[发明专利]一种微差法与比例法结合的电阻高精度测量系统与方法

说明书

本发明公开了一种微差法与比例法结合的电阻高精度测量系统与方法，其中系统包括：恒流源、参考电阻、第一差分放大器、可编程增益放大器、模数转换器、微处理器、数模转换器和被测电阻接口；被测电阻接口接入被测电阻；参考电阻与被测电阻串联构成串联支路，连接于恒流源和地之间；第一差分放大器的两个输入端分别与参考电阻两端连接，输出端与模数转换器的电压参考端连接；可编程增益放大器，第一输入端用于接入被测电阻的对地单端电压，第二输入端被控地与数模转换器的模拟输出端或地连接，输出端与模数转换器的模拟输入端连接，模数转换器和数模转换器的数字输出端均与微处理器连接；本发明系统能克服电源波动影响，成本低、测量精度高。

技术领域

本发明涉及传感器与检测技术及仪器仪表领域，具体属于一种微差法与比例法结合的低成本高精度电阻测量系统与方法。

背景技术

电阻的准确测量是电阻型传感器实现高精度测量的基础。电阻型传感器在实际工程中应用非常之多，其中需要对传感的电阻进行高精度测量的场合也常见。

在自动检测系统中，对电阻的高精度测量多采用数字化测量方式，测量装置一般都包含有微处理器(CPU)、模数转换器(ADC)、信号输入电路。数字化测量系统的精度则主要取决于ADC的精度或位数，一般位数越多，系统分辨力越高、精度越高，但价格也越高。以美国TI公司MSP430F系列的微控制器为例，含12位ADC的MSP430F5524的价格比含10位ADC的MSP430F5510的价格要高出许多，两者的性能参数基本相同，但前者的千片价格为3.05$，后者为1.70$(两者仅非易失存储器的参数不同，通过比较MSP430G2755和MSP430G2855，易知存储器方面对价格的影响较小)。测量系统中常常需要使用数模转换器(DAC)，但DAC的价格相对ADC而言较为低廉，8位DAC如DAC101S101、10位DAC如DAC081S101价格在0.5$左右(上述价格数据均来自器件公司的网上报价)。由此可见，数字化测量系统的精度、成本很大程度上是受ADC影响。这种情况造成实际应用中对电阻的高精度测量要求受到用户或厂商的低成本要求的制约，因此，如何以低成本实现高性能的问题就成为基于电阻测量的检测系统研发所需要着重解决的一个关键问题。

现有的自动检测系统，一般采用的是数字化电测技术，其实质仍是通过对能反映电阻变化的相应电压变化信号的测量来实现。在传感器与测量技术领域，为了减小或消除测量误差，常常采用替代法、比例法和微差法等方法来提高或改善测量精度，虽然每种方法各有其特点，但均存在相应的技术缺陷：

比例测量法(简称比例法)是利用被测量与已知量的比例关系计算确定被测量的量值的一种方法。应用时将被测电阻与已知标准电阻串联，利用两电阻的端电压和两电阻阻值的比例关系即可求出被测电阻阻值，电路简单，成本较低。以其实现高精度测量的优点是只有保证流过被测电阻与参考电阻串联支路的电流在短期内稳定，对具体数值却没有高要求。另外，以该方法实现高精度测量的条件实际还是包括了对电压测量的高精度要求。

微差测量法(简称微差法)是将被测量与同它只有微小差别的已知其量值的同种量或同性质标准量相比较，通过测量这两个量值之间的差值以确定被测量的量值的测量方法。用这种方法测量时，只需测量两者的差值，并且由于标准量的误差很小，因此即使采用精度相对低的测量仪表，也能获得高的测量精度。采用精度相对低的测量仪表可以获得精度相对高的测量结果，这是微差法的主要优点。但是该方法在实际中是受到限制的，因为要获得与被测量相差很小的同类标准量是不容易的，有时是得不到的。

因此，单一使用比例法或微差法均很难在实现高精度电阻测量的同时又能降低测量系统的成本。

发明内容

针对上述问题本发明提供一种微差法与比例法结合的电阻测量系统与方法，实现高精度电阻测量的同时又能降低测量系统的成本。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：