淺談電氣設備測量中自制毫歐表的設計方案

楊成虎

摘?要：普通的歐姆表、數(shù)字萬用表等工具能測量的最小電阻有限，現(xiàn)實電氣施工或設備維護中往往要求對低阻值電阻的測量，比如毫歐級的電阻，這種情況下，普通的電阻測量工具就不適用了。使用毫歐表可以解決大部分這種測量。

關鍵詞：毫歐表;恒流源;單片機;數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片;運算放大器

1 緒論

好多電子設備及產(chǎn)品都涉及到特小電阻的測量及應用，例如測試避雷針、繼電器的接觸電阻、大功率電路中保護電阻的測量等等，為了能夠滿足工作或生產(chǎn)需要，就必須較為精確地測得相應的小電阻的阻值并服務于生產(chǎn)及實際生活。本文就毫歐表的設計方案做簡要闡述。

2 毫歐表的工作原理

整個設計的基本思路是：做一個直流恒流源，直流恒流源的電流通過要測量的電阻R并產(chǎn)生電壓降，把壓降值采出，然后把電壓值放大到A/D轉(zhuǎn)換器能接受的范圍，通過ADC將測得的電壓值轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式傳送到單片機處理，最后由單片機控制顯示電路把要測的電阻值顯出來。依據(jù)電阻值的大小確定合適的直流恒流源，電阻小則選擇大電流的恒流源，電阻大則選擇小電流的恒流源。這部分控制由單片機控制實現(xiàn)，若單片機接收到的電壓信號小，單片機發(fā)出信號用來控制電子開關，從而控制直流恒流源的可變電阻器，達到控制輸出電流大小的效果。毫歐表的制作和設計就是恒流源的設計、誤差的減小、儀器精確度的提高、數(shù)字顯示和量程的轉(zhuǎn)換。其中恒流源的設計和如何減少誤差提高儀器的精確度是重點，同時也是這次設計的難點。

3 單元模塊設計

3.1 恒流源的選擇方案

3.1.1 方案一

I=U/（R1+R2），當取R1遠大于R2時，則電流I約為I=U/R1。R2上電流可近似看為恒定，這種方案要求R1必須遠大于R2，那么要得到比較大點的電流，就得電壓很大，現(xiàn)實中不好找那么大的電壓源，故沒有用此方案。

3.1.2 方案二

壓控恒流源方案，此方案是通過軟件來實現(xiàn)輸出電流穩(wěn)定的，可操作性強，輸出電流的大小可以通過改變恒流源外邊的電壓大小來操控的，所以采用此方案。

下面闡述橫流問題的驗證：

如圖，當R3+R4>>R5，R1+R2>>R5，R3+R4>>RL時，由R1和R2方向流向RL的電流就可以忽略，從而流經(jīng)RL的電流就可以近似看成是由R5上流過來的。從而達到RL上電流的恒定。

3.2 電阻測量方案

3.2.1 方案一 比較及替代法測電阻

比較法測電阻也是一種不錯的選擇方案，問題在于當被測電阻很小時，另一比較電阻很難選取，而且被測電阻的接觸電阻會對測量的電壓表產(chǎn)生干擾，這樣較大的誤差就不可避免的產(chǎn)生了，因此我就淘汰了次方案;后來我想到過用替代法來測，但是替代法測電阻操作麻煩，測量結(jié)果的精確度達不到要求，測量小電阻的話不是十分滿意，因此，此方案再次被淘汰。

3.2.2 方案二 四端子測量

測量時兩個夾子緊緊夾住被測電阻Zx，每個夾子各自引出兩根互相平行的導線，一個夾子的兩根導線接電壓信號采集系統(tǒng)的V+和直流恒流源的I+，另一個夾子的兩根導線接電壓信號采集系統(tǒng)的V-和直流恒流源的I-，當測電阻時，用夾子緊緊地夾住被測電阻的引腳，由恒流源流出的電流由I+端流出，流經(jīng)被測電阻Zx后流入I-端，在被測電阻上產(chǎn)生的電壓降直接由V+、V-端子引入電壓信號采集裝置。可以克服引線電阻和接觸電阻的壓降所造成的測量誤差，采用此方法可得到較為精確的測量結(jié)果。

3.3 其它模塊設計

本次設計需要選擇高精度、低噪音的放大器，同時，要充分理會理想運放和理想運放的條件，了解放大器中虛斷與虛短的含義，可以大大簡化分析過程，LM358即可滿足需要;A/D轉(zhuǎn)換器的選擇從速率、精度、功耗等等方面全面考慮。需要注意的是本次設計的毫歐表要測量阻值很小的器件，精密度自然就要求很高了。美國數(shù)字公司的AD574A就比較適合本次設計要求了，再說這個器件也比較常用，電路輕量化上也做得很好;D/A轉(zhuǎn)換器的種類很多，根據(jù)速度要求高低的不同可以選擇CMOS開關型或者ECL電流開關型D/A轉(zhuǎn)換器，本次設計我選用了DAC5615芯片，完全可滿足要求;單片機的要求就是低功耗、高性能。可選性也高，AT89S52可以滿足條件;最后用HD7279芯片來搞定按鍵的輸入以及數(shù)碼管的顯示功能。

4 結(jié)語

隨著各種運算放大器，恒流源，數(shù)模轉(zhuǎn)換器等電子器件的性能精度和電子工業(yè)的不斷發(fā)展，適用于毫歐級電阻測量的毫歐表的發(fā)展已經(jīng)達到了相當高的水平，但就精度和可靠性方面還有待提高，還須向更高精度、更可靠的方向繼續(xù)努力。

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