比例电阻测量

如果相同的电流通过两个电阻，则当电流变化时，它们的电压比将保持不变。这可以用公式 1 进行数学表达：

我们可以利用这些信息开发一个 A/D 转换器系统，如图 2 所示，该系统可以执行比例电阻测量，不需要恒流源或的参考电压。

图 2.显示使用 A/D 转换器进行比例电阻测量的框图。

添加了细节的比例测量：参考微调调整和可选的四线电阻测量。

在哪里：

R(set) 设置近似电流 (I)，但电流会随着测量电阻的变化而变化

测量电压 V(in) 等于 I 乘以测量电阻 R(meas)
参考电压 V(ref) 等于 I 乘以参考电阻 R(ref)

总体而言，无论电流的确切值如何，数字结果都将与 R(meas) / R(ref) 成正比。与标准方法相比，不需要电流源电路和精密参考电压。只有一个分量 R(ref) 需要稳定且。

值得注意的是，只有当 A/D 转换器具有差分输入时，这才起作用，这应该不是问题，就像大多数情况一样。大多数转换器没有差分参考输入，因此 R(ref) 必须连接到电路公共端。两个电阻必须具有相同的电流，因此，R(meas)与 R(ref)串联。图2的配置对于简单的仪表来说是可以的；然而，它可能不适合输出连接到公共端的传感器测量系统。为了解决这个问题，您需要一个具有差分参考输入的 A/D 转换器。我们将在下面的微处理器部分介绍这一点。

考虑到这一点，让我们看一下图 3 中的框图，其中添加了两个新的细节。

显示使用 A/D 转换器进行比例电阻测量的框图。

 
图 3.添加了详细信息的比率测量：参考微调调整和可选的四线电阻测量。

个添加是参考修剪调整。如果没有它，转换将只能与参考电阻一样准确。例如，0.05% 的精度需要 0.05% 或更好的电阻。通过微调，可以通过测量高精度 R(meas) 并调整微调器以获得正确的数字输出或读数来校准精度。固定参考微调电阻应高于 R(ref)。微调器应该只是固定电阻的一小部分。

第二个细节增加了可选的四线（开尔文）输入测量，有时需要的低电阻测量。如果没有它，引线连接电阻会增加到 R(meas)，增加一小部分欧姆。要看到这一点，只需使用标准万用表，将测试引线的末端夹在一起，然后测量电阻。它将读取欧姆的一小部分，而不是零。

此外，四线连接通过一组引线提供电流，并使用第二对引线测量输入。没有电流流过测量引线，因此它们不会降低电压。测量的电压实际上是 I x R(meas)，不存在因引线电阻而产生的误差。高精度仪表通常具有四线电阻测量功能。

使用低成本数字万用表进行电阻测量示例

掌握所有这些信息后，让我们深入研究使用低成本数字万用表的示例。假设我在五金店花几美元买了一个低成本的 3-1/2 数字万用表。由于IC芯片埋在环氧树脂下，我无法完全探索其电路；但是，我进行了测试，似乎使用非恒流源以这种方式运行。下面的表 1 列出了测量电阻具有 +1% 容差的结果：

结果？即使电流发生变化，读数也都在百分之一的公差范围内。

请注意，我的高精度实验室欧姆表不是这样工作的。无论测量的电阻如何，其电流都保持恒定。

使用微处理器进行比例测量

许多微处理器和微控制器都包含 A/D 转换器。与图 3 类似，图 4 显示了如何连接示例微处理器的示例框图。

使用具有差分参考输入的 A/D 转换器，您可以将测量的电阻连接到电路公共端。

图 4.使用具有差分参考输入的 A/D 转换器，您可以将测量的电阻连接到电路公共端。

使用具有差分参考输入的 A/D 转换器，您可以将测量的电阻连接到电路公共端。 然而，微处理器的 A/D 可能包括差分参考输入。如果是这样，您可以利用它将被测电阻连接到电路公共端。如图 4 所示，测量电阻器和参考电阻器互换。

大多数微处理器允许使用代码切换 A/D 输入。正参考可以切换为内部参考或外部参考，负参考可以切换为外部参考或公共参考。如果两者都切换到外部，则参考输入变为差分并且不需要连接到公共端。

此外，图 4 显示 R(meas) 现在可以连接到公共端，并且参考电阻器“浮动”。系统现在可以将输入和输出连接到公共端。虽然图中显示的是四线输入，但对于两线输入，只需将 +IN 连接到电流源，将 -IN 连接到公共端。