。被测电阻飓c 与标准电阻R ( 对应于图2中的R mR )串 联后，按测试电压输出端。R 上的压降 加 至 ，+、 ，一两端，作为A／D转换器的基 准电压。Rz上的压降就是仪表的输入电压 由7107本身特性所决定，采用比例法测电阻时 仪表的显示值 固3比例法洲量原理 Ⅳ一IO00X甏=t000~鲁㈨ 这表明显示值Ⅳ仅取决于R 与R 的比例，故称 之为比例法。 当R =l×10 (n为倍率，n=l，2，3，… …7)时，即可直读结果。此时 N=Rj (2) 式(2)中， R 的单位根据 值选定，可取0、 k口和M．Q。表2列出量程与R 值的对应关系。 利用琴键开关j；= 选择 值，可得到七个不同 量程。小数点也受墨控制。 袭2量程与R 值的对应关jii 蛆 程(0) 20f2001 2k 2 I200kI 2M]201~ 倍率 1 I 2 I 3 l s j f 7 标准电阻R，(口) 10 I 100} 10kti0C*kJ lM rlo~ IGL7107内部有高稳定度的+2．8V基准 电压源，该电源从V+与COM端之间引出，经分 压后获得所需溅试电压 对于2000以上的电 阻档以及电导档，分压器由R。和D 组成，测试 电压约0．65~。在200、2O00档，由凡 Di， D 构成分压器，测试电压为1 3V。 s阻值较 小，可提供较大的测试电流，以改善二极管稳 压特性，保证测低阻时的精度。 在设计200档时还必须消除引线电阻引起 的测量误差 因为引线电阻的存在，会使该档 测量误差增大。例如当R =0．050时，0．02口 的引线电阻可产生+40 的测量误差。 设标准电阻玛的引线电阻为，o，被测电 阻R 的引线电阻为rj(r 为两根表笔线电阻与仪 表内部输入引线电阻之和)。参见图4。其中rI 引起的系统误差可用短接襄笔的方法修正。假 定显示值为j ，而将表笔短路时显示值为 ， 则被测电阻的实际值为 囤4引线电阻对测量的影响 Rz=R~--r (2) 因此，设计低阻挡之关键是必须消除，o的影 响。现采用在标准电阻上并联电阻的方法加以 消除。其原理如下： 暂不考虑，o的存在，刚显示值(不计小数 点) Ⅳ；10oo×警 (4) 再把 考虑进去，实际显示值应为 ooo×是 (s) 相对误差为 一 =一 一 ㈩ 7 — 一 ：： 一— ■ J 负号表示r0引起的测量谋差为负，即使得测量 值低于实际值 若在心上并联合适阻值的电阻R，，使R ／／ +，o= ，由此解出 ； ：—R．—(R =一--ro) (7> 维普资讯 http://www.cqvip.com 

只要按(7)式选取 ，再与 并联，即可消除 r0 【起的误差。 4．S／V转换器 若用比例法设计20MO以上的电阻档，势 必要增大仪表的输入电阻，不可避免地会引入 外界电磁场干扰，造成低位(个位、十位、甚至 百位)跣数，无法测量。为大幅度扩展高阻测量 范围，同时又避免外界干扰，必须突破单片A ／D转换器的传统用法，使之在完成A／D,转换 的同时还自动进行倒数运算，仪表显示被测电 阻的电导值- =1／nj (8) 最后再反算成Rx值。为此需把仪表的输入电 压 与基准电压 交换位置，即将 与R 对调，如图5所示。现取R =10MQ=10 D (与20MQ档公用电阻 )。当 =10 时 闷 一 ，故显示1000，即G —l／n =10。 一1000×10 S。此时仪表分辨力为1×l0 。 8。又园最大显示值为1999， 故电导档测量范 围是l×10 。S~1999×l0Il。8，对应的电阻 值为10000M ～5M0。 西5电导法测量碌理 采用电导法测量超高阻的优点是t (1)在不改变标准电阻R 阻值、仅改变其 位置的情况下，能把原来的电阻档量程扩大500 倍 例如将20MO档的量限扩展到10000 MO。 这一优良指标是普通数字式欧姆表所无法达到 的。 (2)抗干扰能力强，显示稳定 因仪表输 入电阻即 …R又装机壳内，故不易引入外界 干扰J并且此时R 一10MQ，未超过20MO 凡 则接在 +， 一两端，即使由此处引入 一6一 外界干扰，也加不到A／I)转换器的输入端(，Ⅳ+ ，Ⅳ-)，因此测高阻对不易发生跳数 (3)测试电压仅D．6V，测量漏电阻时不 会损坏被测元器件。 5．测量两电阻比值 测电阻比时全部琴键开关弹起，仅接通 ： ／no”开关 此时R 断开，用外部参考电阻 o代替 ， 。接在 接线柱。被比较电阻 仍接。 z 接线柱。 一1将 o一端与 F 连通， 一t使小数点dPa经过 t接GND，千 位小数点总亮 根据比例法测电阻的原理，显 示值 D Ⅳ一孚×1．000 (9) 』、D 与 0的取值范围是l0．OOQ~20M 0，测量 电阻比范围是0．00l～1．999。 当如≥2只。时仪表溢出。此时可将如与Ro 位置对调，先铡出R。／如值，再反算出R ／no， 采用间接法可测出Rz／Ro~O．5~1000。 6．测量相对误差 对于标称值相同的两只电阻，其相对误差 表达式为 =—墨 ×l0。 = 一 ) ×100％ (】0) 因此，将测量电阻比时的显示值减去1，并用 百分数表示，就是 对 o的相对误差，6一般 在±0．1 ～±10％之间。 最后需说明几点： 第一：电阻 1～ B须采用RJ24型0．1级， 0．25W金属膜精密电阻，温度系数±60×10-‘ ／℃ 采用RJY一3型高阻值精密金属膜电阻， 精度也是±0．1 。c5使用CB8型聚苯乙烯电 容。 第二；本仪表的3}位A／J)转换器还可改 用ICLT106、7116、7126、7136，配LcD液晶 显示器，或ICLTII7、ⅫaI4438，配LED显示 器 其中ICL7116、7117具有读数保持功能 维普资讯 http://www.cqvip.com