一种惠斯通电桥检测电阻的电路拓扑结构

1.本实用新型涉及一种电阻测量电路，尤其是涉及一种可实现电阻值自动测量的惠斯通电桥的电路拓扑结构。


背景技术：

2.直流电阻箱广泛运用于工业车间生产、科研机构、学校及实验室，是不可缺少的电子仪器。目前直流电阻箱生产厂家较多，而且直流电阻箱在使用过程中会受到外界环境的影响，直流电阻箱的精确度会发生一定的改变，所以要对拟出厂、使用中和维修后的电阻箱进行检定保证其精确度。虽然行业标准jjg 982-2003《直流电阻箱检定规程》对直流电阻箱的检定提出了要求，规定了相关的检测规程或规范，为直流电阻箱阻值检定提供了依据，但是目前的检定方法大都采用的是传统的惠斯通电桥进行电阻值的检定，存在许多的不便之处：
3.1） 需要人工调整电桥的平衡，观察毫伏计读数是否为零，操作过程过于繁琐。
4.2）对于直流电阻箱要手动去旋转倍率旋钮，选择电阻箱阻值。
5.3）测量的结果需要检定人员手工记录原始数据，根据原始数据制定检定报告，工作效率低。
6.采用传统的惠斯通电桥进行电阻值的检定，检定工作量大，检定人员有可能因疲劳发生电流计和可调电阻阻值的读取不准确，数据记录错误等因素，导致检定结果不可靠。


技术实现要素：

7.本实用新型针对现有技术不足，提出一种新的惠斯通电桥拓扑结构，实现了直流电阻箱阻值的全自动检定。
8.本实用新型采用的技术方案：
9.一种惠斯通电桥检测电阻的电路拓扑结构，电桥上桥臂的两个精密电阻r1、r2由两组阻值可供选择的电阻组构成，所述电阻的电阻切换电路控制端连接到微控制器输出端，用于自动切换量程；下桥臂连接待检定的直流电阻箱rx和程控恒压模块u；所述的程控恒压模块由数模转换电路和限流电阻组成，数模转换电路的控制端和微控制器的输出端相连，取代人工调节电桥平衡；设计差分电路采集桥间电压，差分电路的输出端与信号调理电路的输入端连接，信号调理电路的输出端与模数转换电路的输入端连接，模数转换电路的输出端与微控制器的输入端相连。
10.所述的惠斯通电桥检测电阻的电路拓扑结构，上桥臂的精密电阻r1的电阻切换电路1包括两个电阻支路并联，其切换开关受控连接于所述微控制器；上桥臂的精密电阻r2的电阻切换电路2包括串、并联结合的数个电阻支路，其串、并联切换开关分开受控连接于所述微控制器。直流电阻箱rx连接有阻值切换电路，所述阻值切换电路的动力输出端和直流电阻箱rx的倍率旋钮连接，直流电阻箱阻值切换电路的控制端和微控制器的输出端连接。
11.所述的信号调理电路由若干高性能运算放大器组成，其反馈电阻与多通道模拟开
关芯片连接，微控制器的输出端和多通道模拟开关芯片的控制端相连。
12.所述的惠斯通电桥检测电阻的电路拓扑结构，与微控制器连接有上位机，所述微控制器通过通信端口和上位机连接。
13.本实用新型惠斯通电桥检测电阻的电路拓扑结构，为提高测量精度，通过电子开关切换上桥臂电阻r2为不同电阻值，改变测量量程；下桥臂的人工可调电阻改由微控制器控制程控精密电压输出，使电桥自动平衡；设计高性能的桥间采样电路，使用模数转换器代替传统的指零仪，微控制器根据桥间电压偏差
±⊿
u，经数模转换器d/a调整程控电压电路的输出使电桥平衡。根据电路理论计算出待测电阻为：
[0014][0015]
桥间电压指示由微控制器代替电流计，由微控制器根据测量的桥间电压调节恒压模块输出代替由可变电阻的电压调节，上桥臂为电阻切换电路，切换量程提高测量精度。
[0016]
上电工作时，微控制器短接电桥采样点读取零点值；微控制器接收到待检定的电阻值后自动旋转直流电阻箱倍率旋钮，切换到对应的阻值；微控制器根据待测电阻阻值计算判别选择合适的上桥臂电阻；微控制器循环读取采样值，并且根据读取结果不断调整信号调理电路的放大倍数，使得读取结果更加准确；微控制器分析每一个采样值，根据预先设定好的控制算法实时地调整程控恒压模块的输出，直到采样值和零点值的差值在一个可允许的范围为止，计算出待测电阻的阻值，完成一次测量。
[0017]
电桥上桥臂电阻选择过程：微控制器控制程控恒压模块分别输出最小值和最大值，并记录毫伏计在输出最小值和最大值条件下的读数，如果此读数都小于或者都大于前面提到的零点值，则说明需要改变上桥臂电阻；经过微控制器分析毫伏计读数，驱动上桥臂电阻切换电路，选择有可能适合的下一组电阻，重复上述判别过程，若前面所述的零点值落在毫伏计两个读数之间，则此时的电阻就是最佳的上桥臂电阻。
[0018]
信号调理电路放大倍数选择方法：当微控制器读取毫伏计读数以后，根据其所在的档位，自动进行调整；超过本档位所在量程的1.25倍时切换入下一个更大的档位，低于本档位所在量程的0.75倍时切入下一个更小的档位。
[0019]
实用新型有益效果：
[0020]
1、本实用新型惠斯通电桥检测电阻的电路拓扑结构，提供了一种新型惠斯通电桥及测量电阻原理方法，通过微控制器及相关电路实现直流电阻箱阻值自动检定和电阻箱阻值自动切换，自动调节电桥平衡、判断毫伏计是否为零，并且根据实际电阻值自动调节阻值测量量程，实现阻值的自动化检测。代替人工测量，提高了测量的效率及精度。
[0021]
2、本实用新型惠斯通电桥检测电阻的电路拓扑结构，通过连接的上位机，实现测量数据的自动保存记录和分析，并且根据需求自动生成检测报告，整个检定过程几乎不需要人工参加，提高了检定结果的可靠性、可重复性。
[0022]
3、本实用新型惠斯通电桥检测电阻的电路拓扑结构，结构简单、容易实现，成本低，容易推广。代替人工测量，降低了劳动强度，提高了测量的准确性和测量效率，同时可实现自动生成检定报告，降低了电阻检测的人力和物力成本。
附图说明
[0023]
图1是本实用新型惠斯通电桥电路拓扑结构电路原理图；
[0024]
图2是本实用新型惠斯通电桥电路拓扑结构组成方框图；
[0025]
图3是本实用新型惠斯通电桥电路拓扑结构的电阻测量流程图。
具体实施方式
[0026]
为了使实用新型创造实现其实用新型目的的技术构思及优点更加清楚明白，下面结合附图对本实用新型的技术方案作进一步的详细描述。应当理解的是，以下描述仅用以解释和说明本实用新型，不应当构成对本实用新型要求专利保护的范围的限定。
[0027]
参见图1、图2，本实用新型惠斯通电桥检测电阻的电路拓扑结构，电桥上桥臂的两个精密电阻r1、r2由两组阻值可供选择的电阻组构成，所述电阻组的电阻切换电路控制端连接到微控制器输出端；下桥臂连接待检定的直流电阻箱rx和程控恒压模块u；所述的程控恒压模块由数模转换电路和限流电阻组成，数模转换电路的控制端和微控制器的输出端相连；设计差分电路采集桥间电压，差分电路的输出端与信号调理电路的输入端连接，信号调理电路的输出端与模数转换电路的输入端连接，模数转换电路的输出端与微控制器的输入端相连。
[0028]
直流电阻箱rx连接有阻值切换电路，所述阻值切换电路的动力输出端和直流电阻箱rx的倍率旋钮连接，直流电阻箱阻值切换电路的控制端和微控制器的输出端连接。
[0029]
如图2所示，上桥臂的精密电阻r1的电阻切换电路1包括两个电阻支路并联，其切换开关连接于所述微控制器；上桥臂的精密电阻r2的电阻切换电路2包括串、并联结合的两个电阻支路，其串、并联切换开关分开受控连接于所述微控制器。
[0030]
信号调理电路由若干高性能运算放大器组成，其反馈电阻与多通道模拟开关芯片连接，微控制器的输出端和多通道模拟开关芯片的控制端相连。
[0031]
与微控制器连接设有上位机，所述微控制器通过通信端口和上位机连接。
[0032]
参见图1、图3，本实用新型惠斯通电桥拓扑结构测量电阻的过程如下：
[0033]
上电测量时，短接所述直流电桥桥间采样点，微控制器首先控制信号放大或者缩小电路使其工作于放大倍数最大的状态，通过毫伏计测量读取系统在此环境下的零点，并记录此零点值。
[0034]
上位机向下位机发送需要的检定的电阻值，下位机接收指令后，微控制器通过控制阻值切换电路，选择需要的量程；经过微控制器计算判别选择合适的上桥臂电阻，确定待测电阻所在的量程，开始测量。
[0035]
微控制器计算判别上桥臂电阻，确定待测电阻所在的量程：微控制器控制程控恒压模块分别输出最小值和最大值，并记录毫伏计在输出最小值和最大值条件下的读数，如果此读数都小于或者都大于前面提到的零点值，则说明需要改变上桥臂电阻；经过微控制器分析毫伏计读数，驱动上桥臂电阻切换电路1和上桥臂电阻切换电路2，选择有可能适合的下一组电阻，重复上述判别过程，直到前面所述的零点值落在毫伏计两个读数之间为止；记录此时的上桥臂电阻，开始测量。
[0036]
所述的测量过程如下：微控制器控制信号调理电路使其工作于放大倍数最小的状态，控制程控恒压模块输出可输出最大值的一半；微控制器读取此时的毫伏计读数，选择最
佳的信号调理电路放大倍数后，再次读取毫伏计读数并于前面所述零点值进行比较。若测量值大于零点值，则根据预先设定好的控制算法，增加程控恒压模块的输出；若测量值小于零点值，则根据预先设定好的控制算法，减小程控恒压模块的输出。然后不断读取毫伏计读数来调整程控恒压模块的输出，直到测量值与零点值在可允许的误差范围内为止；记录此时的程控恒压模块输出值，完成电阻的计算；发送电阻值到上位机，生成检测报告。
[0037]
信号调理电路放大倍数的选择过程如下：当微控制器读取毫伏计读数以后，根据其所在的放大倍数，自动进行调整；超过本放大倍数所在量程的1.25倍时切换入下一个更大的放大倍数，低于本放大倍数所在量程的0.75倍时切入下一个更小的放大倍数。
[0038]
利用本实用新型惠斯通电桥电路拓扑结构测量电阻，可解决现阶段电阻箱检定过程中需要人工平衡指零仪（毫伏计），操作繁琐、速度慢、检定容易出错等问题。
[0039]
以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式，并不构成对本实用新型的限定。本领域技术人员在现有技术的指引下，无需进行创造性劳动即可对本实用新型的实施情况进行其他修改，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改或者采用本领域惯用技术手段进行的简单置换或等同替换，均应包含在本实用新型的保护范围之内。