咨询快速测量电阻的方法,是否就是用基准电流源+电压检测?

tfdsensor

这是坛子里面转的一个很专业的测量电阻方法,超级精密.
http://www.ourdev.cn/bbs/bbs_content.jsp?bbs_sn=3897941&bbs_page_no=1&search_mode=4&search_text=tfdsensor&bbs_id=9999


请问一下,如果要做到4位或者三位半万用表测量电阻的精度,是如何做的? 当前的万用表打开都是牛屎堆电路,什么也看不见. 想自己做个单纯测量电阻的东西,电阻为5K欧姆到10K欧姆.另外的要求是快速测量,1ms左右就可以给出结果. 普通万用表测量电阻的速度也太慢了.请高手指导

jj3055

快速测量用电流源比较好，那种是电桥测量

tfdsensor

如果用电流源+电压检测也就是4线法测量电阻,就需要一个极低电流的精密电流源,是否有电流为1mA或者更小的精密恒流源的资料?

lilith

如果只是三位半万用表的程度的话，可以用一些双积分 ADC 的比例测阻法，只要作为基准的电阻足够精确即可保证测量结果足够精确而无需考虑电流源问题。

但如果需要 1ms 左右的速度，首先你要有速度足够快的 ADC 吧，双积分 ADC 一般有这么快吗？如果是其它 ADC，不知道比例测阻是否可行，但电流源测阻应该没问题，只要你的电流源建立的速度足够快，一般来说课本上的电流源速度应该可以吧？




(原文件名:PICT3050.jpg)

ndust

记号

jj3055

三位半精度用电流源足够，1毫秒的速度很多ADC可以胜任的，楼主要这么快速干吗？

tfdsensor

工业上的很多时候是在线快速测量,例如一个输送线上快速检测电枢线圈,作为纠错等用途.比如说一家工厂生产的线圈有1Ω直流电阻的,有1.5Ω的,在输送的时候就可以判断出线圈的类别.
后续的mv级电压检测我有现成的工业模块. 就是不知道如何做一个可靠的极低电流的精密恒流源,是否恒流的电流小一些,电路可靠性会好些.有芯片型号推荐吗? 我好学习一下

jj3055

专用芯片我只知道REF200，恒流200UA，400UA的，如果用分立元件的话也是很简单的，毕竟只是3位半而已

jj3055

不过REF200可以多块并联获得大电流

lilith

快速的 ADC 很多，但可用以比例测阻的那种 ADC 有没有呢？这个就不很清楚了，这个测阻方法毕竟简单，楼主位提到的三位半万用表一般也是这样做的居多。

REF200 是专用的电流基准，0.5% 精度和 25ppm 温度系数，pA 级噪声，用分立件做，温度系数和噪声恐怕很难做得那么好，不过楼主只需要达到一般三位半表的程度的话，或许不用考虑那么多吧，就一个普通电压基准和一个精密运放，一个基准电阻就可以了。

楼主设计的是 5K-10K，用 REF200 这种 0.1mA 电流源是否电流太小了？

另外就楼主的用途看来，为何不用成品万用表呢 :D

fujianhua

工业上的很多时候是在线快速测量,例如一个输送线上快速检测电枢线圈,作为纠错等用途.比如说一家工厂生产的线圈有1Ω直流电阻的,有1.5Ω的,在输送的时候就可以判断出线圈的类别.
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难点是要做个夹具快速夹住线圈，接触电阻又要很小，因为被测量线圈的直流电阻只有1Ω啊

pldjn

四线小电阻测量，不用考虑接触电阻很小的要求，测量如果是线圈的话还要考虑电感的影响，

tfdsensor

回复【9楼】lilith  
快速的 ADC 很多，但可用以比例测阻的那种 ADC 有没有呢？这个就不很清楚了，这个测阻方法毕竟简单，楼主位提到的三位半万用表一般也是这样做的居多。
REF200 是专用的电流基准，0.5% 精度和 25ppm 温度系数，pA 级噪声，用分立件做，温度系数和噪声恐怕很难做得那么好，不过楼主只需要达到一般三位半表的程度的话，或许不用考虑那么多吧，就一个普通电压基准和一个精密运放，一个基准电阻就可以了。
楼主设计的是 5K-10K，用 REF200 这种 0.1mA 电流源是否电流太小了？
另外就楼主的用途看来，为何不用成品万用表呢 :D
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一般成品万用表速度慢,另外,如果在工业上使用,经常情况下需要开关量输出结果(OK,NOK,running),或者供电电源,等等.量身定做设计还是很有必要的.


请问一下【9楼】lilith  
  0.5%精度的电流基准如果做测电阻的表头的话,可以做到相当于几位万用表的精度? 如果快速测量(1ms)并且要求0.1%的测量精度,测量对象5K-10K的滑动电位器.是否有更好些的电流基准?  
对于滑动电位器来说,电流小些对寿命有好处,我的万用表在20K档时,输出电流是0.15mA;电流小些对精度有影响吗?

tfdsensor

回复【10楼】fujianhua  
工业上的很多时候是在线快速测量,例如一个输送线上快速检测电枢线圈,作为纠错等用途.比如说一家工厂生产的线圈有1Ω直流电阻的,有1.5Ω的,在输送的时候就可以判断出线圈的类别.
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难点是要做个夹具快速夹住线圈，接触电阻又要很小，因为被测量线圈的直流电阻只有1Ω啊
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这种区分1欧和1.5欧的用法,只要触点接触稳定就可以了.测量结果1.5欧以下都可以认为1欧,1.6欧以上认为是1.5欧

回复【11楼】 pldjn
测量线圈是应该考虑电感影响的.谢谢

lilith

回复【12楼】tfdsensor 好好学习天天向上
0.5%精度的电流基准如果做测电阻的表头的话,可以做到相当于几位万用表的精度?
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我的 HP 3457A 万用表，1A、0.3A 档使用 1% 的检流电阻，指标是 0.03%/24h，0.8%/year


(原文件名:PICT3278.jpg)


而电阻档的基准是 0.01% 的威世电阻，指标却是 0.001%/24 和 0.05%/year

(原文件名:PICT3194S.jpg)



我们相信 HP 的指标是很保守的，实际上我手头上这两块表，电阻档根据 jj 标定的电阻测定看来，有效数字内仅一个字误差，也就是 0.0001% 的误差（这样说有点夸张了，因为我们的测定方法还是有问题的）...看来还是要看你怎么做 :D

lilith

成品万用表也有速度较快的，比如 34401A 算是 HP/安捷伦最慢的表了，但也有每秒 1000 次的读数；而安捷伦的高性能系统万用表（就是安装在工厂机架上，而非用于实验室桌面的那种）有5万/秒的速度，通过以太网或者 GPIB 连接到电脑，以编程的方式代替硬件电路输出好/坏/继续等指令，更灵活且研发成本低，可靠性高

你可以参考一下：

http://www.home.agilent.com/agilent/product.jspx?nid=-536902435.626391.00&cc=CN&lc=chi

doom

回复【14楼】lilith

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我的 HP 3457A 万用表，1A、0.3A 档使用 1% 的检流电阻，指标是 0.03%/24h，0.8%/year
而电阻档的基准是 0.01% 的威世电阻，指标却是 0.001%/24 和 0.05%/year

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纠正你一个错误概念，不是HP不想在电流档用好电阻，而是这么小的电阻值，再提高已经非常困难了，比40k电阻做0.01%难多了。

doom

回复【15楼】lilith
成品万用表也有速度较快的，比如 34401A 算是 HP/安捷伦最慢的表了，但也有每秒 1000 次的读数；而安捷伦的高性能系统万用表（就是安装在工厂机架上，而非用于实验室桌面的那种）有5万/秒的速度，通过以太网或者 GPIB 连接到电脑，以编程的方式代替硬件电路输出好/坏/继续等指令，更灵活且研发成本低，可靠性高
你可以参考一下：
http://www.home.agilent.com/agilent/product.jspx?nid=-536902435.626391.00&cc=CN&lc=chi
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带HPIB的表统统都是机架表。

lilith

我没说 HP 不想用好电阻（但很多人都这样说哦），而是说 HP 的表的指标并不由这个电阻的指标决定。

不过 0.1% 的检流电阻，从 1 欧到 0.001 欧，都是有的，HP 不用...我看还是想省钱吧 :D

doom

回复【18楼】lilith
我没说 HP 不想用好电阻（但很多人都这样说哦），而是说 HP 的表的指标并不由这个电阻的指标决定。
不过 0.1% 的检流电阻，从 1 欧到 0.001 欧，都是有的，HP 不用...我看还是想省钱吧 :D
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0.001 欧 0.1% 的检流电阻给个厂家型号让俺也开开眼。

lilith

http://www.vishay.com/resistors-discrete/list/product-63089/

http://www.vishay.com/docs/63089/csm.pdf

这个不就是吗？

tfdsensor

楼上的都是高人, 连图片也非我等能够拍出.
还是那个问题: "0.5%精度的电流基准如果做测电阻的表头的话,精度如何"
以测量一个阻值为5K左右的电阻为例,假如恒流源额定输出是100uA,精度是0.5%,实际输出最小是99.5uA,
在阻值约为5K电阻上的电压为: 当100uA时  电压为0.5V
                            当99.5uA是 电压为0.4975V
这样测量5K的电阻是误差是25Ω,也就是0.5%的精度.

这里我说的测量方法是恒流源直接测量方法,没有用电阻比对的方法.

to 【15楼】 lilith  非常感谢您的回复,但安捷伦的机架表有自己的适用范围,价格和体积和输出接口易用性方面都不符合我的要求.

lilith

回复【21楼】tfdsensor 好好学习天天向上

还是那个问题: "0.5%精度的电流基准如果做测电阻的表头的话,精度如何"  
以测量一个阻值为5K左右的电阻为例,假如恒流源额定输出是100uA,精度是0.5%,实际输出最小是99.5uA,
在阻值约为5K电阻上的电压为: 当100uA时  电压为0.5V
                            当99.5uA是 电压为0.4975V
这样测量5K的电阻是误差是25Ω,也就是0.5%的精度.


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那么为何 HP 用 1% 的检流电阻，指标是 0.03%/24h，0.8%/year 呢？

tfdsensor

楼上的,是否还在为摄影图片的事情生气呢. 本来想跟贴,后来想想也算了,别凑热闹了. 呵呵 兼容并蓄吧

回到我的问题, 我还是不知道如何用0.5%的REF200做出高于0.5%的测电阻的方案,

god-father

两个电阻分压 算电阻 利用AVR的内部ADC 不用外部基准 共模
非常准 也非常快

jj3055

楼上的都是高人, 连图片也非我等能够拍出.
还是那个问题: "0.5%精度的电流基准如果做测电阻的表头的话,精度如何"  
以测量一个阻值为5K左右的电阻为例,假如恒流源额定输出是100uA,精度是0.5%,实际输出最小是99.5uA,
在阻值约为5K电阻上的电压为: 当100uA时  电压为0.5V
                            当99.5uA是 电压为0.4975V
这样测量5K的电阻是误差是25Ω,也就是0.5%的精度.
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把检测到的电压用电位器或者运放调节一下就可以了

tfdsensor

"把检测到的电压用电位器或者运放调节一下就可以了" 是什么意思? 能否明示一下,是否要用标准电阻修正电流源的电流?

lilith

哈哈，好笑而已，不生气 :D 产品与作品是不一样的。

HP 用 1% 的电阻做出 0.03%/24h，0.8%/year 的检流方案，我想是因为其指标是在一定温度下给出的，而且指标也有时间在里面。表做出来之后，还需要经过校准才能拿出来卖，我想如果 HP 知道知道这个电阻的温度系数足够低，老化足够小，那么经过校准后就可以有那样的指标了。

从校准手册上看，HP 是用 0.001% 的标准电阻（其实是 Datron 4000A 直流校准器）校准其电阻档的，因此我想你也可以把测试装置作出来后校准它，比如也是用 0.001% 的 10K 电阻去校准，这样它也就有了近乎同样的精度 --- 当时和当前温度下。当然，由于 REF200 的温度系数比较大，有 25ppm/度，老化则未给出，那么温度偏离 25 度，或经过 24 小时，经过 1 年之后，指标是多少就只有实测了...

不过你是测量 5K-10K 电位器是需要知道（3 位半刻度下）每一个具体的值，还是只是需要比较是 5K 还是是 10K？如果只是这样的话楼上的方法最好，用 3 个 5K 电阻和你的被测电位器构成电桥，用 AVR 检零不就知道是 5K 或者不是 5K 了...只要这三个 5K 电阻精度足够好，做出来的测试装置当然也足够好，而且不用考虑电压稳不稳电流源精度高不高这些问题。

tfdsensor

TO 楼上
我是要测量5k-10K的电位器的具体电阻值, 也就是市场上的滑动变阻器用来测长度的方法,知道了电阻就知道了长度.
我有现成的最大量程是30mV的电压测量装置,现在想知道,如果用我的电压测量装置来快速精密测量出电阻值来. 本来用电流源的4线电阻测量的方法可以测量,可是我发现电流源的精度0.5%,就不知道如何提高精度了,我希望能够做到0.1%.

(原文件名:TM截图未命名.jpg)

lilith

是测量电位器两端（固定）的阻值还是滑动抽头（相对某一端）的阻值？

如果是后者，用 【24楼】 god-father 教父 的方法，直接把电位器两端接到电源上，AVR 测滑动抽头的电压就知道电位器当前滑到哪里拉 :) 当然分辨率和精度可能没有那么好。

tfdsensor

我希望能直接测量出来电位器的滑动抽头到其中一端的阻值,需要直接读出此阻值的大小.如果用【24楼】 god-father 教父的方法,就是需要先滑动一下电位器到电阻最大端,然后用当前ADC值/电阻最大时的ADC值  求出相对位置. 我需要的是直接读出阻值,欧姆值的大小

lilith

那还是用【24楼】 god-father 教父的方法，这样就可以，10K，0.01% 的电阻大把，容易买到又便宜 :D 将仪表运放 AD620 增益设置为合适的值，让 Rx 在 5K 时达到 ADC 满量程，丢给 AVR 或者别的什么电压表不就可以了？


(原文件名:e001.png)

tfdsensor

楼上的就是惠氏电桥测量的方法. 这里电桥的灵敏度在Rx在10K左右最高,如果测量10K附近的小电阻范围就非常好. 但如果测量5K到10K的大范围,精度就不好了.

lilith

这样简单阿 :D

当然用电流源精度会做得更好，只是那个 REF200 的温度系数比较大，老化则未给出，不知道是否合适阿。

AD586 手册中给出一种电流源用法，如果基准电阻使用温度系数低，老化好的，AD586 本身温度系数也比 REF200 的温度系数低，老化好，那么或许可以满足你的要求？

不过我不清楚 Ib 的影响...


(原文件名:Current_Source.png)

mcu5i51

使用电阻比例法测试就够了，可以忽略参考电压的误差，10位时用M48，3-5次取平局结果不错，远小于1ms，高分辨率时用相应的MCU或AD即可；

tfdsensor

回复【34楼】mcu5i51 学途浪子
使用电阻比例法测试就够了，可以忽略参考电压的误差，10位时用M48，3-5次取平局结果不错，远小于1ms，高分辨率时用相应的MCU或AD即可；
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能否详细描述一下电阻比例法，是否就是被测电阻和标准电阻串联，通过测量标准电阻上的分压和被测电阻上的分压作比较。

lymex

看楼主的要求，是在1ms的时间内测量电阻到大约0.1%。
这属于有快又准，本来这两个指标就是一对矛盾。
然而，商品的万用表采用多斜积分，解决的很好。例如Agilent的34410A，可以每秒测试1万个数据，也就是0.1ms出一个数。34411更可以达到每秒5万个读数，3458A，每秒10万个读数，都是4位半的精度。即便是很老的34401，也可以每秒出1000个读数。

所以我的建议，要么直接用这样的表，要么参考其ADC自己做多斜积分。34401可以找到电路图，在官方网站。

tfdsensor

感谢精密基准领域的老大lymex的回复.
如果我有现成的可以做多斜积分的ADC标准模块,此模块测量方法-30mV到+30mV.外部电路用哪种好呢?

lymex

一个是要有个好的夹具/测试座，可以快速转换测试电阻。
可以用4线夹具，其实对于>5k的电阻，0.03%的精度，2线也没有问题。
电路可以采取恒流源法，电流可选择25uA，这样10k电阻上的压降是25mV

tfdsensor

非常感谢楼上

PSIR

是否有高人可以提供一下简单的计算实例啊？谢谢。

rube

好帖子。。。

xxc007

都是高手