TAIOUPC36電線電纜直流小電阻測(cè)試儀

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字式測(cè)量技術(shù)在電線電纜測(cè)試領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，在現(xiàn)有的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，已經(jīng)規(guī)定了可以采用電橋以外的其它電子測(cè)量?jī)x器作為導(dǎo)體直流電阻的測(cè)試設(shè)備，可以預(yù)見在不遠(yuǎn)的將來(lái)，各種高性能的數(shù)字式直流電阻測(cè)量?jī)x（數(shù)字式低阻計(jì)）將會(huì)逐步取代該領(lǐng)域中雙臂電橋的地位，使得測(cè)量工作更加快速、準(zhǔn)確、方便TAIOUPC36系列電線電纜直流小電阻測(cè)試儀，作為一種電線電纜電性能試驗(yàn)的專用設(shè)備，該電線電纜直流電阻測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)目標(biāo)如下：

1.TAIOUPC36電線電纜直流小電阻測(cè)試儀的主要技術(shù)性能：測(cè)量范圍、測(cè)量電流、準(zhǔn)確度、靈敏度、分辨力等應(yīng)滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T3048.2 《電線電纜電性能試驗(yàn)方法第 2 部分：金屬材料電阻率試驗(yàn)》 及 GB/T3048.4 《電線電纜電性能試驗(yàn)方法第 4 部分：導(dǎo)體直流電阻試驗(yàn)》 中對(duì)電阻測(cè)試設(shè)備的各項(xiàng)技術(shù)要求。

2.為了方便用戶操作，在TAIOUPC36電線電纜直流小電阻測(cè)試儀的附加功能中添置了 GB/T3048.2 及 GB/T3048.4推薦的一些特殊功能及測(cè)量方法，如反向電流測(cè)量、倍率電流測(cè)量、熱電勢(shì)平衡、導(dǎo)線溫度校正等功能。

3.TAIOUPC36電線電纜直流小電阻測(cè)試儀有幾種派生型號(hào)，以適應(yīng)不同規(guī)格電線電纜生產(chǎn)廠的需要。TAIOUPC36電線電纜直流小電阻測(cè)試儀的技術(shù)指標(biāo)和功能設(shè)置以適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的要求為主，以滿足用戶的需要為主，做到既是充分的又是必要的，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)較高的性能價(jià)格比。

經(jīng)測(cè)試，TAIOUPC36電線電纜直流小電阻測(cè)試儀的技術(shù)性能達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)。本文主要介紹該儀表的特點(diǎn)、研制工作中所克服的技術(shù)難點(diǎn)、儀表的主要技術(shù)性能、附加功能、基本參數(shù)以及實(shí)際使用效果。

條規(guī)定了導(dǎo)體電阻測(cè)量的下限值為10 -5 Ω，這個(gè)看似簡(jiǎn)單的要求給儀表的設(shè)計(jì)1 主要技術(shù)性能 1.1 測(cè)量范圍及分辨力 在GB/T3048.2 5.2.1 帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，10 -5 Ω數(shù)量級(jí)的電阻是個(gè)什么概念？截面在 172mm 2 至 1724mm 2 范圍內(nèi)的1m 長(zhǎng)的銅導(dǎo)線在 20 ℃ 時(shí)的電阻值就落在 10-5Ω數(shù)量級(jí)范圍內(nèi) （ 10.0—99.9 μΩ)，考慮到GB/T3048.2 中電阻率測(cè)試允許誤差0.15% 及 GB/T3048.4 中導(dǎo)體電阻測(cè)試允許誤差 0.5% 的要求，儀表讀數(shù)的有效位應(yīng)不少于 4位，（ 3 位有效讀數(shù)在*不利的情況下，*后一位變化 1 個(gè)字的量化誤差，可能造成 1% 的測(cè)量誤差），這就要求儀表的*高分辨力達(dá)到 10 -8 Ω（ 0.01 μΩ）。

1.2 測(cè)量靈敏度電線電纜測(cè)試人員都知道，要提高電橋測(cè)量結(jié)果的分辨力有兩個(gè)途徑，其一是加大測(cè)量電流，其二是提高電橋的指零裝置—檢流器的靈敏度，在數(shù)字式低阻表中情況也大致如此。由于電流加熱效應(yīng)以及標(biāo)準(zhǔn)電阻容許流過(guò)電流值的限制，測(cè)量電流的提高幅度是有限的，*大值在10A 左右，根據(jù)歐姆定律： R=U /I ，在I = 10A 的測(cè)量電流下，儀表的電阻測(cè)量分辨力要達(dá)到0.01 μΩ，儀表的電位端電壓靈敏度必須達(dá)到 0.1 μ V , 比現(xiàn)有的數(shù)字式低阻表的*高電壓靈敏度 1 μV 提高了 10 倍。為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，本儀表的設(shè)計(jì)者采用*新技術(shù)特制了高靈敏、低噪聲的納伏放大器，其電位輸入端的*高靈敏度為 70.7nV ( 0.0707 μ V ) ，就電壓靈敏度與噪聲特性這一點(diǎn)來(lái)說(shuō)，本儀表已經(jīng)達(dá)到了6 1/2位高性能數(shù)字電壓表所能達(dá)到的水平。高靈敏度放大器的作用就如同給電橋的檢流器前加裝了一臺(tái)靈敏度的光電放大器一樣，實(shí)現(xiàn)了測(cè)量電流與同類儀表相同，而分辨力卻提高10 倍的目標(biāo)。

1.3 測(cè)量電流的選擇在電線電纜導(dǎo)體電阻的測(cè)量中，選擇合適的測(cè)量電流是至關(guān)重要的，這是因?yàn)楸粶y(cè)對(duì)象銅線或鋁線的電阻率具有很高的溫度系數(shù)，測(cè)量電流過(guò)大會(huì)引起導(dǎo)線發(fā)熱，從而造成測(cè)量超差，在GB/T3086.4 第 5.6 條中有銅導(dǎo)線測(cè)量電流密度不大于1.0A/mm2的規(guī)定；但是測(cè)量電流過(guò)小又會(huì)嚴(yán)重影響儀表的靈敏度與分辨力，同樣對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度不利。本儀表具有多電流測(cè)量功能，各個(gè)量程設(shè)置了不同的測(cè)量電流可供選擇，并在儀表面板上標(biāo)明。儀表設(shè)有“常規(guī)”與“低電流”兩種測(cè)量狀態(tài)，可以通過(guò)面板開關(guān)加以選擇，儀器在“常規(guī)”測(cè)量狀態(tài)（常規(guī)測(cè)量電流）有六檔量程，具有測(cè)量準(zhǔn)確性高、抗干擾性能好的特點(diǎn)；在 “低電流”測(cè)量狀態(tài)（低測(cè)量電流、高靈敏度）也有六檔量程，具有較高的測(cè)量靈敏度與分辨力。該性能克服了目前數(shù)字表及某些電橋與數(shù)字式低阻表測(cè)量電流不能調(diào)節(jié)，而且在某些檔位電流偏大引起被測(cè)導(dǎo)體發(fā)熱 , 電阻值隨著測(cè)量時(shí)間的增加向上漂移的缺陷，這一點(diǎn)在微細(xì)導(dǎo)線測(cè)量時(shí)尤為重要，例如直徑為 0.05mm 的銅導(dǎo)線 , 截面約為 2 × 10 -3 mm 2 , 1m 的電阻值約為 8.8 Ω ,按 GB/T3086.4 的要求計(jì)算 , 該導(dǎo)線的測(cè)量電流應(yīng)不大于 2mA, 在現(xiàn)有數(shù)字式低阻表中 , 20 Ω量程的測(cè)量電流一般為 10mA, 有的甚至高達(dá) 100mA, 大大超過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電流范圍 , 導(dǎo)線將會(huì)嚴(yán)重發(fā)熱，在本儀表中，則可選擇 20 Ω“低電流”量程，測(cè)量電流僅位為 1 mA ，符合標(biāo)準(zhǔn)的要求。

儀表各測(cè)量檔位的測(cè)量電流見表 1 。

表 1

1.4 測(cè)量準(zhǔn)確度與穩(wěn)定性 為了提高測(cè)量準(zhǔn)確度與穩(wěn)定性，儀表采用了**設(shè)計(jì)的數(shù)字比例式測(cè)量電路，其工作原理是通過(guò)儀表內(nèi)高精度A/D轉(zhuǎn)換器，將被測(cè)電阻與儀表內(nèi)置的標(biāo)準(zhǔn)電阻作比例運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果以4 1/2位的方式進(jìn)行顯示。與目前數(shù)字式低阻表常用的恒流源 —電壓表方式不同，本儀表讀數(shù)的*終表達(dá)式與測(cè)量電流大小無(wú)關(guān)，僅與被測(cè)電阻與標(biāo)準(zhǔn)電阻的電阻值有關(guān)，這一點(diǎn)與電橋的測(cè)原理相仿，因此本儀表具有與雙臂電橋相似的高準(zhǔn)確度與高穩(wěn)定性。由于測(cè)量結(jié)果在一定的范圍內(nèi)與測(cè)量電流大小無(wú)關(guān)，也使得儀表的多電流測(cè)量以及倍率電流測(cè)量功能得以實(shí)現(xiàn)。

與儀表準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性密切相關(guān)的是作為比例運(yùn)算基準(zhǔn)的一套標(biāo)準(zhǔn)電阻器，該電阻采用精密錳銅材料并經(jīng)過(guò)特殊的老化工藝制成，具有和BZ3系列標(biāo)準(zhǔn)電阻相當(dāng)?shù)暮艿偷臏囟认禂?shù)和很高的穩(wěn)定性，在測(cè)量時(shí)需要通過(guò)大電流的標(biāo)準(zhǔn)電阻被安裝在特制的冷卻油箱內(nèi)。儀器的高靈敏度電位輸入端采用了低熱電勢(shì)、長(zhǎng)壽命的復(fù)銀切換開關(guān)和低熱電勢(shì)的鍍金接插件，可以確保測(cè)量的準(zhǔn)確度與長(zhǎng)期穩(wěn)定性。
儀表的基本誤差及準(zhǔn)確度等級(jí)見表 2,大致比同類產(chǎn)品提高了一個(gè)等級(jí)，可以滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中 電阻率測(cè)試允許誤差 0.15%以及導(dǎo)體電阻測(cè)試允許誤差 0.5%的要求。

表 2

其中 RX：儀表讀數(shù)值（電阻示值） Rm：所測(cè)量程滿度值

1.5 測(cè)量速度數(shù)字式測(cè)量?jī)x由于不需要進(jìn)行反復(fù)繁雜的平衡操作，加上數(shù)字直讀的特點(diǎn)，測(cè)量速度快、使用方便的優(yōu)勢(shì)是傳統(tǒng)電橋所的，測(cè)量速度的提高除了節(jié)約時(shí)間外，更大的好處是減少了測(cè)量電流對(duì)被測(cè)導(dǎo)線的加熱效應(yīng)，提高了實(shí)際測(cè)得數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度與可靠性。這是因?yàn)?/span>, 在一次測(cè)量中，被測(cè)導(dǎo)線的加熱程度與測(cè)量電流引入的能量 E成正比， E=I 2 × R × t 。其中： I 為測(cè)量電流； R 為導(dǎo)線電阻；t 為測(cè)量時(shí)間。隨著測(cè)量時(shí)間的增加，導(dǎo)線溫度逐漸上升，直至達(dá)到熱平衡,當(dāng)被測(cè)導(dǎo)線截面較大時(shí)這是一個(gè)十分緩慢的過(guò)程，如果在測(cè)量開始后的較短時(shí)間內(nèi)就取得讀數(shù) , 完成測(cè)量 ,由測(cè)量電流造成的導(dǎo)體溫升從而引起的測(cè)量誤差將會(huì)大幅度降低。

2 附加功能簡(jiǎn)介

2.1 倍率電流測(cè)量功能 為了方便用戶實(shí)施 GB/T3048.4第 5.6 條中用比例為 1： 1.41的兩個(gè)測(cè)量電流分別測(cè)試樣電阻值，以判定是否發(fā)生溫升超標(biāo)的方法，本儀表設(shè)置有比例為 0.707I ： 1.00I ：1.41I 三檔電流可供選擇（其中 I 為額定電流），比例電流的切換即刻完成，避免了調(diào)節(jié)外部電流源的繁瑣操作。如果 1.00I ： 1.41I 倍率電流測(cè)量的結(jié)果判定電流過(guò)大，數(shù)據(jù)無(wú)效，則可再一次進(jìn)行 0.707I ： 1.00I 倍率電流測(cè)量（兩者的比例仍為 1.41 倍），如變化量小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)值，表明在 0.707 I 條件下的測(cè)量結(jié)果有效，避免了為了降低測(cè)量電流而改變量程檔位 , 造成測(cè)量精度及分辨力的損失。

2.2 外部熱電勢(shì)平衡功能在電線電纜導(dǎo)體電阻的測(cè)量夾具，其電位端的接觸刀口常用黃銅材料制成，與銅、鋁導(dǎo)線材料之間有較高的接觸熱電勢(shì)，在測(cè)量過(guò)程中由于環(huán)境溫度不可能均衡，在測(cè)試夾具上安裝導(dǎo)線時(shí)，人體也不可避免地會(huì)接觸到并加熱電位結(jié)點(diǎn)，由此產(chǎn)生的熱電耦電勢(shì)，會(huì)對(duì)高靈敏度的測(cè)量產(chǎn)生干擾，使測(cè)量結(jié)果發(fā)生偏移。
為了降低電位端的外部接觸電勢(shì)與熱電勢(shì)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，本儀表設(shè)置了外部電勢(shì)平衡調(diào)節(jié)裝置，通過(guò)平衡調(diào)零，可以抵消在測(cè)量回路中的熱電耦電勢(shì)，該方法是GB/T 3048.2 第 6.5.3條推薦的方法之一。

2.3 反向電流測(cè)量功能 根據(jù) GB/T 3048.4第5.5 條規(guī)定，當(dāng)試樣電阻小于 0.1Ω時(shí)，應(yīng)將電流反向再測(cè)一次，然后取算術(shù)平均值。這是消除測(cè)量回路中的熱電耦電勢(shì)的又一種簡(jiǎn)單有效的方法，同時(shí)也消除了儀表測(cè)量回路自身的電壓零點(diǎn)飄移，因此，正、反兩次測(cè)量的平均值，比單次測(cè)量結(jié)果有更高的準(zhǔn)確度與可靠性。在用雙臂電橋電橋測(cè)量導(dǎo)體電阻時(shí)，該功能是通過(guò)切換外部換向閘刀實(shí)現(xiàn)的，而在現(xiàn)有的數(shù)字式低阻表中，為了防止電感性負(fù)載產(chǎn)生的反電勢(shì)損壞儀表，其輸入回路往往接有反向保護(hù)二極管，因此，是不容許電流反向的，無(wú)法實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)要求的操作。本儀表中采用磚利技術(shù)，特殊設(shè)計(jì)了雙向電流保護(hù)電路，既防止了反電勢(shì)對(duì)儀表的危害，同時(shí)又允許進(jìn)行反向電流測(cè)量，并在儀器內(nèi)部設(shè)置了大功率換向繼電器，通過(guò)面板開關(guān)實(shí)施電流換向操作，正、反向讀數(shù)瞬時(shí)可得，操作簡(jiǎn)捷、使用方便。

3 儀表的基本參數(shù)見

表 3

測(cè)試夾具（選件）：

相關(guān)產(chǎn)品：FGSHA系列智能開關(guān)接觸電阻測(cè)試儀（智能回路電阻測(cè)試儀）；FGSZR10A智能變壓器直流電阻快速測(cè)試儀;SHQJ36S2智能高精度直流小電阻測(cè)試儀；TAIOUPC36電線電纜直流電阻測(cè)試儀；TAIOUPC57成盤電纜直流電阻測(cè)試儀；HUAYISH1941數(shù)字式微歐計(jì)；M13252交直流兩用微歐計(jì)；SHSZ82片狀薄層微小電阻測(cè)試儀；DQ系列導(dǎo)體電阻測(cè)量夾具