아날로그-디지털 변환기를 사용한 비율계 저항 측정 기본 사항

A/D 변환기는 비율계량식입니다. 즉, 그 결과는 입력 전압과 기준 전압의 비율에 비례합니다. 이는 저항 측정을 단순화하는 데 사용할 수 있습니다.

저항을 측정하는 표준 방법은 저항기를 통해 전류를 통과시키고 전압 강하를 측정하는 것입니다(그림 1 참조). 그런 다음 옴의 법칙(V = I x R)을 사용하여 전압과 전류로부터 저항을 계산할 수 있습니다. 최종 출력은 아날로그 또는 디지털일 수 있습니다.

전압은 아날로그 출력 회로나 A/D 변환기로 전달됩니다. 전류 소스 회로는 정확하고 드리프트가 없어야 하며 측정된 저항 및 공급 전압 변화에 영향을 받지 않아야 합니다. 이러한 회로를 설계하는 것은 특별히 어렵지 않지만 정확하고 안정적인 구성 요소가 필요합니다. A/D 변환기를 이러한 방식으로 사용하는 경우 똑같이 정확하고 안정적인 기준 전압이 필요합니다.

동일한 전류가 두 개의 저항기를 통해 흐른다면, 전류가 변하더라도 전압의 비율은 동일하게 유지됩니다. 이는 방정식 1에서 수학적으로 다음과 같이 표현될 수 있습니다.

$$\frac{전압(2)}{전압(1)} = \frac{(I \times R2)}{(I \times R1)} = \frac{R2}{R1}$$

이 정보를 사용하여 그림 2와 같이 정전류 소스나 정확한 기준 전압이 필요하지 않은 비율계량 저항 측정을 수행하는 A/D 변환기 시스템을 개발할 수 있습니다.

어디:

전반적으로 디지털 결과는 전류의 정확한 값에 관계없이 R(meas) / R(ref)에 비례합니다. 표준 접근 방식과 비교할 때 전류 소스 회로와 정밀 기준 전압이 필요하지 않습니다. 단 하나의 구성요소인 R(ref)만이 안정적이고 정확하면 됩니다.

이는 A/D 변환기에 차동 입력이 있는 경우에만 작동하며 대부분의 경우처럼 문제가 되지 않는다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 대부분의 변환기에는 차동 기준 입력이 없으므로 R(ref)는 회로 공통에 연결해야 합니다. 두 저항 모두 동일한 전류를 가져야 하므로 R(meas)는 R(ref)와 직렬로 연결됩니다. 그림 2의 구성은 간단한 측정기에는 적합합니다. 그러나 출력이 공통에 연결된 센서 측정 시스템에는 적합하지 않을 수 있습니다. 이 문제를 해결하려면 차동 기준 입력을 갖춘 A/D 변환기가 필요합니다. 이에 대해서는 아래의 마이크로프로세서 섹션에서 다루겠습니다.

이를 염두에 두고 두 가지 새로운 세부 사항이 추가된 그림 3의 블록 다이어그램을 살펴보겠습니다.

첫 번째 추가 사항은 참조 트림 조정입니다. 이것이 없으면 변환은 기준 저항기만큼 정확할 뿐입니다. 예를 들어, 0.05% 정확도에는 0.05% 이상의 저항이 필요합니다. 트림을 사용하면 고정밀 R(meas)을 측정하고 적절한 디지털 출력 또는 판독값에 맞게 트리머를 조정하여 정확도를 교정할 수 있습니다. 고정 기준 트림 저항은 R(ref)보다 높아야 합니다. 트리머는 고정 저항기의 작은 비율이어야 합니다.

두 번째 세부 사항에는 정밀한 저저항 측정에 필요한 경우가 있는 선택적인 4선(Kelvin) 입력 측정이 추가됩니다. 이것이 없으면 리드 연결 저항이 R(meas)에 추가되어 1옴의 일부만 추가됩니다. 이를 확인하려면 표준 멀티미터를 사용하여 테스트 리드의 끝을 함께 클립하고 저항을 측정하십시오. 0이 아닌 옴의 일부를 읽습니다.

또한 4선 연결은 한 세트의 리드를 통해 전류를 공급하고 두 번째 쌍을 사용하여 입력을 측정합니다. 측정 리드에는 전류가 흐르지 않으므로 전압이 떨어지지 않습니다. 측정된 전압은 리드 저항으로 인한 오류 없이 실제 I x R(meas)입니다. 고정밀 계측기에는 일반적으로 4와이어 저항 측정 기능이 포함됩니다.

모든 정보를 바탕으로 저가형 DMM을 사용하는 사례를 살펴보겠습니다. 철물점에서 단 몇 달러에 구입한 저렴한 3-1/2 디지털 멀티미터가 있다고 가정해 보겠습니다. IC 칩이 에폭시 밑에 묻혀 있기 때문에 회로를 완전히 탐색할 수는 없습니다. 그런데 테스트를 해보니, 일정하지 않은 전류 소스를 사용해 이런 방식으로 작동하는 것 같습니다. 아래 표 1에는 측정된 저항기의 허용 오차가 +1%인 결과가 나와 있습니다.