专利名称：网络电阻虚拟分断测试技术及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及电阻测试技术，具体地说是网络电阻虚所分断测试技术及其应用。
在电气测量技术中，用于测量电阻的技术和仪器仪表已有多种。从技术上来说，有电桥法，电流电压法和基于电流电压法的数字测量技术等；从仪器来说，有早期的凯尔文电桥、惠斯登电桥和新近发展的快速电阻测量仪和回路电阻测量仪以及通常使用的万用表等。它们可以测量各种阻值的电阻，测量精度有高有低。但是，用这些测量技术和仪器仪表测量电阻时，无一例外地要求被测电阻的至少一端从其所在电气网络(回路)中断开，即至少有一端悬空，才能准确测得出其电阻值。否则，因为其它并联支路的影响，测得的电阻值就不是其真实值，而是与其它电阻并联后的值。
在电气测量的实践中，在许多情况下，被测电阻很难从其所在网络中断开，或者根本不可能断开。这时用现有测量技术和测量仪器就不能测量其电阻值了。
本发明的目的在于提供一种能解决上述问题，被测电阻无需从电气网络中断开，测量结果不受并联在其两端的其它支路中电阻元件的影响的网络电阻虚拟分断测试技术及其应用。
本发明是这样实现的虚拟分断的概念是，被测电阻在物理上和实质上没有从网络中断开，但从电气上和测量结果上相当于从网络中断开了一样。网络电阻虚拟分断测试技术是当用一个电源测量一个处于复杂电阻网络(如最简单的三角形结线网络)中的电阻时，再用另一个电源在被测电阻的一端(基点)和网络中某参考点之间加电压，调节这个电压，使参考点与被测电阻的平衡点端之可没有电流流过而实现被测电阻与其并联支路的虚拟分断，于是，无需将被测电阻从其所在网络中断开即能准确测得其阻值，而不受其并联支路中其它电阻的影响。如
图1所示，当用一个电源E1测量Rx的电阻时，由于R1和R2支路对测量电流的分流，使测得的电阻数值比Rx的实际值小(实测值为Rx与R1和R2串联后之并联值)。以被测电阻之低电位端B为基点，用另外一个电源E2通过一个可变电阻R3给并联支路中的某参考点C加电压，参考点C的选取要求在它与被测电阻两端A、B之间各有一个电阻(这里为R1和R2)。调节R3以改变C点的电压使之与被测电阻的高电位端A点(称为平衡点)等位，就可使R1上的电压等于零，于是流过电阻R1的电流等于零，测量电流就不再被分流，得以准确测量Rx的阻值。
从电工学原理来说，如果某一个支路里的电流为零时，那就可以将这个支路断开，而不会影响整个电路里各部分的电流和电压值。从测量电阻的实际效果来说，这就相当于把被测电阻与并联支路断开，而在物理上和实际上，被测电阻并没有从其所在网络中断开。这样就实现了被测电阻与其所在网络的虚拟分断。
虚拟分断是由仪器在测量时自动完成而不需人为操作。其关键在于仪器能自动调节输出电压以使旁路支路中某参考点的电位与被测电阻一端的平衡点的电位相等或平衡。实现这一目的的线路和方法可能有多种。
如用该网络电阻虚拟分断测试技术制成的普通型网络电阻虚拟分断器，采用运算放大器的电压跟随器，它输入平衡点的电压，输出电压到参考点，使参考点的电压自动跟随或等于平衡点的电压，而实现参考点与平衡点之间无电流流过，即实现两点之间的虚拟分断，如图2所示。
用一支普通万用电表与该电阻虚拟分断器组合，使普通万用电表具有测量网络电阻的虚拟分断功能。
又如用网络电阻虚拟分断测试技术制成的精密型网络电阻测试仪，其主要由电阻的常规测试电路及虚拟分断测试电路组成。其主要由采样A/D变换、平衡检测、逻辑控制、阻抗识别、D/A变换、大功率运放和输出回路组成，从被测电阻采得的电压信号经A/D变换成数字信号后送入逻辑控制器中，从参考电阻上采得的电压送入平衡检测器，放大后又送入逻辑控制器，经处理合又送入阻抗识别器，然后又分两路，一路接控制大功率运放的Ⅰ通道，输出电流到被测电阻，另一路送入D/A转换器，与从逻辑控制来的数字信号一起，经比较放大后送至控制大功率运放的Ⅱ通道，输出电流到网络中的平衡电阻，以实现虚拟分断。
应用本发明的网络电阻虚拟分断测试技术还可根据实际需要设计不同型号、测量范围、测量误差、灵敏度以及显示位数等技术指标的仪器。
本发明与现有技术比较的积极效果1、采用本发明的测试技术进行网络电阻测量，不仅方法简单而且快捷、轻便，大大减轻了劳动强度，提高了工作效率。
如现有技术对三角形结线的电力变压器绕组线圈电阻的测量有两种方法一是拆开结线进行测量，测完再恢复接线。一般拆线、恢复接线等辅助工作量比测量工作量大几倍，工作强度大，费时费力。二是采用计算法，测量时不拆开结线，测量每个电阻与其它两电阻串联后之并联值，三次测完后再通过公式计算求出每相绕组的电阻。但在现场条件下，进行比较复杂的数字计算也有所不便，且所得结果不直观，也难免出错。如果被测电阻所在网络不是三角形接线，而是更复杂的网络，那就不能采用计算法了。而采用本发明的测量技术不需拆线，也不计算，直接测得电阻值，简单、快捷。
2、采用本发明可以解决那些根本不可能从其所在电气网络中拆开或断开的电阻的测量。
如直流电机电枢绕组电阻的测量。电枢共有n个绕组，其相邻绕组的两端首尾相连再分别焊接到整流子片上(整流子片子也有n片)，成为首尾相连的闭合回路，如图5所示。直流电机在制造时、检修时，或在运行中需要分别测量每个电枢绕组的电阻，通过它们的相对比较来判断绕组是否有焊接，接线上的缺陷或其它质量问题。但不可能为了测量而将某个绕组从整流片子处断开或拆开。现有技术对电枢绕组的测量实际上是从未得到过单个绕组的电阻，而是得到一个绕组与其它(n-1)个绕组串联后的并联电阻值。这样的测量方法以及结果的比较是不灵敏的，许多缺陷被隐蔽或覆没了。采用本发明的测量技术(网络电阻测试仪)进行测量时，不需拆开整流子片下的焊接线，仍能测得单个绕组的电阻，测量方法简单，结果准确，对绕组缺陷的判断和发现自然就更灵敏和可靠。
3、采用本发明还能测量金属闭合园环焊接头的过渡电阻，如图6所示。在电气设备的制造中，有许许多多导线的焊接头，其焊接质量的好坏直接关系到整台设备质量的好坏。现有技术对那些位于环路中的焊接头，是无法用测量其直流电阻的方法来检验的。采用本发明的测试技术，却可非常简单的予以解决。异步电动机转子鼠笼条断裂的故障也可用本项技术和仪器测量寻找解决。
4、在电子仪器仪表、无线电设备以及家用电器的检修中使用本发明的如图2所示的电阻虚拟分断器加普通万用表测量其中的某个电阻而不需将其从回路中断开，实属非常方便快捷。
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但不限于附图和实施例所示。
图1为本发明的网络电阻虚拟分断技术的电路原理图。
图2为本发明的网络电阻虚拟分断器的电路原理图。
图3为本发明的网络电阻测试仪的原理框图。
图4为本发明的网络电阻测试仪的电路原理图。
图5为用本发明对直流电机电绕组电阻的测量示意图。
图6为用本发明对金属闭合环接头电阻的测量示意图。
图4中，①1-检测平衡，②-逻辑控制，③-显示，④-电源，⑤-阻抗识别，⑥-大功率运放，⑦-被测电阻及其网络；图5、图6中，⑧-金属环，⑨-网络电阻测试仪，⑩-直流电机电枢绕组。
实施例1，如图2所示为网络电阻虚拟分断器，采用一个运算放大器的电压跟随器，它输入来自需要平衡的点的电位(被测电阻之高电位端点A)而输出到参考点C，由于它的输出可自动跟随输入，因此可得Uc=UA，从而实现虚拟分断。
电压跟随器的运算放大器如选用CF3130B，(或其它型号的运算放大器也可)，被测电阻之高电位端A经电阻R1(10kΩ)接至运算放大器的输入端第3脚，运算放大器的输出端第6脚接到电阻网络中的某参考点C(参考点的选取要求与被测电阻的任何一端之间都有至少一个电阻)，同时再经过一个反馈电阻R2(1～2kΩ)回接至运算放大器的另一输入端2。被测电阻之低电位端B与运算放大器的第4脚一起接地。运算放大器的第7脚接一个+6～9V的直流电源。运算放大器的第1和第5脚之间接入一个可变电位器R3(10kΩ)，此电位器的可动接头接第4脚(即地)。在制造时调节这个电位器，使运算放大器的输入失调电压为零。可使虚拟分断测试得到最佳的精度。
此外配合一个一般的万用表或电阻测量仪器使用，万用表或电阻测量仪器完成电阻的测量功能，电阻虚拟分断器实现被测电阻与其所在网络的虚拟分断功能。该电阻虚拟分断器的性能取决于所选的运算放大器，一般它只能提供出30-40mA的平衡电流，其精度也不算高，只可用于一般的电子仪器和家电设备的检修工作中。
实施例2，用一只普通万用表与图2所示的电阻虚拟分断器组合后，具有该万用表的全部功能，测量范围和测量精度，它是在普通万用表的基础上的改进，这种改进赋予了普通万用表所没有的测量电阻的虚拟分断功能。
实施例3，如图3、图4所示为精密网络电阻测试仪，是一台具有被测电阻虚拟分断功能的数字式精密电阻测试仪。其电路结构由采样A/D变换、平衡检测、逻辑控制、阻抗识别、D/A变换、大功率运放和输出回路等组成。从被测电阻采得的电压信号经A/D变换成数字信号后送入逻辑控制器中，从参考电阻上采得的电压送入平衡检测器，放大后又送入逻辑控制器，经处理合又送入阻抗识别器，然后又分两路，一路接控制大功率运放的Ⅰ通道，输出电流到被测电阻，另一路送入D/A转换器，与从逻辑控制来的数字信号一起，经比较放大后送至控制大功率运放的Ⅱ通道，输出电流到网络中的平衡电阻，以实现虚拟分断。
对被测电阻的测量采用精密的四端法，即电流电压法。对被测电阻Rx所加的测量电流和给平衡电阻R2所加的平衡电流就是由虚拟分断部份的两路大功率运放Ⅰ和Ⅱ分别输出的电流。从被测电阻Rx两端采样得到的电压输入仪器的A/D转换器。转换成数字电压信号后在逻辑控制器中与从两个标准电阻R1和R10来的参考电压进行比较，以计算得到被测电阻的阻值，此电阻值再由显示器显示出来。电阻的平衡端A的电压和参考点C的电压即平电压输入平衡检测器进行检测与放大，并将其结果输入逻辑控制器。经过逻辑控制器的比较和判断，如果此平衡电压小于预定的指标并趋稳定，不再变化，则表示虚拟分断已实现，于是输出一个信号，指示灯亮，表明测试已完成。如果平衡电压还比较大，就表明虚拟分断还未达到，这时逻辑控制器将此电压输出到阻抗识别器，以识别此电压的大小与正、负。阻抗识别器有两路输出，输出1到大功率运放Ⅰ，用以控制大功率运放Ⅰ通道的电流，该电流又经标准电阻R1输出到被测电阻Rx，供测量其阻值用。阻抗识别器的第2路输出到D/A转换器，同时从逻辑控制器(逻辑控制器可根据需要选取或设计)又送来被测电阻的数字电压信号，它在此又转换成模拟信号。此信号与来自阻抗识别器的信号在经过各自的放大后又一同进入后级运算放大器进行放大，并将结果输入到大功率运放的Ⅱ通道。此信号放大后，经标准电阻R10送入被测网络的平衡电阻R2，用以平衡被测电阻上的测量电压，实现虚拟分断。从平衡电压输入平衡检测器到两路大功率电流输出到被测网络，形成一个控制和反馈的收敛的闭合环。
本网络电阻测试仪的设计中将电阻测量与自动电压跟随和平衡融合为一体。它可以实现对更低阻值电阻的测量，更精密准确的电压平衡，以达到较高的测量精度。用它可以测量1mΩ～199.9Ω范围的电阻，测量电流300mA，测量精度1％，感应量0.1mΩ，测量结果数显4位。
应用本发明的测量技术还可根据实际的需要设计不同测量范围、测量误差，灵敏度以及显示位数等技术指标的仪器。
权利要求
1.一种网络电阻虚拟分断测试技术，其特征在于当用一个电源测量一个处于复杂电阻网络中的电阻时，再用另一个电源在被测电阻的一端(基点)和网络中某参考点之间加电压，调节这个电压，使参考点与被测电阻的平衡点端之间没有电流流过而实现被测电阻与其并联支路的虚拟分断，无需将被测电阻从其所在网络中断开即能准确测得其阻值，而不受其并联支路中其它电阻的影响。
2.用权利要求1所述的网络电阻虚拟分断测试技术制成的普通型网络电阻虚拟分断器，其特征在于采用运算放大器的电压跟随器，它输入平衡点的电压，输出电压到参考点，使参考点的电压自动跟随或等于平衡点的电压，而实现参考点与平衡点之间无电流流过，即实现两点之间的虚拟分断。
3.按权利要求2所述的电阻虚拟分断器，其特征在于用一支普通万用电表与该电阻虚拟分断器组合，使普通万用电表具有测量网络电阻的虚拟分断功能。
4.用权利要求1所述的网络电阻虚拟分断测试技术制成的精密型网络电阻测试仪，其特征在于主要由采样A/D变换、平衡检测、逻辑控制、阻抗识别、D/A变换、大功率运放和输出回路组成，从被测电阻采得的电压信号经A/D变换成数字信号后送入逻辑控制器中，从参考电阻上采得的电压送入平衡检测器，放大后又送入逻辑控制器，经处理合又送入阻抗识别器，然后又分两路，一路接控制大功率运放的Ⅰ通道，输出电流到被测电阻，另一路送入D/A转换器，与从逻辑控制来的数字信号一起，经比较放大后送至控制大功率运放的Ⅱ通道，输出电流到网络中的平衡电阻，以实现虚拟分断。
全文摘要
本发明是一种网络电阻虚拟分断测试技术及其应用。其特征在于当用一个电源测量一个处于复杂电阻网络中的电阻时,再用另一个电源在被测电阻的一端(基点)和网络中某参考点之间加电压,调节这个电压,使参考点与被测电阻的平衡点端之间没有电流流过而实现被测电阻与其并联支路的虚拟分断,无需将被测电阻从其所在网络中断开即能准确测得其阻值,而不受其并联支路中其它电阻的影响。采用本发明的测试技术进行网络电阻测量,不仅方法简单而且快捷、轻便,大大减轻了劳动强度,提高了工作效率。
文档编号G01R27/02GK1310342SQ0011271
公开日2001年8月29日 申请日期2000年2月22日 优先权日2000年2月22日
发明者梅忠恕 申请人:梅忠恕