一种基于PI控制的低值电阻测量电路

摘要

发明公开了一种基于分段PI控制的低值电阻测量电路，属于电路设计领域。该电路包含基本的电压检测元件、电压控制的电压源(VCVS)、滤波单元、分段PI控制单元、若干电阻、直流电压源。PI控制单元接收来自电压检测元件的电压信号，同时分段PI控制单元输出控制信号控制电压控制的电压源(VCVS)的电压，使电路达到稳态(即电压检测元件的输入电压信号为0)。通过分析电压控制电压源的受控电压值，即可计算得出待测电阻的阻值。本发明能够测量小电阻值，一定程度上减少了接触电阻和电阻白噪声的影响，减少了人为误差，具有稳定性好，精度高，自动调节和方便检测的优点。

说明书

技术领域

本发明涉及电路设计领域，可应用于测量开关电阻、电缆导线电阻和工业设备接触电阻等领域。

背景技术

在我们的日常工作中检修电气设备时，往往要测量设备、元件和线路的电阻值金属电阻率等。在低值电阻测量领域，常用的方法有欧姆法、电桥法、四探针法等。

直接测量法的基本原理是利用欧姆定律U＝IR计算待测电阻值，测量低值电阻时，常常用电流流过待测电阻，会导致电阻温度升高，阻值发生改变，导致测量结果不准确。

在构建电路时会不可避免的引入导线电阻和接触电阻，大概在10

在惠斯通电桥测量电阻时需要人为对电阻进行调整，间接引入人为误差，这也是不可避免的因素。

在测量小电阻时，由于人为或器件等各种因素的影响，导致阻值测量误差较大，故可以对电路进行一些改进以减少误差。

针对人为误差的引入，利用分段PI控制电压的反馈控制原理和等效电阻的思想可以加以避免，串联的电阻和电压控制的电压源(VCVS)中，电压控制的电压源(VCVS)的电压变化可以看作阻值的变化。电压检测元件检测串联电阻间和电阻、电压控制的电压源(VCVS)间的电势差送入分段PI控制单元，产生一个控制信号调节电压控制的电压源(VCVS)的受控电压使电路平衡。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有电阻测量方法中测量精度受限于人为操作和所选器件。针对此问题，本发明提出了一种低值电阻测量电路，该电路利用分段PI单元的控制作用，起到自动反馈调节电压控制的电压源(VCVS)的输出电压的作用，能够有效减小人为误差。

为达到上述目的，本发明提供了一种基于PI控制的低值电阻测量电路，该测量电路包括电压检测元件、电压控制的电压源(VCVS)、滤波单元、分段PI控制单元、若干电阻、直流电压源。

进一步地，一个阻值未知待测电阻与一个阻值已知的电阻是串联结构。

进一步地，一个阻值已知的电阻与电压控制电压源(VCVS)是串联结构。

进一步地，两个串联电路并联，并由直流电压源提供稳定电压。

进一步地中，电压控制的电压源(VCVS)接收来自分段PI控制单元的输出信号进而改变VCVS 的受控电压信号。

进一步地，电压检测元件检测串联两个电阻间和电阻串联电压控制的电压源(VCVS)间电势差，作为分段PI控制单元的输入信号和滤波单元的输入信号。

上述方案中，滤波单元过滤电压信号中的高频交流噪声和干扰信号，提取稳定的直流信号分量。

进一步地，经过对直流信号分量的数学分析，结合使用的电阻、电压源信号，可以计算得出待测电阻的阻值。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1.电压控制的电压源等效替代了分压电阻的作用，计算结果减少了对电阻自身误差的依赖。

2.电压检测元件取两点之间电势差，能够准确判断电路是否稳定。

3.区别传统的需要人工调整的电阻测量电路，本发明依靠分段PI控制单元调节电压控制的电压源 (VCVS)控制电路整体稳定，反应快速。能够自动调整，减少人为误差。

4.滤波单元能够滤除大部分高频干扰信号，提取直流信号分量，能够进一步提高测量精度。

附图说明

图1为基于PI控制的低值电阻测量电路示意图

图2为测量电路工作流程图

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

在此提供的附图及其描述仅用于例示本发明的实施例。在各附图中的形状和尺寸仅用于示意性例示，并不严格反映实际形状和尺寸比例。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。

图1所示为本发明的具体实施电路，其中个器件的结构并不严格反映实际结构。其中R

A2是一个差分放大电路，可以用来检测两个点之间的电势差，其中K是其电压放大倍数。V2是一个电压跟随器，可以通过接收受控电压改变输出的电压值，与R

当电路趋于稳定，根据电路分压原理可以得出电路的电压关系，根据已知的参数就可以由式1得出待测电阻R

其中V

式中的V

综上所述，本发明的测量电路以电压跟随其替代了一个分压电阻的作用，并使用分段PI控制单元调节电路使其稳定，减少了人为误差的影响。并且使用SMT贴片器件，以及使用相同材质的低阻值导线构建电路，减弱了接触电阻和导线电阻的影响，能够提高测量的简便性以及准确性。反应快速，能够自动调节，电路结构简单，有利于提高低值电阻检测精度。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。