【導讀】電壓被傳遞到模擬輸出電路或 A/D 轉換器。電流源電路必須準確、無漂移，并且不受測量電阻和電源電壓變化的影響。設計這樣的電路并不是特別困難，但需要、穩定的元件。如果以這種方式使用 A/D 轉換器，則需要同樣和穩定的參考電壓。
A/D 轉換器是比率式的，也就是說，它們的結果與輸入電壓與參考電壓的比值成正比。這可用于簡化電阻測量。
測量電阻的標準方法是讓電流通過電阻并測量其壓降 （見圖 1）。然后，歐姆定律(V = I x R) 可用于計算電壓和電流的電阻。終輸出可以是模擬的或數字的。
圖 1.顯示電阻測量的示例框圖。
電壓被傳遞到模擬輸出電路或 A/D 轉換器。電流源電路必須準確、無漂移，并且不受測量電阻和電源電壓變化的影響。設計這樣的電路并不是特別困難，但需要、穩定的元件。如果以這種方式使用 A/D 轉換器，則需要同樣和穩定的參考電壓。
比例電阻測量
如果相同的電流通過兩個電阻器，則即使電流發生變化，它們的電壓比也將保持不變。這可以用公式 1 在數學上表示為：
電壓(2)電壓(1)=(I×R2)(I×R1)=R2R1電壓(2)電壓(1)=(I×R2)(I×R1)=R2R1
等式 1。
我們可以使用此信息來開發 A/D 轉換器系統，如圖 2 所示，該系統執行比例電阻測量，不需要恒流源或的參考電壓。
圖 2.顯示使用 A/D 轉換器進行比例電阻測量的框圖。
在哪里：
R(set) 設置近似電流 (I)，但確切的電流會隨著被測電阻的變化而變化
測得的電壓 V(in) 等于 I 乘以測得的電阻 R(meas)
參考電壓 V(ref) 等于 I 乘以參考電阻 R(ref)
總體而言，數字結果將與 R(meas) / R(ref) 成正比，而不管電流的確切值如何。與標準方法相比，不需要電流源電路和精密參考電壓。只有一個組件 R(ref) 需要穩定和。
重要的是要注意，這僅在 A/D 轉換器具有差分輸入時才有效，這應該不是問題，正如大多數人所做的那樣。大多數轉換器沒有差分參考輸入，因此 R(ref) 必須連接到電路公共端。兩個電阻器必須具有相同的電流，因此，R(meas)與 R(ref)串聯。圖 2 的配置對于簡單的儀表來說是可以的；但是，它可能不適用于輸出連接到公共端的傳感器測量系統。要解決這個問題，您需要一個帶有差分參考輸入的 A/D 轉換器。我們將在下面的微處理器部分介紹它。
考慮到這一點，讓我們看一下圖 3 中的框圖，其中添加了兩個新細節。
圖 3.添加了詳細信息的比例測量：參考微調調整和可選的四線電阻測量。
個添加是參考修剪調整。沒有它，轉換將只能與參考電阻器一樣準確。例如，0.05% 的準確度需要 0.05% 或更好的電阻器。通過微調，可以通過測量高精度 R(meas) 并調整微調器以獲得正確的數字輸出或讀數來校準精度。固定參考微調電阻應高于 R(ref)。微調器應該只是固定電阻器的一小部分。
第二個細節增加了一個可選的四線（開爾文）輸入測量，有時需要進行的低電阻測量。沒有它，引線連接電阻會增加到 R(meas)，增加幾分之一歐姆。要查看這一點，只需使用標準萬用表，將測試導線的末端夾在一起，然后測量電阻。它將讀取幾分之一歐姆，而不是零。
此外，四線連接通過一組引線提供電流，并使用第二對引線測量輸入。沒有電流流過測量導線，因此它們不會降低電壓。測得的電壓是真正的 I x R(meas)，沒有由于引線電阻引起的誤差。高精度儀表通常包括四線電阻測量功能。
使用低成本 DMM 的電阻測量示例
掌握所有這些信息后，讓我們深入研究一個使用低成本DMM 的示例。假設我有一個低成本的 3-1/2 數字萬用表，在五金店僅需幾美元即可購買。由于IC芯片埋在環氧樹脂下，我無法完全探索它的電路；但是，我進行了測試，它似乎使用非恒定電流源以這種方式運行。下面的表 1 包含測量電阻器具有 +1% 容差的結果：
表 1. DMM 設置為 200 歐姆范圍的數據結果。
另一方面，表 2 顯示了設置為 20 KΩ 范圍時的數據結果。
表 2. DMM 設置為 20 KΩ 范圍時的數據結果。
結果？即使電流變化，讀數也都在百分之一的公差范圍內。
請注意，我的高精度實驗室歐姆表不是這樣工作的。無論測得的電阻如何，它的電流都地保持恒定。
使用微處理器進行比例測量
許多微處理器和微控制器都包含一個 A/D 轉換器。與圖 3 類似，圖 4 顯示了如何連接示例微處理器的示例框圖。
圖 4.使用帶有差分參考輸入的 A/D 轉換器，您可以將測得的電阻連接到電路公共端。
使用帶有差分參考輸入的 A/D 轉換器，您可以將測得的電阻連接到電路公共端。 但是，您的微處理器的 A/D 可能包含一個差分參考輸入。如果是這樣，您可以利用它將被測電阻器連接到電路公共端。如圖 4 所示，被測電阻和參考電阻互換。
大多數微處理器允許使用代碼切換 A/D 輸入。正參考可以切換為內部或外部參考，負參考可以切換為外部參考或公共參考。如果兩者都切換到外部，則參考輸入變為差分并且不需要連接到公共端。
此外，圖 4 顯示 R(meas) 現在可以連接到公共端，參考電阻“浮動”。系統現在可以將輸入和輸出連接到一個公共端。雖然圖中顯示的是四線輸入，但對于兩線輸入，只需將+IN 連接到電流源，-IN 連接到公共端即可。
電阻傳感器的比例測量基礎知識
電阻式傳感器包括熱敏電阻、RTD（電阻式溫度檢測器）和位置測量電位器。比率測量可用于所有情況，我們將在以下部分中進行解釋。
熱敏電阻
圖 5 顯示了一些示例熱敏電阻封裝類型。
圖 5.熱敏電阻封裝類型示例。圖片由EE Power提供
測量部分很簡單——熱敏電阻變為 R(meas)，兩線輸入應該可以正常工作。困難的部分是將電阻測量值轉換為溫度。NTC （負溫度系數） 和PTC（正溫度系數）熱敏電阻都是非線性的，并且隨著溫度的變化而改變電阻。
轉換需要查找表或復雜的方程式。一些模擬技術可以使讀數近似線性化；但是，僅在狹窄的溫度范圍內。
電阻式溫度檢測器 (RTD)
RTD 的電阻不低，而許多在 0 °C 時為 100 歐姆，200、500 和 1,000 歐姆的版本也很常見。但是，零點幾歐姆可能會轉化為不可接受的溫度測量誤差。
鉑 RTDS（常見的類型）的靈敏度約為每 °C 0.4%。在 100 歐姆的設備中，0.4 歐姆的引線電阻會產生 1 °C (1.8 °F) 的誤差，因此建議使用四線輸入。這在 500 或 1,000 歐姆時可能沒有必要。
RTD 與溫度不完全成線性關系，但它們的方程相當簡單（這超出了本文的范圍）。
電位器
電位器相當簡單。基本上，將 (+) A/D 輸入連接到抽頭，將 (-) 輸入連接到低端或逆時針端 (-)。輸出將與電位計的位置成正比。
比例電阻測量結論
比例電阻測量概念很簡單：將相同的電流流過被測電阻和參考電阻，A/D 輸出將與它們的比值成正比。我們通過詳細信息對其進行了擴展，希望對您的下一個設計有所幫助。
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