第14卷第2期2014年6月
南京工业职业技术学院学报JournalofNanjingInstituteofIndustryTechnology
Vol．14，No．2Jun．，2014
一种智能小电阻测试仪的设计
11
张晓阳，江国栋，朱
静
2
(1．南京工业职业技术学院能源与电气工程学院，江苏南京210023;2．江苏金智科技集团，江苏南京211100)
摘
要：针对小电阻测量准确度的问题，提出了一种四端接入的方案，在待测电阻和参考电阻两端分别提取电压信号，
采用前置放大器、双积分AD转换技术和直流比例法来抑制调理电路温漂、失调电压以及电阻负载效应的影响，准确测量流过恒定电流的小电阻上的微小压降，实现了小电阻的精密可靠测量，具有高精度、低功耗、便携性好的特点。关键词：小电阻;双积分AD;四端接入法中图分类号：TP368.2
文献标识码：A
4644（2014）02-0017-03文章编号：1671-
在电路测试过程中常常会碰到由于忽略某些小电阻的影响引起实验数据与理论值之间存在较大误
差的情况，从而影响测试效果。例如电感器、变压器中往往存在铜电阻，地铁铁轨的电阻，扬声器连接线的电阻，过电流保护电路中的检测电阻等。由于小电阻数值较小，使用万用表无法精确测量；通常实验
但电桥操作复杂，且不能直室里采用电桥进行测量，
接读出被测电阻阻值。提供一种能够便捷测量小电
阻的产品具有很大意义。
待测电阻的阻值，
即：
VX
ＲX=Ｒ
Vrefref
（1）
1小电阻测量方案
图1小电阻测试仪系统框图
小电阻测试仪的发展趋势是微型化、精确化和智能化。本文采用的小电阻测量方案如图1所示，恒流源模块
［1］
由于VX（=ISＲX）值较小，为了提高测量精确
度、抑制共模信号和温漂，将VX送仪表放大器进行如图2所示；将Vref送差分放大器，消除了接入放大，
0～2Ω、0～200mΩ端导线的等效电阻。在0～20Ω、
各档位时，调整放大电路参数，使Vref的设定输出值
VO2为2V；满量程时，使VX的设定输出值VO1为2V。电位器ＲP4的作用是零点偏移调整。其中仪表放大器的输出电压为：
VO1=（VT2－VT3）×（1+
Ｒ102Ｒ11
）×（）（2）ＲP2Ｒ9
给待测电阻提供恒定电流，四端接入
法模块输出的被测电阻压降和基准压降分别由仪表
放大单元和差分放大单元进行放大后，经双积分AD采样测得待测电阻阻值。可自动或手动选择合适的测量档位和×10电路模块，实现毫欧级电阻的测量。测量结果通过LCD屏显示，异常情况时通过蜂鸣器报警。主控板可通过串口与上位机通讯，实现丰富的人机接口界面。
2硬件设计
当待测电阻在0～20mΩ时，为提高测量精度，
单片机控制图3中的继电器J4吸合，接入乘10电路，即
VO3=（1+
Ｒ19
）V≈10VO1Ｒ20O1
（3）
［2］
系统电源提供±5V的直流电源。四端法接入电路如图1所示，恒流源流过参考电阻和待测电
阻串联电路，该四端接入电路采用直流比例法计算
11-15收稿日期：2013-），作者简介：张晓阳（1979-男，南京工业职业技术学院讲师，工程师。
测量结果除10即为待测电阻的实际阻值。当待测电阻＞20mΩ时，继电器J4断开，则VO1=VO3
。
图5双积分输出波形
分别将待测电阻的输出Vo3和差分放大的基准
输出Vo2接入双积分电路的输入，测得输出参数Vi和V'i，则所测电阻的阻值可按式（6）进行求解。
Vi
Ｒi=×Ｒo（6）
V'i其中Ｒ0为当前档位的满量程电阻值。由上可知，双积分的ＲC参数不会影响转换精度，定时器的时基精度和基准电压是影响积分精度的两个决定因数。
3
图2
仪表放大器电路
软件设计
小电阻测试仪的软件设计流程如图6所示。系统开机自检后完成初始化操作。在双积分采样的基础上，用直流比例法求出初始档位的电阻值。如电阻值异常大，则在LCD上显示“请正确接入待测电，阻”并使用蜂鸣器进行报警
。
图3乘10电路
双积分模块
［3］
采用TC514集成芯片，如图4所
示，包括清零、积分、反积分和输出复位四个过程。
逻辑控制单元接收单片机的指令，控制驱动开关的分别完成模拟信号输入端的选择以及双积分动作，
［4］
的四个工作阶段。积分器输出波形如图5所示。
Vi=Vref
TDEINTTINT
（4）
设正向积分计数脉冲N1=TINTfcp，反向积分计数脉冲N2=TDEINTfcp，其中fcp为积分时间计数单位频率，则Vi=Vref
N2
N1
（5）
图6
小电阻测试仪的软件流程图
在电阻不大于阻值最大量程时，根据测量模式决定后处理方式。处于自动模式时，通过调整档位获得最佳的测量精度，当待测电阻属于0～20mΩ范围时，系统自动切换至0～200mΩ档的同时启动乘10电路；处于手动模式时，以默认档位所测值作为测量结果。
测量结束，经过数据处理后，通过LCD显示实
图4
双积分电路
时信息。根据按键扫描的结果，跳转至按键处理程
序。随后进入下一轮的测量环节。
智能小电阻测试仪系统能实现检测方式的手动与自动切换，档位选择、开机自检、测试校准、接入故障诊断、超限报警等功能，且能实现LCD显示屏上
测量电阻的阻值范围从几毫欧到的实时状态更新，
表1
电阻编号
12345678
档位选择0～0.2（×10档）0～0.2（×10档）
0～0.20～0.20～20～20～200～20
电桥所测值（Ω）
0.010630.020050.100270.200161.000592.0008010.079019.9937
20欧姆之间。
4测试结果与数据分析
对几种典型精密电阻进行测量，并与LCＲ－817型号的电桥测量结果进行比较，如表1所示。输入端短接时测得阻值如表2所示。
误差0.000110.000180.000080.001350.004410.006160.009030.00825
精确度1.034%0.898%0.079%0.674%0.441%0.308%0.090%0.041%
电阻测试数据
小电阻测量仪所测值（Ω）
0.010520.019970.100190.198810.996181.9946410.0699719.98545
表2
档位选择零输入响应值
输入短接使测试数据
0～2Ω0.00015
0～0.2Ω0.00043
0～20Ω0.00152
仪，涉及了高精度恒流源、高性能测量放大器、四端接入法和高精度的双积分AD转换器，测量方法简单易行。实验结果表明，测试数据稳定可靠，精确度小于百分之一，具有很好的工程推广前景。
(本项目作品获第四届全国高校电子信息实践创新作品)评选一等奖和教学成果一等奖。参考文献：
［1］吴文全．小电阻测量方法研究［J］．电测与仪表，2003
(11):26-28．
［2］．物理测试，刘志存．微小电阻测量方法及关键技术［J］
2005(1):34-36．
［3］J］．仪器邝继顺．嵌入式双积分模数转换器的应用研究［
2001(1):25-27．仪表学报，
［4］．古利．双积分A/D转换技术的抗干扰性分析［J/OL］
［2014-1-15］．http://max．book118．com/html/2014/0325/6949757．shtm．
［5］．物理测试，刘志存．微小电阻测量方法及关键技术［J］
2005(1):34-36．
由表1可以看出，本测试仪的测量误差均小于
［5］
±1%，实现了高精度测量。由表2可以对信噪比进行计算：
UＲmax18.05425
S/N（dB）=20log（=20log=81.49dB
UＲmin0.00152双积分AD转换器（TC514）转换噪声衰减按最
小值－20dB来计算，系统的S/N可达101.8149dB，由此说明系统的性噪比
很高。
该测试仪的测量精度高，电阻值不受引线长短
［5］
读数直观，及接触电阻的影响。具有测量测量简便，且测量精度、分辨率也高于一般电桥。
5结论
本文提出了基于直流比例法的小电阻的测试
TheDesignofSmallＲesistancesTsster
ZHANGXiao-yang1，JIANGGuo-dong1，ZHUJing2
（1．NanjingInstituteofIndustryTechnology，Nanjing210023，China；
2．JinzhiTechnologyGroup，Nanjing211100，China）
Abstract：Toimproveaccuracyofsmallresistancetester，thispaperpresentsawayoffour-wireconnectionmethod，calculatesmicrovolt-ageofmeasuringresistancebyturningtothepre-amplifier，dualintegralADconvertorandDCproportionmethod，minimizestheimpactbytemperatureandoffsetvoltageandresistiveload．Itrealizesprecisionmeasuringofsmallresistances，andhascharacteristicsofhigh-precision，lowpowerconsumption，portability．
Keywords：smallresistances；doubleintegratingA/D；four-wiremethod
(责任编辑陈晓润)
第14卷第2期2014年6月
南京工业职业技术学院学报JournalofNanjingInstituteofIndustryTechnology
Vol．14，No．2Jun．，2014
一种智能小电阻测试仪的设计
11
张晓阳，江国栋，朱
静
2
(1．南京工业职业技术学院能源与电气工程学院，江苏南京210023;2．江苏金智科技集团，江苏南京211100)
摘
要：针对小电阻测量准确度的问题，提出了一种四端接入的方案，在待测电阻和参考电阻两端分别提取电压信号，
采用前置放大器、双积分AD转换技术和直流比例法来抑制调理电路温漂、失调电压以及电阻负载效应的影响，准确测量流过恒定电流的小电阻上的微小压降，实现了小电阻的精密可靠测量，具有高精度、低功耗、便携性好的特点。关键词：小电阻;双积分AD;四端接入法中图分类号：TP368.2
文献标识码：A
4644（2014）02-0017-03文章编号：1671-
在电路测试过程中常常会碰到由于忽略某些小电阻的影响引起实验数据与理论值之间存在较大误
差的情况，从而影响测试效果。例如电感器、变压器中往往存在铜电阻，地铁铁轨的电阻，扬声器连接线的电阻，过电流保护电路中的检测电阻等。由于小电阻数值较小，使用万用表无法精确测量；通常实验
但电桥操作复杂，且不能直室里采用电桥进行测量，
接读出被测电阻阻值。提供一种能够便捷测量小电
阻的产品具有很大意义。
待测电阻的阻值，
即：
VX
ＲX=Ｒ
Vrefref
（1）
1小电阻测量方案
图1小电阻测试仪系统框图
小电阻测试仪的发展趋势是微型化、精确化和智能化。本文采用的小电阻测量方案如图1所示，恒流源模块
［1］
由于VX（=ISＲX）值较小，为了提高测量精确
度、抑制共模信号和温漂，将VX送仪表放大器进行如图2所示；将Vref送差分放大器，消除了接入放大，
0～2Ω、0～200mΩ端导线的等效电阻。在0～20Ω、
各档位时，调整放大电路参数，使Vref的设定输出值
VO2为2V；满量程时，使VX的设定输出值VO1为2V。电位器ＲP4的作用是零点偏移调整。其中仪表放大器的输出电压为：
VO1=（VT2－VT3）×（1+
Ｒ102Ｒ11
）×（）（2）ＲP2Ｒ9
给待测电阻提供恒定电流，四端接入
法模块输出的被测电阻压降和基准压降分别由仪表
放大单元和差分放大单元进行放大后，经双积分AD采样测得待测电阻阻值。可自动或手动选择合适的测量档位和×10电路模块，实现毫欧级电阻的测量。测量结果通过LCD屏显示，异常情况时通过蜂鸣器报警。主控板可通过串口与上位机通讯，实现丰富的人机接口界面。
2硬件设计
当待测电阻在0～20mΩ时，为提高测量精度，
单片机控制图3中的继电器J4吸合，接入乘10电路，即
VO3=（1+
Ｒ19
）V≈10VO1Ｒ20O1
（3）
［2］
系统电源提供±5V的直流电源。四端法接入电路如图1所示，恒流源流过参考电阻和待测电
阻串联电路，该四端接入电路采用直流比例法计算
11-15收稿日期：2013-），作者简介：张晓阳（1979-男，南京工业职业技术学院讲师，工程师。
测量结果除10即为待测电阻的实际阻值。当待测电阻＞20mΩ时，继电器J4断开，则VO1=VO3
。
图5双积分输出波形
分别将待测电阻的输出Vo3和差分放大的基准
输出Vo2接入双积分电路的输入，测得输出参数Vi和V'i，则所测电阻的阻值可按式（6）进行求解。
Vi
Ｒi=×Ｒo（6）
V'i其中Ｒ0为当前档位的满量程电阻值。由上可知，双积分的ＲC参数不会影响转换精度，定时器的时基精度和基准电压是影响积分精度的两个决定因数。
3
图2
仪表放大器电路
软件设计
小电阻测试仪的软件设计流程如图6所示。系统开机自检后完成初始化操作。在双积分采样的基础上，用直流比例法求出初始档位的电阻值。如电阻值异常大，则在LCD上显示“请正确接入待测电，阻”并使用蜂鸣器进行报警
。
图3乘10电路
双积分模块
［3］
采用TC514集成芯片，如图4所
示，包括清零、积分、反积分和输出复位四个过程。
逻辑控制单元接收单片机的指令，控制驱动开关的分别完成模拟信号输入端的选择以及双积分动作，
［4］
的四个工作阶段。积分器输出波形如图5所示。
Vi=Vref
TDEINTTINT
（4）
设正向积分计数脉冲N1=TINTfcp，反向积分计数脉冲N2=TDEINTfcp，其中fcp为积分时间计数单位频率，则Vi=Vref
N2
N1
（5）
图6
小电阻测试仪的软件流程图
在电阻不大于阻值最大量程时，根据测量模式决定后处理方式。处于自动模式时，通过调整档位获得最佳的测量精度，当待测电阻属于0～20mΩ范围时，系统自动切换至0～200mΩ档的同时启动乘10电路；处于手动模式时，以默认档位所测值作为测量结果。
测量结束，经过数据处理后，通过LCD显示实
图4
双积分电路
时信息。根据按键扫描的结果，跳转至按键处理程
序。随后进入下一轮的测量环节。
智能小电阻测试仪系统能实现检测方式的手动与自动切换，档位选择、开机自检、测试校准、接入故障诊断、超限报警等功能，且能实现LCD显示屏上
测量电阻的阻值范围从几毫欧到的实时状态更新，
表1
电阻编号
12345678
档位选择0～0.2（×10档）0～0.2（×10档）
0～0.20～0.20～20～20～200～20
电桥所测值（Ω）
0.010630.020050.100270.200161.000592.0008010.079019.9937
20欧姆之间。
4测试结果与数据分析
对几种典型精密电阻进行测量，并与LCＲ－817型号的电桥测量结果进行比较，如表1所示。输入端短接时测得阻值如表2所示。
误差0.000110.000180.000080.001350.004410.006160.009030.00825
精确度1.034%0.898%0.079%0.674%0.441%0.308%0.090%0.041%
电阻测试数据
小电阻测量仪所测值（Ω）
0.010520.019970.100190.198810.996181.9946410.0699719.98545
表2
档位选择零输入响应值
输入短接使测试数据
0～2Ω0.00015
0～0.2Ω0.00043
0～20Ω0.00152
仪，涉及了高精度恒流源、高性能测量放大器、四端接入法和高精度的双积分AD转换器，测量方法简单易行。实验结果表明，测试数据稳定可靠，精确度小于百分之一，具有很好的工程推广前景。
(本项目作品获第四届全国高校电子信息实践创新作品)评选一等奖和教学成果一等奖。参考文献：
［1］吴文全．小电阻测量方法研究［J］．电测与仪表，2003
(11):26-28．
［2］．物理测试，刘志存．微小电阻测量方法及关键技术［J］
2005(1):34-36．
［3］J］．仪器邝继顺．嵌入式双积分模数转换器的应用研究［
2001(1):25-27．仪表学报，
［4］．古利．双积分A/D转换技术的抗干扰性分析［J/OL］
［2014-1-15］．http://max．book118．com/html/2014/0325/6949757．shtm．
［5］．物理测试，刘志存．微小电阻测量方法及关键技术［J］
2005(1):34-36．
由表1可以看出，本测试仪的测量误差均小于
［5］
±1%，实现了高精度测量。由表2可以对信噪比进行计算：
UＲmax18.05425
S/N（dB）=20log（=20log=81.49dB
UＲmin0.00152双积分AD转换器（TC514）转换噪声衰减按最
小值－20dB来计算，系统的S/N可达101.8149dB，由此说明系统的性噪比
很高。
该测试仪的测量精度高，电阻值不受引线长短
［5］
读数直观，及接触电阻的影响。具有测量测量简便，且测量精度、分辨率也高于一般电桥。
5结论
本文提出了基于直流比例法的小电阻的测试
TheDesignofSmallＲesistancesTsster
ZHANGXiao-yang1，JIANGGuo-dong1，ZHUJing2
（1．NanjingInstituteofIndustryTechnology，Nanjing210023，China；
2．JinzhiTechnologyGroup，Nanjing211100，China）
Abstract：Toimproveaccuracyofsmallresistancetester，thispaperpresentsawayoffour-wireconnectionmethod，calculatesmicrovolt-ageofmeasuringresistancebyturningtothepre-amplifier，dualintegralADconvertorandDCproportionmethod，minimizestheimpactbytemperatureandoffsetvoltageandresistiveload．Itrealizesprecisionmeasuringofsmallresistances，andhascharacteristicsofhigh-precision，lowpowerconsumption，portability．
Keywords：smallresistances；doubleintegratingA/D；four-wiremethod
(责任编辑陈晓润)