一种微电阻测量仪和电子产品生产装置制造方法
【专利摘要】一种微电阻测量仪和电子产品生产装置，包括恒流源模块、电压放大模块、A/D转换模块、微处理器MCU模块以及输出模块，先由恒流源模块输出已知的恒定电流流经被测电阻，然后将被测电阻两端的电压经电压放大模块进行相应倍数的放大后接至A/D转换器模块进行模数转化，输出的BCD码送至MCU进行处理后在液晶显示器上直接显示测量结果，从而实现2MΩ内电阻值的自动测量。该测试仪所采用的四线测量法将电流输入端与电压提取端隔开，避免了引线电阻和接触电阻的影响，且测试仪具有电阻分选功能，适用于实验室和工厂现场等情况下的电阻测量。
【专利说明】—种微电阻测量仪和电子产品生产装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于自动化仪表领域，具体涉及一种基于四线测量法的高精度微电阻测量仪以及用该微电阻测量仪实现的电子产品生产装置。
【背景技术】
[0002]在电力系统和电器制造业中，常常需要对微电阻进行测试，这些电阻的阻值大多是πιΩ级甚至是μ Ω级，比如导体材料电阻率测量、导体直流电阻测量等。普通的数字万用表对于该等级的电阻通常无法测量。而一些传统的微电阻测量法，比如电桥测量法，由于桥臂标准电阻精度、测量导线电阻等影响，会使微小电阻的测量结果产生很大偏差。
[0003]目前，市场上所提供的微电阻测量仪器一般为直流双臂电桥和数字微欧计。直流双臂电桥需要平衡调节，测量自动化程度低且容易受可调元件变化及人为因素影响；数字微欧计一般采用恒流源与高精度数字电压测量技术，测量自动化程度、测量速度及测量准确度高，有逐步替代直流双臂电桥的趋势。
[0004]在现有的微电阻测量仪器的研制过程中，主要难点在于高精度恒流源的制作和高精度微电压信号的数据采集。其中高精度微电压数据采集可以利用市场上提供的高性能运算放大器和高位A/D转换器解决；而高精度恒流源制作困难，一直影响微电阻测量的准确度等级。另外，在测量过程中，不可避免地引入引线电阻和接触电阻，使得测量的精准度进一步下降。
[0005]因此，有必要对现有的微电阻测量仪器进行改进，以克服上述问题。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本实用新型的目的在于提出一种微电阻测量仪，该微电阻测量仪可以用于实现2ΜΩ内电阻值的自动测量，且不会因引入引线电阻和接触电阻等干扰而影响测量的精确性。
[0007]根据本发明的目的提出的一种微电阻测量仪，包括恒流源模块(10)、电压放大模块(12)、A/D转换模块(13)、微处理器MCU模块(14)以及输出模块(15)，所述恒流源模块
(10)的输出端连接至被测电阻(11)的两端，取出被测电阻(11)两端的电压通过电压放大模块(12)进行相应倍数的放大，电压放大模块(12)的输出端接至A/D转换模块(13)的输入端，A/D转换模块(13)的输出端接至微处理器MCU模块(14)，微处理器MCU模块(14)将最终结果反馈到输出模块(15)上。
[0008]优选的，所述恒流源模块包括第一运算放大器(101)、第二运算放大器(102)，第一精密采样电阻(103)、第二精密采样电阻(104)，开关(105)、三极管(106)和集成芯片(107)，所述集成芯片(107)提供基准电压，第一精密采样电阻(103)和第二精密采样电阻(104)采用并联的方式，被测电阻(11)串联在第一精密采样电阻(103)和第二精密采样电阻(104)所在的支路上，该被测电阻(11)上的压降信号反馈到第二运算放大器(102)上，第二运算放大器(102)的输出电压与基准电压之间的差值接入到第一运算放大器(101)的同相输入端中，第一运算放大器(101)将其同相、反相输入端之间的差值进行放大后输出给三极管(106)，三极管106的发射极连接在第一精密采样电阻(103)和第二精密采样电阻(104)上。
[0009]优选的，所述集成芯片(107)为基准电压源。
[0010]优选的，所述第一精密采样电阻(103)采用RX71系列精密线绕电阻，所述第二精密采样电阻(104)采用经过老化的RX24系列功率型线绕锰铜电阻。
[0011]优选的，所述开关(105)为受微处理器MCU模块(14)控制通断的MOS管。
[0012]优选的，所述电压放大模块(12)包括集成芯片(121)和运算放大器(122)，所述集成芯片(121)采用数控多路转换开关。
[0013]优选的，所述A/D转换模块(13)包括集成芯片(131)，所述集成芯片(131)采用41/2位双积分型A/D转换器ICL7135。
[0014]根据本发明的目的同时还提出了一种电子产品生产装置，包括产品运输单元(2)、产品分拣装置(3)和如权利要求1-8任意一项所述的微电阻测量仪(I)，所述产品运输单元(2)连接在所述微电阻测量仪(I)以及产品分拣装置(3)之间，其至少包括一个给微电阻测量仪(I)提供需要测量电阻的电子产品的机械供给装置(21)，和一个将测完电阻的电子产品提供到产品分拣装置(3)的转运装置(22)。
[0015]优选的，所述微电阻测量仪(I)的输出模块包括供人员观察和操作的显示与按键模块(151)和与产品分拣装置(3)连接的handle接口(153)。
[0016]与现有技术相比，本实用新型的优点在于:将电流输入端与电压提取端隔开，避免了引线电阻和接触电阻的影响，且测试仪具有电阻分选功能，适用于实验室和工厂现场等情况下的电阻测量。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1本实用新型的微电阻测量仪的模块结构图。
[0019]图2是本实用新型第一实施方式下的微电阻测量仪的具体电路结构图。
[0020]图3是本实用新型电子产品生产装置的模块结构图。
【具体实施方式】
[0021]请参见图1，图1是本实用新型的微电阻测量仪的模块结构图。如图1中所示，该微电阻测量仪包括恒流源模块10、电压放大模块12、A/D转换模块13、微处理器MCU模块14以及输出模块15。其中，恒流源模块10的输出端连接至被测电阻11的两端，取出被测电阻11两端的电压通过电压放大模块12进行相应倍数的放大，电压放大模块12的输出端接至A/D转换模块13的输入端，A/D转换模块13的输出端接至微处理器MCU模块14，微处理器MCU模块14将最终结果反馈到输出模块15上，该输出模块15可以是连接在工业自动化产线上的Handler接口，通过这种handler接口将测量数据输出给产线下一个工位上的设备进行诸如筛选、分类、装配等动作，该输出模块15也可以是显示与按键模块，通过显示模块将被测电阻的阻值读取并显示，通过按键模块控制整个测量仪的量程选择或读数方式。当然在微处理器MCU模块14的允许下，该输出模块15可以同时搭载多个具体的模块进行双向多线程的数据传输。在一种具体应用中，该微处理器MCU模块14采用型号为AT89C55WD的单片机芯片。
[0022]图2所示为图1中基于四线测量法的高精度微电阻测量仪的具体电路图。
[0023]其中，恒流源模块10主要包括第一运算放大器101、第二运算放大器102，第一精密采样电阻103、第二精密采样电阻104，开关105、三极管106、集成芯片107以及其它一些信号调制和适配的电子元器件比如电阻、电容等。其中，集成芯片107为基准电压源，提供基准电压Vref，第一精密采样电阻103、第二精密采样电阻104采用并联的方式，被测电阻11串联在第一精密采样电阻103、第二精密采样电阻104所在的支路上。该被测电阻11上的压降信号反馈到第二运算放大器102上，第二运算放大器102的输出电压V2与基准电压Vref之间的差值接入到第一运算放大器101的同相输入端中，第一运算放大器101将其同相、反相输入端之间的差值进行放大后输出给三极管106，三极管106的发射极连接在第一精密采样电阻103、第二精密采样电阻104上。该恒流源模块10的电路工作原理如下:设开关105中某一路接通，当被测电阻11变大时，其上瞬间压降Vf随之增大，则运算放大器第二运算放大器102的同相输入端与反相输入端之间的压差减小，输出电压V2小于基准电压Vref,此时第一运算放大器101的同相输入端产生微小的负电压,第一运算放大器101将其同相输入端与反相输入端之间的压差进行线性放大，输出的电压使得三极管106的发射极电压增大，从而维持精密采样电阻上的压降保持不变。理想情况下，第一精密采样电阻103、第二精密采样电阻104所在支路上的电流与基准电压Vref和具体的采样电阻阻值成线性关系。根据运算放大器“虚断”的特性，即有流过被测电阻11上的电流恒定。当被测电阻11减小时，工作过程与上述类似，不再赘述。
[0024]通过上述分析可知，该恒流源电路输出电流的稳定性主要受到基准电压源的稳定度和采样电阻的温度系数影响。另外，运算放大器和三极管的选择对恒流源的精度也有一定影响。因而，要在实际应用中得到高精度的输出电流，元器件的选择使用非常重要。在本实用新型中，恒流源模块10的集成芯片107优选采用REF195，其最大的温度漂移系数仅为5ppm/°C,输出电压稳定值为5.000V。恒流源模块10的第一运算放大器101优选米用0P177，它具有高增益、低漂移、分辨率高、线性度好、输入阻抗高、抗干扰能力强等特点。恒流源模块10的第一精密采样电阻103优选采用RX71系列精密线绕电阻，他们具有较低的温度系数，其阻值分别取lMQ、100kQ、10kQ、lkQ、100Q和10 Ω，恒流源模块10的第二精密采样电阻104优选采用经过老化的RX24系列功率型线绕锰铜电阻，其阻值为I Ω。开关105可由微处理器MCU模块14控制通断的模拟电子开关代替，结合多路转换器即可实现输出电流的自动切换，恒流源模块10的开关105优选采用具有极低导通电阻的MOSFET管2SK4145。当开关105选择不同的量程闭合时，恒流源模块10可分别输出I μ A?IA的恒定电流。
[0025]电压放大模块12主要由集成芯片121和运算放大器122构成，电压放大模块12的集成芯片121优选数控多路转换开关MC14052，该数控多路转换开关MC14052是一种双4选I模拟开关，可以用来选择被测电阻11上电压的不同放大倍数。
[0026]A/D转换模块13主要由集成芯片131构成，A/D转换模块13的集成芯片131优选采用41/2位双积分型A/D转换器ICL7135，它具有自动校零、自动极性输出、过量程和欠量程指示输出等功能。该A/D转换模块13可将测得的被测电阻11两端的电压进行模数转换，以BCD码的形式输出。
[0027]本实用新型的高精度微电阻测量仪，采用四线测量法，先由恒流源模块输出已知的恒定电流流经被测电阻，然后将被测电阻两端的电压经电压放大模块进行相应倍数的放大后接至A/D转换器模块进行模数转化，输出的BCD码送至MCU进行处理后在液晶显示器上直接显示测量结果，从而实现2ΜΩ内电阻值的自动测量。该四线测量法将电流输入端与电压提取端隔开，避免了引线电阻和接触电阻的影响且具有电阻分选功能，适用于实验室和工厂现场等情况下的电阻测量。
[0028]下面，作为一种扩展应用，将本实用新型的高精度微电阻测量仪集成到一种电子产品的生产装置中，为该电子产品在生产过程中的电阻分选步骤提供检测依据。请参见图3，图3是本实用新型中具有上述微电阻测量仪的电子产品生产装置。该生产装置包括高精度微电阻测量仪1、产品运输单元2以及产品分拣装置3。其中，产品运输单元2连接在高精度微电阻测量仪I以及产品分拣装置3之间，其至少包括一个可以给高精度微电阻测量仪I提供需要测量电阻的电子产品的机械供给装置21，和一个将测完电阻的电子产品提供到产品分拣装置3的转运装置22。同时该产品运输单元2也可以作为整个生产装置其他工位之间进行产品传输的功能部件。在具体应用中，该产品传输单元2比如是一种传输带、机械手或其结合的机械结构。
[0029]高精度微电阻测量仪I的结构如上文所述，在此需要特别指出的是，此时其输出模块采用了两个装置，一个是供人员观察和操作的显示与按键模块151，另一个则是与产品分拣装置3连接的handle接口 153。该handle接口 153可以将高精度微电阻测量仪I测得的结果反馈给产品分拣装置3，该产品分拣装置3根据上述结果，将不同阻值的电子产品进行分类，比如阻值超过产品标准值10%以上的，记为不合格产品，否则即为合格产品，将不合格产品从合格产品中分离回收，而合格产品则进行下一个工位的操作。又或者按照不同规格的阻值，将产品分成第一类、第二类、第三类……等等，每种类别的产品可以提供给不同的应用场合。
[0030]综上所述，本实用新型的基于四线测量法的高精度微电阻测量仪，先由恒流源模块输出已知的恒定电流流经被测电阻，然后将被测电阻两端的电压经电压放大模块进行相应倍数的放大后接至A/D转换器模块进行模数转化，输出的B⑶码送至MCU进行处理后在液晶显示器上直接显示测量结果，从而实现2ΜΩ内电阻值的自动测量。该四线测量法将电流输入端与电压提取端隔开，避免了引线电阻和接触电阻的影响，且具有电阻分选功能，适用于实验室和工厂现场等情况下的电阻测量。
[0031]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【权利要求】
1.一种微电阻测量仪，其特征在于:包括恒流源模块(10)、电压放大模块(12)、A/D转换模块(13)、微处理器MCU模块(14)以及输出模块(15)，所述恒流源模块(10)的输出端连接至被测电阻(11)的两端，取出被测电阻(11)两端的电压通过电压放大模块(12)进行相应倍数的放大，电压放大模块(12)的输出端接至A/D转换模块(13)的输入端，A/D转换模块(13)的输出端接至微处理器MCU模块(14)，微处理器MCU模块(14)将最终结果反馈到输出模块(15)上。
2.如权利要求1所述的微电阻测量仪，其特征在于:所述恒流源模块包括第一运算放大器(101)、第二运算放大器(102)，第一精密采样电阻(103)、第二精密采样电阻(104)，开关(105)、三极管(106)和集成芯片(107)，所述集成芯片(107)提供基准电压，第一精密采样电阻(103)和第二精密采样电阻(104)采用并联的方式，被测电阻(11)串联在第一精密采样电阻(103)和第二精密采样电阻(104)所在的支路上，该被测电阻(11)上的压降信号反馈到第二运算放大器(102)上，第二运算放大器(102)的输出电压与基准电压之间的差值接入到第一运算放大器(101)的同相输入端中，第一运算放大器(101)将其同相、反相输入端之间的差值进行放大后输出给三极管(106)，三极管(106)的发射极连接在第一精密采样电阻(103)和第二精密采样电阻(104)上。
3.如权利要求2所述的微电阻测量仪，其特征在于:所述集成芯片(107)为基准电压源。
4.如权利要求2所述的微电阻测量仪，其特征在于:所述第一精密采样电阻(103)采用RX71系列精密线绕电阻，所述第二精密采样电阻(104)采用经过老化的RX24系列功率型线绕锰铜电阻。
5.如权利要求2所述的微电阻测量仪，其特征在于:所述开关(105)为受微处理器MCU模块(14)控制通断的MOS管。
6.如权利要求1所述的微电阻测量仪，其特征在于:所述电压放大模块(12)包括集成芯片(121)和运算放大器(122)，所述集成芯片(121)采用数控多路转换开关。
7.如权利要求1所述的微电阻测量仪，其特征在于:所述A/D转换模块(13)包括集成芯片(131)，所述集成芯片(131)采用472位双积分型A/D转换器ICL7135。
8.一种电子产品生产装置，其特征在于，包括产品运输单元(2)、产品分拣装置(3)和如权利要求1-7任意一项所述的微电阻测量仪(I)，所述产品运输单元(2)连接在所述微电阻测量仪(I)以及产品分拣装置(3)之间，其至少包括一个给微电阻测量仪(I)提供需要测量电阻的电子产品的机械供给装置(21)，和一个将测完电阻的电子产品提供到产品分拣装置⑶的转运装置(22)。
9.如权利要求8所述的电子产品生产装置，其特征在于:所述微电阻测量仪(I)的输出模块包括供人员观察和操作的显示与按键模块(151)和与产品分拣装置(3)连接的handle 接口(153)。
【文档编号】G01R27/02GK204101635SQ201420279104
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年5月28日 优先权日:2014年5月28日
【发明者】许宜申, 张朵, 吴茂成, 顾济华, 陶智 申请人:苏州大学