高精度可調合成電阻、基于該合成電阻的自動測試系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及高精度電阻的開發與設計領域。
【背景技術】
[0002]高精度合成電阻的作用是通過數控獲得高精度電阻，其主要應用于電阻類傳感器的測試電路或儀表的自動校準。高精度合成電阻的自動測試系統能夠自動測試合成電阻的各項參數，還能夠更加方便的完成合成電阻的自檢。
[0003]現有的高精度合成電阻多數采用運算放大器和數模轉換器實現合成電阻，再通過編程得到輸入電壓及電流的比值，即可獲得可編程的線性電阻。但是采用這種方式搭建的合成電阻在搭建過程中非常復雜，而且當數模轉換器的參考電壓較小時，合成電阻精度也不高。因此研發一個具有高精度的合成電阻是十分必要的。而現有合成電阻的測試系統多采用高精度數字萬用表，是通過手動方法實現的。但是手動測量繁瑣復雜，且由于環境因素使得測量值偏差較大，在高精度測量中無法應用。
【發明內容】
[0004]本發明為了解決現有的合成電阻及其自動測試系統搭建復雜、測量精度低及現有的合成電阻的自動測試系統測試方式復雜，且受環境影響使得測量精度較低的問題，提出了高精度可調合成電阻、基于該合成電阻的自動測試系統及方法。
[0005]本發明的核心設計是集成AD/DA板卡和中央處理器的應用，與傳統合成電阻相比，高精度的集成AD/DA板卡提高了合成電阻的精度，中央處理器易于擴展，可以嵌入多種算法，例如平均值濾波，PID控制等，又由于集成度高，使得其穩定性好。且在PC機中嵌入的信號處理模塊用于采集、存儲及處理萬用表采集的電壓數據和電流數據。其中，平均值濾波是對輸入的高頻信號進行濾波，最后使合成電阻值更加準確；PID控制實時采集實際的合成電阻值，并與設定的合成電阻值進行比較跟隨，使最后得到的合成電阻值更加準確。
[0006]高精度可調合成電阻，它包括一號輸入接線端A0、二號輸入接線端B0、信號前端處理電路1、集成AD/DA板卡2、穩壓源3和中央處理器4 ;
[0007]信號前端處理電路I包括采樣電阻Rb和運算放大器A ;采樣電阻Rb的一端連接運算放大器A的正極輸入端；運算放大器A的負極輸入端同時連接運算放大器A的輸出端和集成AD/DA板卡2的AD信號輸入端；運算放大器A的正極電源輸入端連接穩壓源3的正極電源輸出端；運算放大器A的負極電源輸入端連接穩壓源3的負極電源輸出端；
[0008]—號輸入接線端AO連接采樣電阻Rb的一端；采樣電阻Rb的另一端接地；二號輸入接線端BO連接集成AD/DA板卡2的DA信號輸入端；
[0009]中央處理器4的AD/DA信號輸入輸出端連接集成AD/DA板卡2的AD/DA信號輸出輸入端。
[0010]基于高精度可調合成電阻的自動測試系統，該系統還包括PC機5、一號萬用表6和二號萬用表7 ；PC機5中嵌入信號處理模塊5-1 ；
[0011]—號萬用表6的兩個輸出端分別連接米樣電阻Rb的兩端；二號萬用表7的兩端分別連接一號輸入接線端AO和二號輸入接線端BO ;—號萬用表6與PC機5之間通過串口連接；二號萬用表7與PC機5之間通過串口連接；
[0012]信號處理模塊5-1用于采集、存儲及處理一號萬用表6和二號萬用表7采集的數據。
[0013]高精度可調合成電阻的自動測試系統的自動測試方法，該自動測試方法包括下述步驟:
[0014]步驟一、在高精度可調合成電阻的一號輸入接線端AO和二號輸入接線端BO之間加入測試激勵，測試激勵為電壓源或電流源；
[0015]步驟二、采用一號萬用表6測量輸入的電流，采用二號萬用表7測量輸入的電壓；
[0016]步驟三、設置一號萬用表6和二號萬用表7的串口參數，包括串口波特率和奇偶校驗位，同時設置PC機5中信號處理模塊5-1的串口參數，使信號處理模塊5-1的串口參數分別與一號萬用表6和二號萬用表7的串口參數一致；
[0017]步驟四、通過PC機5中的信號處理模塊5-1設置測量時間間隔和測量時間，并連接一號萬用表6和二號萬用表7使其處于遙控狀態，開始測試；
[0018]步驟五、PC機5中的信號處理模塊5-1米集一號萬用表6和二號萬用表7測量的電壓數據或電流數據，并將電壓數據或電流數據以圖表形式顯示在PC機5上；同時，信號處理模塊5-1對電壓數據或電流數據做均值處理，獲得電壓平均值和電流平均值，電壓平均值和電流平均值相除即為最終的測量電阻值。
[0019]步驟二中的采用一號萬用表6測量輸入的電流是輸入電流通過采樣電阻轉換成電壓實現測量的。
[0020]有益效果:
[0021]1、基于集成AD/D板卡的高精度可調合成電阻，能夠方便地獲得可調合成電阻的阻值，與傳統合成電阻相比，本發明中的高精度可調合成電阻集成度高，易于構建，易于擴展。
[0022]2、當高精度可調合成電阻的輸入端為電流源輸入時，信號前端處理電路能夠完成電流電壓的轉換，與傳統電流電壓轉換電路相比，該電路電流流入信號地，不會對后續電路產生影響。
[0023]3、本發明中的基于高精度可調合成電阻的自動測試系統及方法，采用萬用表和PC機實現系統自檢，與傳統測試方法相比，自動化程度高，可實現數據的自動測量、采集和分析，排除了手動測試的誤差，提高了設備精度。
[0024]本發明所述的高精度可調合成電阻能夠同時在電壓信號輸入和電流信號輸入兩種狀態下工作，而無需改變電路結構。因此，降低了產品實現的復雜性和成本。同時采用了高精度的集成AD/DA板卡，其精度達到0.002%，保證了高精度可調合成電阻的自動測試系統的整體精度。本發明還適用于其它電阻及電阻的自動測試。
【附圖說明】
[0025]圖1為高精度可調合成電阻的結構示意圖；
[0026]圖2為高精度可調合成電阻的自動測試系統的電路連接關系圖。
【具體實施方式】
[0027]【具體實施方式】一、參照圖1具體說明本實施方式，本實施方式所述的高精度可調合成電阻，它包括一號輸入接線端A0、二號輸入接線端B0、信號前端處理電路1、集成AD/DA板卡2、穩壓源3和中央處理器4 ;
[0028]信號前端處理電路I包括采樣電阻Rb和運算放大器A ;采樣電阻Rb的一端連接運算放大器A的正極輸入端；運算放大器A的負極輸入端同時連接運算放大器A的輸出端和集成AD/DA板卡2的AD信號輸入端；運算放大器A的正極電源輸入端連接穩壓源3的正極電源輸出端；運算放大器A的負極電源輸入端連接穩壓源3的負極電源輸出端；
[0029]—號輸入接線端AO連接米樣電阻Rb的一端；米樣電阻Rb的另一端接地；二號輸入接線端BO連接集成AD/DA板卡2的DA信號輸入端；
[0030]中央處理器4的AD/DA信號輸入輸出端連接集成AD/DA板卡2的AD/DA信號輸出輸入端。
[0031]合成電阻的基本工作原理及使用方法是:根據一號輸入接線端AO和二號輸入接線端BO的輸入信號，調節端口電壓(一號輸入接線端AO與二號輸入接線端BO的輸入信號的差)與電流的比值，來模擬輸出電阻R。根據圖1所示，合成電阻的輸入電壓U = Ua-Ub,輸入電流為I，等效的輸出電阻R = U/I = (Ua-Ub)/Iο
[0032]下面分兩種情況，介紹合成電阻的工作過程:
[0033]1、輸入信號為電壓信號
[0034]當合成電阻的輸入信號為電壓信號時，端口電壓U是固定值，等效的輸出電阻通過改變電流I來調節。根據圖1，合成電阻的輸出電流I = Ua/Rb，Rb是信號前端處理電路中的基準電阻。Ub是集成AD/DA板卡中的DA信號的輸出電壓。Ua-Ub是一個固定值U，當調節Ub時，Ua會隨之變化，進而使得電流I也隨之變化，從而實現了調節輸出電阻的目的。
[0035]保持一號輸入接線端AO的輸入電壓信號和二號輸入接線端BO的輸入電壓信號的差值為一個固值U，通過中央處理器4和集成AD/DA板卡2向二號輸入接線端BO輸入可調節的電壓信號Ub，根據合成電阻的輸入電壓U = Ua-Ub，可知Ua值隨Ub變化而變化；又根據合成電阻的輸出電流I = Ua/Rb，可知此時合成電阻的輸出電流I隨Ua變化而變化；又根據合成電阻R = U/I = (Ua-Ub) /I，此時合成電阻R的大小隨合成電阻的輸出電流I變化而變化，即獲得可調合成電阻R。
[0036]2、輸入信號為電流信號
[0037]當合成電阻的輸入信號為電流信號時，輸入電流I是固定值，等效的輸出電阻通過改變端口電壓U來調節。由于I = Ua/Rb，當I固定時，電壓Ua也固定不變。又根據公式U = Ua-Ub，若想獲得變化的端口電壓U，直接調節集成AD/DA板卡中的DA信號的輸出電壓Ub,即可調節合成電阻的端口電壓U，從而實現調節輸出電阻的目的。
[0038]保持輸入電流I為固定值，通過中央處理器4和集成AD/DA板卡2向二號輸入接線端BO輸入可調節的電壓信號Ub，根據合成電阻的輸出電流I = Ua/Rb，可知此時Ua固定不變；又根據合成電阻的輸入電壓U = Ua-Ub，可知U隨Ub變化而變