测试系统与模块化组件 电 子 测 量 技 术
ＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｅ Ｔ
第３５卷第３期２０１２年３月
自动电阻测试仪的设计及其误差处理
张玉健 张江伟
（）徐州工业职业技术学院机电工程技术学院 徐州 ２２１１４０
摘 要：设计了一款宽范围自动量程转换电阻测试仪。以Ｓ通过继电器自动转换量程，由高ＴＣ１２Ｃ５Ａ０８Ｓ２为核心，阻抗运放Ｌ得到不同的输出电压，经过单片机自带的１Ｆ３５６组成比例运算电路，０位ＡＤＣ并通过换算得到被测电阻提高测试精度的方法，并根据测试结果利用软件补偿硬件的方法使用曲线拟合的阻值。详细分析了各量程的分辨率，
的方式进行误差处理，在测试值和实际值之间建立方程来减小误差，最终测试结果表明各量程的最大测量误差为测量范围宽，精度高的特点。１％。具备使用方便，
关键词：电阻测量；误差处理；曲线拟合ＳＴＣ１２Ｃ５Ａ０８Ｓ２；中图分类号：ＴＰ２ 文献标识码：Ａ
Ｄｅｓｉｎａｎｄｅｒｒｏｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆａｕｔｏｍａｔｉｃｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｔｅｓｔｅｒ ｇ
ＺｈａｎＹｕｉａｎｈａｎＪｉａｎｗｅｉ Ｚｇｊｇｇ
（，）ＸｕｚｈｏｕｃｏｌｌｅｅｏｆｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｔｅｃｈｎｏｌｏＸｕｚｈｏｕ２２１１４０ ｇｇｙ
：，ＡｂｓｔｒａｃｔＤｅｓｉｎｏｆａｗｉｄｅｒａｎｅｏｆａｕｔｏｍａｔｉｃｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｔｅｓｔｅｒｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．ＳＴＣ１２Ｃ５Ａ０８Ｓ２ｉｓｕｓｅｄａｓｔｈｅｃｏｒｅａｎｄｔｈｅ ｇｇｒｏｏｒｔｉｏｎｉｓｕｓｅｄｆｏｒａｕｔｏｍａｔｉｃｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｒａｎｅ．ＢｔｈｅｈｉｈｉｍｅｄａｎｃｅｏａｍＬＦ３５６ｃｏｍｏｓｉｔｉｏｎｏｅｒａｔｉｏｎｒｅｌａ － ｐｐｇｙｇｐｐｐｐｐｙ ，，ｃｉｒｃｕｉｔｅｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｏｕｔｕｔｖｏｌｔａｅ．Ｂｓｉｎｌｅｃｈｉｗｉｔｈ１０ＡＤＣａｎｄｔｈｅｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｉｔｃａｎｅｔｔｅｓｔｅｄｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｔｈｅ ｇｐｇｙｇｐｇ ，ａｅｒｒｅｓｉｓｔｅｒ．Ｔｈｉｓａｎａｌｚｅｓｅａｃｈｒａｎｅｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｉｍｒｏｖｅｓｔｈｅａｃｃｕｒａｃｏｆｔｈｅｔｅｓｔｍｅｔｈｏｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｔｏｔｈｅｔｅｓｔ ｐｐｙｇｐｙｇ
，ｒｅｓｕｌｔｓｕｓｉｎｓｏｆｔｗａｒｅｃｏｍｅｎｓａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｗｉｔｈｃｕｒｖｅｆｉｔｔｉｎｉｓｕｓｅｄｆｏｒｅｒｒｏｒｈａｎｄｌｉｎ．ｅｕａｔｉｏｎｓａｒｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｇｐｇｇｑ ｂｅｔｗｅｅｎｉｎｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｄｖａｌｕｅａｎｄｔｈｅａｃｔｕａｌｖａｌｕｅｔｏｒｅｄｕｃｅｅｒｒｏｒｓ．Ｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｒａｎｅｏｆｔｈｅｍａｘｉｍｕｍ ｇ，，ｅｒｒｏｒｏｆｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｉｓ１％．Ｔｈｅｓｓｔｅｍｉｓｅａｓｔｏｕｓｅａｎｄｉｔｈａｓｗｉｄｅｍｅａｓｕｒｉｎｒａｎｅａｎｄｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｈｉｈ ｙｙｇｇｇ ｒｅｃｉｓｉｏｎ．ｐ
：；；ＫｅｗｏｒｄｓｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓＳＴＣ１２Ｃ５Ａ０８Ｓ２；ｅｒｒｏｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｃｕｒｖｅｆｉｔｔｉｎ －ｇｙ
０ 引 言
在工程实践和科学研究中，电阻测量经常遇到，电力系统中的变压器绕组测量需要测量的电阻很小，而在测量木材等电阻时需要测量的电阻又很大，目前市场上的普通万传统的测量方法难以实现同时精确用表测量的量程受限，
］１２－。鉴于此，测量大电阻和小电阻，满足不了要求［本文以
用ＳＳＴＣ１２Ｃ５Ａ０８Ｓ２为核心，ＴＣ１２Ｃ５Ａ０８Ｓ２自带的１０位
／并自动转换量程的ＡＤ转换芯片设计开发了一款宽量程，电阻测试仪。
图１ 电阻测量原理电路
１ 电阻测量原理
电阻的测量原理其实质是将标准电阻和测量电阻进行
３］
，并将其转换成电压值［本文的电阻测量原理电路如比较，
输入电压Ｖｉ和输出电压Ｖｏ关系为：
图１所示。
ｒＲｆｉｘ（）Ｖｏ＝－１
ＲｉｎｄＶｏＶｉ
（）２＝－
ｄＲｆＲｘｉｎ对于不同量程的电阻可以通过改变比较电阻Ｒｉｎ的值
０１２年２月收到。 本文于２
·８７·
５卷 第３
电 子 测 量 技 术
表１可发现输出电压的范围在５ｍＶ～５Ｖ，后续电路的处
理可以用单片机。
４］
。通过式（以适应分辨率和输出电压的要求［表明，量程２）
分辨率就越小，故测量大电阻会使精度受到影挡位越大，
５］
。由响。根据一般的要求，将电阻测量仪分成５个挡位［
表１ 量程分配
挡位１ ２ ３ ４ ５
Ｒｘ范围ｆ１～１００ １００～１ｋΩ１ｋ０ｋΩ～－１Ω１０ｋ０ＭΩΩ～－１１Ｍ～－１０００ＭΩ
ＲＶｉ＝５Ｖ）ｉｎ比较电阻（
１００ １ｋΩ１０ｋΩ１０ＭΩ１０００ＭΩ
ＶｉＲｘｆ输出电压｜Ｖｏ｜＝
Ｒｉｎ５０ｍＶ～５０００ｍＶ ５００ｍＶ～５０００ｍＶ ５００ｍＶ～５０００ｍＶ ５ｍＶ～５０００ｍＶ ５ｍＶ～５０００ｍＶ
ＶｉＶｉＶｏ电压分辨率ｄ＝＝
ｄＲＲＲｘｉｎｉｎｆ／５０ｍＶΩ
／５ｍＶΩ／５ｍＶ１０Ω／５ｍＶ１０ｋΩ／５ｍＶ１ＭΩ
本设计中采 分辨率的高低与模数转换器的位数有关，
／降用ＳＴＣ１２Ｃ５Ａ０８Ｓ２型单片机内部自带的ＡＤ转换器，低了开发成本，输入信号范围为０～５．转换字Ｄ为１２Ｖ，，／将测量电压直接送给Ａ则线性对应的分辨率０～１０２４Ｄ，
／字，对应到电阻值：为５ｍＶ
３－
ＶｏＲＲＤ５×１０ｉｎｉｎＲｆ＝－ｘ＝－
ＶｉＶｉ
则电阻的分辨率为：３－
ｄＲｆＲ５×１０ｘｉｎ＝－ｄＤＶｉ
为提高测试仪的测量精度，在电源电路和测量电路部分做了如下处理。２．１ 电源电压处理
），测试仪使用１为使单片机在处０位的ＡＤＣ（０～１０２４减小误差，系统将单片机的工作电压理数据时便于计算，
即Ａ如图３）将输ＤＣ的参考电压通过扩大电压输出电路（出电压调整为５．１２Ｖ。
（）３
（）４
各量程电阻测量分辨率如表２所示。
表２ 各量程分辨率
量程
１００Ω１ｋΩ
１Ω
１０ｋ０ＭΩ１０００ＭΩΩ１ １０Ω
１ｋΩ
１ＭΩ
电阻值／字０．１Ω
２ 硬件电路设计与问题分析
硬件电路以Ｓ是单时钟／机器ＴＣ１２Ｃ５Ａ０８Ｓ２为核心，、周期（高速、低功耗、超强干扰的新一代８１Ｔ）０５１单片机，，指令代码完全兼容８但速度要快８～１０５１２倍。内部集成
／）。了８路１０位ＡＤ转换（２５万次／ｓ
量程切换电路采用吸合电流为２４ｍＡ的继电器Ｇ５Ｖ－其导通电流的性较好。测量数据采用液晶屏１，
可以扩展ＬＣＤ１６０２显示。系统同时设置了键盘输入接口，便于进行电阻的筛选。测试仪整体结构框图如图２功能，所示。
图３ 单片机电源处理电路
稳压管ＣＷ７８０５的电压Ｕ＝５Ｖ，Ｉｗ为稳压器的静态
电流，一般为几ｍＡ。系统中通过测试为５ｍＡ。
Ｒ２
（）Ｒ２５＋ＩＷＲ１
系统中的Ｒ２通过调整取值为１２Ω。输出端即可将电压调整为５．１２Ｖ。
１＋Ｕ０＝Ｕ
（）２．２ 集成运放的选取
为了提高测量精度，测量电路（如图４）在电压转换时。Ｌ采用集成运放ＬＦ３５６Ｆ３５６是一个合成的ＪＦＥＴ输入的它把匹配的高电压Ｊ运算放大器，ＦＥＴ晶体管和标准的双。其特征极性晶体管集成在一块芯片上（双极ＦＥＴ技术）是低输入失调和偏置电流、低偏置电压和偏置电压漂移、可以进行偏置调节而不会降低漂移和共模抑制比，输入阻。抗为１低温漂运算放大器０Ｅ＋１３Ｌ２采用的是高精度、
，它作用是调零和反向再由ＬＯＰ０７ＤＣ。２将电压送给Ａ
图２ 电阻测试仪硬件系统
·８８·
自动电阻测试仪的设计及其误差处理 张玉健等：
第３期
３ 误差处理
系统内部和外部的各种电气干扰、系统的结构设计、元器件选择、安装、制造工艺和外部环境条件等都会造成
６］
，为提高电阻测试仪的的精度，减小实际测测量的误差［
量值与真实值之间的误差，本测试仪采用了软件补偿硬件在实际值与测量值之间寻找规律，建立函数，使所的方法，
有的固有误差得到最有效的补偿，同时实现了自动校零的功能。
］７８－，误差调整采用曲线拟和方法［对于测得的数据资
通过ｍ料，ａｔｈｅｍａｔｉｃａ以最小二乘法的原理对数据进行线性拟和或ｎ多次多项式等曲线拟合。将ＬＴＨ２８１１电桥测建立内插试结果与测试仪实测电阻数据进行预测量处理，
图４ 测量电路
公式，分量程进行处理。如表３所示为第二挡（１００～的测量数据。１ｋΩ）
表３ 第二挡（预处理测量数据１ｋΩ）
电桥测量阻值／Ω
实际测量阻值／Ω测量误差／Ω
９８１８９９１７６８９９２６９３７０７２２４８２６２３４１６ １ １ ２ ２ ２ ３ ３ ４ ５ ６ ６ ７ ８ ９９０１３９５１４７０００３０００７８８０４２０２８５５７４１ １ １ ２ ２ ３ ３ ４ ４ ５ ６ ７ ７ ８ ９－８
－５
－５
－３
２
１
４
７
８
８
１６
２０
２３
２３
２５
ｄ＝ＬｉｓｔＰｌｏｔＡ 利用测得的数据根据散点图作图指令ｐ
｛，｛，，得到图形如图５所示。其中Ａ＝｛９８，－８｝１１８－５｝，｝，｛，，｛，，｛，，｛，，｛，｛１９９－５２１７－３｝２６８２｝２９９１｝３２６４｝３９３
｝，｛，，｛，，｛，，｛，，｛，，７４７０８｝５７２８｝６２４１６｝６８２２０｝７６２２３｝，｝，｛，｝｝｛８３４２３９１６２５
［＿］［｛｝，］１ｘ＝ＦｉｔＡ，１，ｘｘ Ｆ
结果为－１１．０４２２＋０．０４１５５１ｘ 所示。
（）６
将拟和函数的图形与数据图形叠加比较，如图６
图６ 数据图和拟合函数叠加
图５ 散点
经过误差处理后的自动电阻仪测得的数据如表４所示。
在ｍ上述数据的ａｔｈｅｍａｔｉｃａ中利用Ｆｉｔ指令拟和数据，线性拟和如下：
表４ 第二挡（预处误差处理后数据１ｋΩ）
电桥测量阻值／Ω
实际测量阻值／Ω
９８１８９９１７６８９９２６９３７０７２２４８２６２３４１６ １ １ ２ ２ ２ ３ ３ ４ ５ ６ ６ ７ ８ ９９８１７９８１６７０００２７９３７２７０２８８５６４３５１９ １ １ ２ ２ ３ ３ ３ ４ ５ ６ ６ ７ ８ ９
经过测试表明通过误 其他几个挡位采用同样的方法，差补偿的方法达到了较好的效果，大大提高了测量的精度。
４ 结 论
用上文设计的电阻测试仪测量电阻的范围较宽，利于
（下转第１１１页）
·８９·
基于ＦＳＭ的平板模型研究 肖河川等：
磨损（腐蚀）情况的变化。按照平板模型理论转化的厚度变在一定程度上证明了Ｆ化也与实际变化厚度极为吻合，ＳＭ方法对平板模型的适用性，其准确性和精度得到验证，为ＦＳＭ技术应用于油气管道监测奠定了一定的基础。
第３期
［，４］ＣＡＮＬＡＮＲＪＢＯＯＴＨＴＨＭＡＮＲ Ｍ．Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ Ｓ
ｅｘｅｒｉｅｎｃｅｉｎｔｈｅｒｅｆｉｎｅｒｉｎｄｕｓｔｒｕｓｉｎｍｏｎｉｒｏｒｉｎ ｐｙｙｇｇ
ｔｈｅＳＭｅｃｈｎｉｕｅ［Ｃ］．ＣＯＲＲＯＳＩＯＮ００３： Ｆ ｔ ２ｑ１１１４１１１６．－［］５ＯＥＤ，ＳＴＲＯＭＭＥＮ Ｈ，ＨＯＲＮ Ｋ Ｒ．Ａｕｎｉｕｅｍｅｔｈｏｄ Ｒ ｑ
ｆｏｒｍｏｎｉｔｏｒｉｎｃｏｒｒｏｓｉｏｎｏｆｓｔｅｅｌｉｉｎａｎｄｖｅｓｓｅｌｓ ｇｐｐｇ ［］，（）：Ｊ．ＭａｔｅｒｉａｌＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ１９９３，３２３５０５５． －［］译．６ＦＳＭ—一种完美的监测钢制管道和容器 段光才，
］腐蚀的方法［石油化工腐蚀与防护，Ｊ．１９９４，３：４３４５．－［］，７ＣＡＮＬＡＮＲＪＢＯＯＴＨＭＡＮＲ Ｍ，ＣＬＡＲＩＤＡＤＲ， Ｓ
Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｏｎｉｔｏｒｉｎｘｅｒｉｅｎｃｅｎｈｅｅｆｉｎｅｒ ｍ ｉ ｔ ｒｇｐｙ ｅｉｎｄｕｓｔｒｕｓｉｎｈｅＳＭｅｃｈｎｉｕｅ［Ｃ］．ＮＡＣＥ Ｆ ｔｙｇｑ ｔ，Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ２００３：９６３９６５．－［］８ＩＵＳＥＰＰＥＳ，ＰＥＴＥＲＣ，ＰＥＴＥＲＢＮ．Ｐｏｔｅｎｔｉａｌｄｒｏ Ｇ ｐ
ｆｏｒｔｈｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｏｆｃｏｒｒｏｓｉｏｎｏｒｅｒｏｓｉｏｎｍａｉｎ ｇｐｐｇ ［］Ｊ．ＮＤＴ＆ＥＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ４３，２０１０：３９４４０２． －［］误差理论与数据处理［北京：机械工业出９Ｍ］． 费业泰．
版社，２００５：４３４４．－［］］罗家融．软件去除零点漂移方法的讨论［１０Ｊ． 张春飞，
（）：计算机测量与控制，２００４，１２７６８４６８６．－作者简介
４ 结 论
在油气管道实际Ｆ油气管道受ＳＭ的无损检测过程中，到在线油气的冲刷影响，而参考板被隔离起来，其指纹系数因此可以起到很好的参考即ＦＣ值近似不变或变化很小，作用。
实际测量过程中，由于管道温度和参考板温度的不同步性等因素的影响，参考板可能对油气管道腐蚀监测产生参较大的影响。如果管道温度和参考板温度同步性较好，而当有较大的不同步考板的使用可以大幅提高测量精度，
性时，对平板模型的更深一步研究显得尤为必要，以期进一步提高监测精度和腐蚀缺陷的准确性。
参考文献
［］修长征．油气管道检测与评价［北京：中１Ｍ］． 何仁洋，
国石化出版社，２０１０：２８３４．－［］２ＡＡＬＡＮＤＡ．Ｍｏｄｅｌｌｉｎｏｆｌｏｃａｌｃｏｒｒｏｓｉｏｎａｔｔａｃｋｓｏｎ Ｄ ｇ
ａｐｌａｔｅｆｏｒｄｅｖｅｌｏｉｎｔｈｅＦＳＭｔｅｃｈｎｏｌｏｅｏｍｅｔｒ ｐｇｇｙｇｙ
［］（）：Ｊ．ＩＮＳＩＧＨＴ，１９９６，３８１２８７２８７５．－［］廖俊必，王裕康，等．基于电位列阵的金属管３ 万正军，
］：仪器仪表学报，道坑蚀监测研究［Ｊ．２０１１，３２（１）１９２５．－肖河川，男，在读硕士，主要研究方１９８２年８月出生，向为传感器及智能化系统。
：Ｅ－ｍａｉｌｘｉａｏｈｅｈａｎｘｉｎｚｈａｎ２６．ｃｏｍ＠１ｇ
櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒（上接第８９页）
拓展筛选功能，且经过误差处理后各量程的测量误差最大且根据需要可以对大电阻的量程再进行拓宽，但是为１％，
对于增加更小量程的电阻测量档位则对被测电阻的功率有一定的要求，这也是下一步的研究目标。
参考文献
［］数字化测量技术与应用［北京：机械工业１Ｍ］． 沙占友．
出版社，２００４：２３６２３９．－［］孙续．电子测量［北京：中国计量出版社，２Ｍ］． 蒋焕文，
２００８：２３１２３４．－［］］电阻测量方法的研究［自动化仪表，３Ｊ．２００６， 白雪冰．
（）：２７８５８６０．－［］］一种电阻测量电路的优化设计［电子测４Ｊ． 杨明涛．
（）：量技术，２００９，３２７４７４９．－［］］高精度宽量程电阻测量方法研究［仪器仪５Ｊ． 陈文华．
（）：表学报，２００５，２６８４５２４５３．－［］浅谈测量仪器在系统中的测量结果不确定度６ 彭芳林．
：评定方法［国外电子测量技术，Ｊ］．２００８，２７（５）４５４７．－［］一种测试高分辨率Ａ７ＤＣ有效位数的新方法 王慧．
［］（）：电子测量与仪器学报，Ｊ．２００９，２３６５７６２．－［］］高精度电阻测量方法及应用［计量与测试技８Ｊ． 陶蓓．
（）：术，２０１１，３８１０１１２１１４．－作者简介
张玉健，徐州工业职业技术学院讲师，硕１９７９年出生，主要从事电子信息专业教学和研究工作。士，
：Ｅ－ｍａｉｌｚｘｚｃｉｔａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ＠ｙｙｊ
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