本帖最后由 北极兵 于 2025-1-28 14:32 编辑
数字式交流毫欧表
以前用自制的ESR表变通地测电池内阻，但对于低内阻的动力电池显得捉襟见肘，需要设计一款毫欧表。为避免闭门造车闹出笑话，拜三拜请出AI大神：
设计一款数字毫欧表需要考虑以下几个关键部分：
1.测量电路：
o四线（Kelvin）测量技术：使用四线技术可以消除接触电阻和导线电阻的影响，提高测量精度。
o恒流源：提供一个稳定的电流源用于毫欧测量，通常为1mA至1A，以适应不同的测量需求。
o模拟-数字转换器（ADC）：将毫欧级别的电压信号转换为数字信号，以便微处理器处理。
2.微处理器单元：
o微控制器：用于处理ADC输出的数据，执行毫欧计算，并控制用户界面。
o固件：包含算法用于将ADC的数字值转换为电阻值，并进行必要的校准和温度补偿。
3.显示与用户界面：
oLCD/LED显示屏：用于显示测量结果，分辨率至少为4位半或更高。
o按键或触摸屏：用于用户输入和操作，如选择量程、启动测量、数据保持等。
4.电源管理：
o电池或外接电源：为毫欧表提供稳定的电源。
o电源管理电路：确保设备在不同电源条件下稳定工作。
5.保护与安全：
o过流保护：防止过大的电流损坏测量电路或被测对象。
o短路保护：避免因错误操作导致的短路损坏。
6.校准与测试：
o校准端口：用于连接校准设备，确保测量精度。
o测试接口：用于测试和验证毫欧表的性能。
7.外壳与连接器：
o防静电和防冲击外壳：保护内部电路，确保操作安全。
o专用测试夹或探针：用于连接被测电阻，应具有良好的接触性能。
8.软件与通信接口：
o数据记录与分析软件：可选，用于记录测量数据，进行趋势分析。
o通信接口（如USB、RS-232）：用于将数据传输到电脑或其他设备。
9.认证与标准：
o符合国际安全标准（如IEC 61010）和电磁兼容性标准。
10.附加功能：
o自动量程选择、数据记录、统计分析、温度补偿等。
在设计过程中，需要进行电路仿真、原型制作、测试和迭代，以确保最终产品的性能满足设计要求。
遵照大神的指导，照做的都已划线，第2、3条由三位半数字表担任，其它高大上的免了吧。
再拜，转身开工。不想使用四位半表，浪费了。直接用三位半又显得鸡肋，只得在电路上做文章，设计的毫欧表如下图：
工作原理：
恒定直流通过振荡器控制的桥式开关后，产生方波电流，通过四线测试的I线送到测试端，流过电池内阻产生电压降，由V线送到U2等组成的放大器放大后进行AC/DC转换器，输出较高的直流电压被三位半数字电压表显示，优点有二：一是使用三位半表就可以获得足够的分辨率，量程分为200毫欧和2000毫欧两档位。二是电路简单，整体为线性系统，调试简单。
交流恒流源是借鉴许老师的电路，改进的低压恒流源，详见：改进版《仿LM317+555设计一个100mA恒流源》
http://www.crystalradio.cn/forum ... &fromuid=147889
(出处: 矿石收音机论坛)
做了四处改进：1、使用3.2V充电锂电池，使用方便。2、恒流源用更稳定的LM385B-1.2做基准，并采取温补措施。3、把BTL输出改为桥式开关，使输出理想的方波波形，省去了各种补救措施，调更准确且简单。
Q7、U1等组成100mA恒流源。I=(VU1＋VD10－Vbe)/R6=（1.23＋0.3－0.7）/8.2≈100mA。LM385B-1.2是精密电压基准，稳压值1.23V，D10是温度补偿二极管，它和Q7的温度系数相同，抵消了Q7发射结的电压随温度的变化，因此，Q7和D10要封装在一起做热耦合。R6决定恒定电流值，R5为U1提供工作电流，D5可以分担Q7的功耗，降低发热量，如果使用3.7V锂电池，D5可以用2只1N4007串联。
由Q1、Q2等组成集基耦合多谐振荡器，控制Q3~Q6等组成桥式电子开关，由于开关三极管发射结的箝位作用，使C1、C2的充放电时间大大缩短，频率提高（约1kHz），多谐振荡器输出标准的方波。C3、C4可以消除开关管产生的振铃。D1～D4、D6～D9为保护二极管，防止被测电池的高压损坏仪器。
Q8电路为数字表提供隔离的9V电源。
改制过程：
改制过程是曲折的，遇到过各种问题，图片不全，无法按制作顺序描述，只能做总结性的说明。
电路中AC/DC转换电路和数字表，实际是利用6266型钳形电流表改制的，原计划使用DT890B改制，但其内部空间有限，才用了钳表，但外形差点。
按下图更换元件、改动PCB走线，钳表的刀盘不用动，省了很多麻烦，原来的数据保持开关，改做电源开关，控制锂电池。更换了个别元件，如C11，原来的4.7uF改为低ESR值的220uF等等，目的是提高电路的稳定性，其余都标在下图中。其它电路制作在一块50*35mm的小PCB上。T1用10*6*5的节能灯磁环绕制，1~2、5~8双线绕40T，3~4绕20T。C5、C6、C8、C9、C11的ESR值要合格，否则有可能爆浆，耐压值决定了可以测量的电池电压，我只有50V的电解电容，可以测50V电池。测试端可以用开尔文夹，可以最大程度消除残余电阻，也可以用表笔，但有一定的残余电阻，我选择表笔，使用起来较为方便。
Q7和D10封装在一只电解电容的铝壳中做热耦合。在电池仓安装电池夹。
根据AI大神的指导，把0.1欧和1欧精密电阻焊接在原表笔插座上，用于随时检查毫欧表的准确性，精度就拜托2只电阻了。用锡封焊了表笔孔方便使用。
安装完毕，开机数字表应显示正常。
调试：
低压毫欧表电路各部分有机结合，联系紧密，形成了一个线性系统，调试变得十分简单。恒流部分只要按图中参数选择，输出电流90~110mA即可，不必精确调整。只需调整运放的放大倍数，即可校准。
档位只用200A和1000A档位，显示数字与电阻量程对应。
先将四线焊接到0.1欧精密电阻上，置200毫欧档，开机应显示数值，调RP1使表显示值为100.0，拔到2000毫欧档，应显示100±1字。我在调试时，数值波动很大，稳定不下来，用酒精给各三级管降温，确定是Q5、Q6的问题，之前用的是C8050，管脚是ecb排列，换上ebc排列的S8050后最多跳动2~3个字，现在的管子也有质量差的。再用1欧姆精密电阻2000毫欧档检查，跳动不应超过1个字。如果用开尔文夹直接夹上调试不用焊接。调试完毕后，修整表壳，填补孔洞。最后焊接表笔，用铝片制作面板，刻字，给拔盘做了限位。用脱漆剂擦去多余的字符。
表笔有残余电阻，要确定数值。先打磨笔尖，用汽油擦净，短接表笔用力压住，反应较慢，累人啊。残余电阻约6毫欧。
在精密电阻上做自检，果然增加了残余电阻。还好，挺稳定，测量的读数减去6毫欧即可。开机能保证1%精度，预热1分钟稳定在0.3%以内，能保证0.5%，满意了。
测量几只电池，差别很明显，10毫欧取样电阻也不含乎，又多了一个好帮手。
意外的问题：无意中测量了一只2欧姆电阻，竟然显示1545毫欧，还不稳定，这不坏了吗！
可能是恒流源或桥式开关出问题了，或者运放出问题，但200毫欧档又是正常的，那么整体电路都应是正常的，这就矛盾了。于是开壳在测量2欧姆电阻的状态下，用示波器观察各处波形，都正常。用数字万用表交流电压档测量，测2欧姆时，运放输入端为213mV，输出端为AC 4.28V，DC 1.515V，放大20倍；测量1欧姆时，输入端为101mV，输出端为AC 2.83V，DC 1.003V，放大28倍，输出端直流电压与数字表显示一致，因此可以判断数字表是正常的。但运放放大量不一样，测2欧姆为什么放大量会小呢？突然注意到AC 4.28V，已接近运放的电源电压，运放的“地”即数字表的COM端，与9V电源间的电压就只有3.3V，运放输出已经饱和，发生“削顶”，因为是方波，从波形上根本不能发现问题。无解，所以2000毫欧档最高只能测到1000毫欧。看来面板要改了。
补充内容 (2025-2-2 22:39):
感谢 丹东鑫喜 老师的建议，已加自动延时关机电路，在15楼。
补充内容 (2025-2-17 22:09):
更正：LM358正负输入端标反了。 | 
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发表于 2025-1-28 13:56:55
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