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[制作] DIY一个毫欧计,分辨力达到1微欧,套件预订中……

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发表于 2013-3-28 00:55:06 | 显示全部楼层 |阅读模式
说明1:原来是发在阿莫那里的,本来准备发套件,惨被删贴,特移到贵地
说明2:之所以发在万用表版,是因为第二版的PCB兼容了个电压表(通过选焊)
说明3:内容可能有些前言不搭后语,因为这是由帖子包括回复整理在一起的,敬请包涵

第二版的最终样子
正面.jpg

特性汇总:

- 20Ohm和0.2Ohm两个档位,20Ohm档分辨力0.01mOhm,0.2Ohm档分辨力0.001mOhm,测试电流都约100mA
-(通过焊接不同的基准电阻,可以变成200Ohm和2Ohm两个档位,分辨力分别是0.1Ohm和0.01Ohm,测试电流约10mA)
- 支持面板校正。精度保守一点吧,0.1% Reading+40 LSB,后面有测试图
-Fast/Slow两档速度,Fast:10次/秒,Slow:1次/秒
- 数据从USB UART输出,波特率115200(目前只输出,不能从上位机控制)
- 默认5分钟自动关机,可以关闭该功能
- 使用一节锂电池供电,支持从USB充电
- 支持背光,可以关闭



一、电阻的测量通常有电桥法,恒流法和比例法

1、电桥法
231004ec7syyyzb27cycc7.png.thumb.jpg.png



当电桥平衡的时候(即A、B两点的电位差为0),Rx=R2*R3/R1

2、恒流法
R=U/I,如果I恒定,测量电阻上的压降U,就可以算出R。这个方法是大部分台式万用表使用的方法,例如下图是Agilent E1412A里面的恒流源电路,测量电压就行了
电流源.png



3、比例法

这是手持万用表最常见的方法。R0作为基准电阻,用R0上的压降作为ADC的Vref,测量Rx上的压降Vin,即可算出Rx
231004e5lalzraoldr561b.png.thumb.jpg.png

231733htogjpodznjmddzd.png.thumb.jpg.png



二、为什么我用比例法?

每种方法都很经典,都可以达到很高的精度。例如高联的  DCC 电桥,分辨率能有 9 位半以上;再如Agilent 34420A纳伏 / 微欧表用的是恒流法,1欧姆档的分辨力是0.1微欧
但是不是每一个方法都适合DIY!DIY最重要的原则就是简单!

电桥法需要3个精确的电阻,而且还有一个是可变的,这个DIY几乎无法实现。
当然电桥也可以变形为有源电桥(下图仅仅是示意,这个有源电桥可不能测量微小的电阻),通过测量Uo算出Rx。不过还是需要3个精确电阻(至少比例精确)
233245qxom3m06isw6ctzw.png.thumb.jpg.png



恒流法的复杂性不用我罗嗦,看看Agilent E1412A的图就知道了(知道为什么我挑Agilent E1412A的图,因为这个表的“最简单”)。
恒流法需要的精密元件更多:电压基准,一堆的精密电阻,比较好的模拟开关、FET、运放……
而且要测量微小的电阻,测试电流不可能小,要分辨到1uOhm,至少要100mA的测试电流。除非你有Agilent 34420A那么低的噪声,才有可能用10mA分辨到0.1uOhm

因此,这些方法都排除之后,剩下了最简单的比例法。比例法只有一个精确元件——基准电阻,其他的就靠ADC了。那好办,24bit的ADC也不贵,选个带24bit的MCU,最便宜的是C8051F350,还内置PGA,放大倍数最大到128~~


三、怎么得到1微欧分辨率的?

     很多人对24bit ADC的精度是有误解的,24bit只是说它能输出24bit,有多少bit是有效的?
210202zuuggvn58gbni3zq.png.thumb.jpg.png


这个表格是C8051F350的Effective Number of Bits(ENOB)数据,可见在输出10次/秒,PGA=128时,enob只有17.44bit,但是这个还不是故事的全部,这只是说这些bit有效,但是数字在跳的,你不会想看到测试的结果老是在跳吧,如果要求99.99%的概率数字不跳,还要减去log2(6.6)=2.72bit (具体原理请看附件吧),那就不跳了,这个叫做Noise-Free Bits。那么noise-free的就只有17.44-2.72=14.72bit,是不是很恐怖,一个24bit的ADC怎么实际还没有15bit啊?!~
an217 C8051F350 Dela-Sigma ADC用户指南.pdf (325 KB, 下载次数: 701)

点评

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很好,支持!: 5.0 有用,谢谢你!: 5.0
优秀文章  发表于 2017-10-26 23:14
很好,支持!: 5 有用,谢谢你!: 5
阿莫那里不太地道呀,先把一些人才圈起来,吸引人然后收钱,原来注册的ID突然不能用,后来发现开始收钱给邀请码啥的才行  发表于 2015-3-4 02:28
同意你的观点: 5 谢谢共享: 5
精品贴  发表于 2013-5-5 19:14

评分

参与人数 8威望 +36 收起 理由
bg7tbl + 8 鼓励创新
diodes_1 + 5 优秀文章
enquireyhw + 8 支持DIY
kunnsd + 3 优秀文章
htbst + 3 支持DIY
keye + 3 优秀文章,支持!n神马都是浮云
foolsp + 3
yangfei1980 + 3 支持DIY

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发表于 2013-3-28 01:04:31 | 显示全部楼层
好东西呀,不知道价格如何?
回复 支持 0 反对 1

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发表于 2013-3-28 01:41:51 | 显示全部楼层
真正的技术贴,一定要顶的~[s:31]
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发表于 2013-3-28 01:49:17 | 显示全部楼层
欢迎欢迎!
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发表于 2013-3-28 02:07:33 | 显示全部楼层
不错的玩意,能测AC毫欧的话,就可以测试电池内阻了,那就更好玩了。
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发表于 2013-3-28 02:26:56 | 显示全部楼层
原来被删了,继续预订一个
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发表于 2013-3-28 04:00:43 | 显示全部楼层
嘿嘿。不错
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发表于 2013-3-28 04:33:29 | 显示全部楼层
这个好玩,订一套
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发表于 2013-3-28 04:35:47 | 显示全部楼层
有配套的外壳是最好的了[s:31]
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发表于 2013-3-28 06:25:30 | 显示全部楼层
定一个.
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