请教如何测量兆欧级电阻

dudududu · 发表于 2018-1-15 14:51:25

我自己做了一个测量电阻的板子，采用24bit高精度 ADC，测量方式采用了最简单的比例法，ADC采用的是 ADI 的 AD7172-2，非常强悍的一颗芯片；
实验结果表明，此法测量低阻值电阻很好用，基准电阻200欧姆的时候，不采用任何放大手段，不大于200hz采样率的情况下，测量分辨率很容易能达到 0.1 毫欧左右，就是短路输入的两个夹子，看输出读数；
在1khz采样率，也有 0.5毫欧的分辨率；

但是，但是，测量大电阻的时候，就悲催了，我用 2兆欧的基准电阻，去测量100k 的目标电阻，工频干扰非常严重，在100hz 采样率下，工频干扰都能达到 7kΩ，测量兆欧级别电阻，更严重

我知道降低采样率，或者 MCU 进行简单的平均值运算，可以把工频干扰去除，也试过了，效果很好，50HZ 采样率，输出结果波动 20Ω左右，这还是采样率不是刚刚好的50Hz，有一点偏差导致的。
可问题又来了，应用要求是需要较高的测量速度，而且，应用场景，是很多歌通道的电阻测量，每一个通道切换过去也就采集一两次结果，就切换走了，所以，应该也没有办法做什么数字滤波处理。

所以，可能最终的解决方法，还是要从如何降低干扰信号出发，我知道输入节点阻抗高了，一定很容易耦合进来干扰，不知道各路大神是如何处理类似这样的情况。
找过一些台式万用表的资料，基本上都是用的恒流源法测电阻，是不是恒流源法测电阻的方式对于工频干扰的抑制能力更强一些呢？后面我是打算试一试。
另外测量电压也没法使用太高，不能超过5V，万恶的客户需求。。。。。。

redroof · 发表于 2018-1-15 15:08:28

要对付工频干扰，很明显必须用带工频抑制的采样频率啊。基本上所有的高级AD在这种情况下都不能超过20Hz采样率。也就是如果你想多通道切换，极限速度还是20个通道每秒。

Earthman · 发表于 2018-1-15 15:16:21

恒流源更加困难吧，还是想做好信号处理比较好，或者用多路复用切基准电阻会不会好些

pulan · 发表于 2018-1-15 15:17:03

去年做了几乎跟你一样要求的板子，用的AD5933，测量100M的阻抗也是搞不定，后来放弃了。

redroof · 发表于 2018-1-15 15:27:17

如果你认为用单片机简单做一点平均就能把50Hz去除，那明显是你没做过

老老实实用AD自带的50Hz抑制能力吧，采样率尽量低，看你的Datasheet，如果20Hz还不行就10Hz，再不行就5Hz
采样率越低，抑制比越好。

dudududu · 发表于 2018-1-15 15:32:09

不是吧，现实如此的残酷

redroof · 发表于 2018-1-15 16:02:30

dudududu 发表于 2018-1-15 15:32
不是吧，现实如此的残酷

你确实可以自己用算法来滤50Hz，但是方法是你必须等间距的持续高速采样，然后用精确的20mS时间段（或者20的整数倍）中的数据做平均才行。
换句话说，每秒钟采样超过50次和滤50Hz干扰不可兼得。
你自己想想，如果还没有见到市电整个周期的波形，如何能去滤掉它？

dudududu · 发表于 2018-1-15 16:16:38

redroof 发表于 2018-1-15 16:02
你确实可以自己用算法来滤50Hz，但是方法是你必须等间距的持续高速采样，然后用精确的20mS时间段（或者20 ...

你说的这个道理，我懂；

我现在遇到的困惑是，需要更快的速度去测量，要是测量速度允许放到50HZ以下，不那么就不是很难解决了，ADC芯片内部确实有 50hz、60hz的陷波器，或者内部除平可以去除工频干扰，但是这样一来，整个测量速度就无法满足需求；

所以我现在回到问题的源头，就是在这样的高阻抗输入回路中，如何可以尽可能的降低感应到的工频干扰。

我试过，缩短测量导线，作用不大，用屏蔽线，也没有较大的改善，我把测量的开尔文夹子，放到一个铁盒子里也没用，估计改善layout啥的，也不见得好使，这可能和layout就没有关系，高阻抗输入回路，可能不可避免的会遇到这个很麻烦的问题。

我这样给客户解释，但是他们现在用的是一个叫啥里德的牌子的一个电桥，就可以很快速的测量100M欧姆的电阻，每秒钟测试好几千个点，精度和分辨率到不是很高，但是没有工频干扰这样的存在，我分析，应该用的是交流测量法，LRC电桥这样的方式；

于是，是不是只剩下这一条路可走了呢？

高阻抗的测试要求，精度和分辨率到没有特别高，能有1%就可以，但是就是速度要很快，被测量的板子，上千个通道。。。。。。。。。。。

孤独的猫 · 发表于 2018-1-15 16:22:51

里面加个超级电容，测量的时候，断开电源输入，测量完，在接回电源输入。。

redroof · 发表于 2018-1-15 16:24:05

dudududu 发表于 2018-1-15 15:32
不是吧，现实如此的残酷

你把AD7172-2的手册看完就知道了啊，厂家写的清清楚楚。如果同时对付国内和国外的50Hz+60Hz，那么你只能用20SPS（抑制85dB）或者16.7SPS（抑制90dB）两种选项。
如果你只对付50Hz，那么可以用50SPS模式，对精确的50HZ陷波能力120dB以上，但是陷波带宽非常窄。
或者用Sinc3滤波器，陷波带宽比较宽但是3次才稳定，也就是多通道切换能力仍然只有16.7SPS

redroof · 发表于 2018-1-15 16:28:40

dudududu 发表于 2018-1-15 16:16
你说的这个道理，我懂；

我现在遇到的困惑是，需要更快的速度去测量，要是测量速度允许放到50HZ以下，不 ...

那你试一下把整个测量电路装到屏蔽盒里而且保证接地良好，有没有用？
只装屏蔽盒不接地很可能意义不大，屏蔽盒要接地才好。

dudududu · 发表于 2018-1-15 17:16:03

redroof 发表于 2018-1-15 16:28
那你试一下把整个测量电路装到屏蔽盒里而且保证接地良好，有没有用？
只装屏蔽盒不接地很可能意义不大， ...

嗯嗯，回头试一下屏蔽。

dudududu · 发表于 2018-1-15 17:16:34

孤独的猫发表于 2018-1-15 16:22
里面加个超级电容，测量的时候，断开电源输入，测量完，在接回电源输入。。 ...

所以，您认为，这个是电源引入的工模干扰么？

孤独的猫 · 发表于 2018-1-15 17:17:58

dudududu 发表于 2018-1-15 17:16
所以，您认为，这个是电源引入的工模干扰么？

不是很确定，可以换电池试试。

kdtcf · 发表于 2018-1-15 17:32:54

redroof 发表于 2018-1-15 16:24
你把AD7172-2的手册看完就知道了啊，厂家写的清清楚楚。如果同时对付国内和国外的50Hz+60Hz，那么你只能 ...

看得出你直流测试经验非常丰富，我最近也在用这个芯片。

kdtcf · 发表于 2018-1-15 17:34:18

楼主，如果不能提高电压，那就只能屏蔽处理了，所有测试引线都做屏蔽处理，这么大的电阻用2线就可以了，比4线好解决屏蔽。

redroof · 发表于 2018-1-15 18:22:32

kdtcf 发表于 2018-1-15 17:32
看得出你直流测试经验非常丰富，我最近也在用这个芯片。

我其实没用过这么高级的芯片

我用过的24位AD也不过是ADS1220，1232和1248而已，实际对直流信号差不多稳在17位左右。
真不知道这种最低速标称值可以稳在24位的AD实际是什么效果

Arrowzhang · 发表于 2018-1-15 18:27:29

台表恒流法测大电阻还要并联一个标准电阻的，比如10 MOhm，这样电流不用变太小，电压也不会升太高。

多通道的话，模拟开关漏电流太大，只有用干簧管了，切一次怎么也得将近1ms了，还有电压建立时间，运放也要用低偏置电流的，如果是Sigma-Delta的ADC 还要考虑窗口时间。

里德这样的仪器确实强悍，感觉不只是一路测量，多通道切换的。

恒流法对这个工频干扰没帮助的，换电池做电源也白搭，一个办法是增加采样时间去做滤波，由于测试时间限制只能增加硬件成本多加几路测试同时进行，然后是降低接收的阻抗，但是待测物就是那么大这个没法改，还有就是屏蔽，一般也做不到完全屏蔽，最后要减少接收回路面积，比如切换通道部分的走线等等，其他我就不知道了。

redroof · 发表于 2018-1-15 18:29:04

dudududu 发表于 2018-1-15 17:16
所以，您认为，这个是电源引入的工模干扰么？

如果怀疑是电源引入的干扰，那么换成电池供电马上搞定。
但我感觉还有从空中传来的工频干扰，这是换电池是没效果的。

3DA502 · 发表于 2018-1-15 19:40:14

本帖最后由 3DA502 于 2018-1-15 19:43 编辑

看看ADC输入电流，端口漏电

高阻测量，用RC充电可能效果更好

bangbangji · 发表于 2018-1-15 20:34:56

同时或者间隔非常短的时间，采样你的基准电阻和被测电阻，然后按电压比例算。实时地算，不要用之前算好的基准值代入。看看这个方法有效么

knight_avr · 发表于 2018-1-15 21:32:43

前面信号调理电路，使用硬件滤波，比如4阶、6阶滤波电路，硬件滤波低通截至频率为10Hz，
每个通道单独滤波后再用信号切换开关芯片切换至ADC转换，这样ADC就可以使用最高速去采样

redroof · 发表于 2018-1-15 22:25:32

knight_avr 发表于 2018-1-15 21:32
前面信号调理电路，使用硬件滤波，比如4阶、6阶滤波电路，硬件滤波低通截至频率为10Hz，
每个通道单独滤波 ...

楼主说了有上千路啊！总不能装上千个滤波器。。。
要不就分成20个或50个一组吧，每组用一个AD，并行工作。这样就能在一秒之内采完了

沉默胜过白金 · 发表于 2018-1-15 22:33:29

几百个同样阻值大小并联。

机器人天空 · 发表于 2018-1-15 22:35:13

楼主做的这个是绝缘电阻仪吗

bailao99 · 发表于 2018-1-16 08:29:20

本帖最后由 bailao99 于 2018-1-16 11:32 编辑

应该考虑兆欧级电阻与ADC内阻的关系，两者相差很大时，电流从被测电阻流过，反之，流过ADC内阻的电流不可忽视
因此，采用一个高输入阻抗放大器做电压跟随，应该能解决不少问题

huangqi412 · 发表于 2018-1-16 09:19:50

dudududu 发表于 2018-1-15 16:16
你说的这个道理，我懂；

我现在遇到的困惑是，需要更快的速度去测量，要是测量速度允许放到50HZ以下，不 ...

找一个过来拆开看先

dudududu · 发表于 2018-1-16 14:52:37

redroof 发表于 2018-1-15 18:22
我其实没用过这么高级的芯片
我用过的24位AD也不过是ADS1220，1232和1248而已，实际对直流信号 ...

效果就是是，真的不跳动，当然实际测试输出的数据不是一个字都不跳，而是跳动很少的几个字，毕竟提供给他的参考测试源也是有波动的，但是直观的感觉，经验丰富者，用它做个六位半，应该不成问题。

dudududu · 发表于 2018-1-16 14:54:56

kdtcf 发表于 2018-1-15 17:34
楼主，如果不能提高电压，那就只能屏蔽处理了，所有测试引线都做屏蔽处理，这么大的电阻用2线就可以了，比4 ...

屏蔽试过了，效果还是不行，前面大神们说的用电池什么的，一来不太现实，而来，我现在用的就是一隔离电源，所以我觉得非常有可能不是电源引入的，就是因为阻抗太高

dudududu · 发表于 2018-1-16 14:58:47

然后呢，我做了一个有意思的测试，找两个10兆欧的电阻串联，接在12V电源上，在搞一个万用表测量中点的电压，台式表和手持表都试过，嗯，喜闻乐见的，一样样的荡漾着，也是不稳定的一个电压值；
再然后，我用台式表测量一个10兆欧的电阻，同时把示波器碳棒挂在电阻两端，示波器上出现一个2.5V左右直流叠加一个2Vpp左右50Hz交流的这样一个波形，用串口读取台式表的测量结果，慢速读取，测量值还是很准的，读取快了，也是飘得不能见人了，所以可以肯定，台式表这样的，测量高阻值，也是采用低速测量，采用数字算法滤除工频干扰。

dudududu · 发表于 2018-1-16 15:01:16

又问了下那个里德的表是个啥东东，客户没有告诉我具体型号，但是说了是一个LRC电桥，好吧，这样我就释怀了，看起来，需要搞搞交流测量了，准备搞一把音频 ADC+DAC，整个20KHz正弦波刺激下，测试简单算算分压，我觉得应该能测了，
说不定，还能小测一下电容电感呢

redroof · 发表于 2018-1-16 18:31:21

dudududu 发表于 2018-1-16 14:58
然后呢，我做了一个有意思的测试，找两个10兆欧的电阻串联，接在12V电源上，在搞一个万用表测量中点的电压 ...

你看那些台表的采样时间都是按NPLC算的，也就是用市电频率做单位，很明显是为了躲过市电的干扰啊。
不行你把你手上的台表采样时间设为1PLC或者10PLC，或者更大，看到的值应该比较稳定。然后再设为小于1PLC的采样时间，你会马上发现飘的一塌糊涂

如果台表也是这样，那么你自己做个测量电路能好到哪里？

kdtcf · 发表于 2018-1-16 21:22:44

台表都这个效果，说明直流测试根本行不通，楼主想别的办法吧，就如高频正弦交流，或者谐振。

请教如何测量兆欧级电阻

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