TAIOUPC36電線(xiàn)電纜導體電阻測試儀
 

   隨著(zhù)電子技術(shù)的飛速發(fā)展，數字式測量技術(shù)在電線(xiàn)電纜測試領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應用，在現有的國家標準中，已經(jīng)規定了可以采用電橋以外的其它電子測量?jì)x器作為導體直流電阻的測試設備，可以預見(jiàn)在不遠的將來(lái)，各種高性能的數字式直流電阻測量?jì)x（數字式低阻計）將會(huì )逐步取代該領(lǐng)域中雙臂電橋的地位，使得測量工作更加快速、準確、方便TAIOUPC36系列電線(xiàn)電纜直流小電阻測試儀，作為一種電線(xiàn)電纜電性能試驗的專(zhuān)用設備，該電線(xiàn)電纜直流電阻測量?jì)x的設計目標如下：

1.TAIOUPC36電線(xiàn)電纜導體電阻測試儀的主要技術(shù)性能：測量范圍、測量電流、準確度、靈敏度、分辨力等應滿(mǎn)足國家標準 GB/T3048.2 《電線(xiàn)電纜電性能試驗方法第 2 部分：金屬材料電阻率試驗》 及 GB/T3048.4 《電線(xiàn)電纜電性能試驗方法第 4 部分：導體直流電阻試驗》 中對電阻測試設備的各項技術(shù)要求。

2.為了方便用戶(hù)操作，在TAIOUPC36電線(xiàn)電纜導體電阻測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量方法，如反向電流測量、倍率電流測量、熱電勢平衡、導線(xiàn)溫度校正等功能。

3.TAIOUPC36電線(xiàn)電纜直流小電阻測試儀有幾種派生型號，以適應不同規格電線(xiàn)電纜生產(chǎn)廠(chǎng)的需要。TAIOUPC36電線(xiàn)電纜直流小電阻測試儀的技術(shù)指標和功能設置以適應標準的要求為主，以滿(mǎn)足用戶(hù)的需要為主，做到既是充分的又是必要的，力爭實(shí)現較高的性能價(jià)格比。

   經(jīng)測試，TAIOUPC36電線(xiàn)電纜導體電阻測試儀的技術(shù)性能完全達到了設計目標。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、基本參數以及實(shí)際使用效果。

條規定了導體電阻測量的下限值為10 -5 Ω，這個(gè)看似簡(jiǎn)單的要求給儀表的設計1 主要技術(shù)性能 1.1 測量范圍及分辨力 在GB/T3048.2 5.2.1 帶來(lái)了新的挑戰，10 -5 Ω數量級的電阻是個(gè)什么概念？截面在 172mm 2 至 1724mm 2 范圍內的1m 長(cháng)的銅導線(xiàn)在 20 ℃ 時(shí)的電阻值就落在 10-5Ω數量級范圍內 （ 10.0—99.9 μΩ)，考慮到GB/T3048.2 中電阻率測試允許誤差0.15% 及 GB/T3048.4 中導體電阻測試允許誤差 0.5% 的要求，儀表讀數的有效位應不少于 4位，（ 3 位有效讀數在*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% 的測量誤差），這就要求儀表的*高分辨力達到 10 -8 Ω（ 0.01 μΩ）。

1.2 測量靈敏度電線(xiàn)電纜測試人員都知道，要提高電橋測量結果的分辨力有兩個(gè)途徑，其一是加大測量電流，其二是提高電橋的指零裝置—檢流器的靈敏度，在數字式低阻表中情況也大致如此。由于電流加熱效應以及標準電阻容許流過(guò)電流值的限制，測量電流的提高幅度是有限的，*大值在10A 左右，根據歐姆定律： R=U /I ，在I = 10A 的測量電流下，儀表的電阻測量分辨力要達到0.01 μΩ，儀表的電位端電壓靈敏度必須達到 0.1 μ V , 比現有的數字式低阻表的*高電壓靈敏度 1 μV 提高了 10 倍。為了達到這個(gè)目標，本儀表的設計者采用*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)達到了6 1/2位高性能數字電壓表所能達到的水平。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靈敏度極高的光電放大器一樣，實(shí)現了測量電流與同類(lèi)儀表相同，而分辨力卻提高10 倍的目標。

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

儀表各測量檔位的測量電流見(jiàn)表 1 。

表 1

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

與儀表準確度和穩定性密切相關(guān)的是作為比例運算基準的一套標準電阻器，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系列標準電阻相當的很低的溫度系數和很高的穩定性，在測量時(shí)需要通過(guò)大電流的標準電阻被安裝在特制的冷卻油箱內。儀器的高靈敏度電位輸入端采用了低熱電勢、長(cháng)壽命的復銀切換開(kāi)關(guān)和低熱電勢的鍍金接插件，可以確保測量的準確度與長(cháng)期穩定性。
儀表的基本誤差及準確度等級見(jiàn)表 2,大致比同類(lèi)產(chǎn)品提高了一個(gè)等級，可以滿(mǎn)足國家標準中 電阻率測試允許誤差 0.15%以及導體電阻測試允許誤差 0.5%的要求。

表 2

其中 RX：儀表讀數值（電阻示值） Rm：所測量程滿(mǎn)度值

1.5 測量速度數字式測量?jì)x由于不需要進(jìn)行反復繁雜的平衡操作，加上數字直讀的特點(diǎn)，測量速度快、使用方便的優(yōu)勢是傳統電橋所望塵莫及的，測量速度的提高除了節約時(shí)間外，更大的好處是減少了測量電流對被測導線(xiàn)的加熱效應，提高了實(shí)際測得數據的準確度與可靠性。這是因為, 在一次測量中，被測導線(xiàn)的加熱程度與測量電流引入的能量 E成正比， E=I 2 × R × t 。其中： I 為測量電流； R 為導線(xiàn)電阻；t 為測量時(shí)間。隨著(zhù)測量時(shí)間的增加，導線(xiàn)溫度逐漸上升，直至達到熱平衡,當被測導線(xiàn)截面較大時(shí)這是一個(gè)十分緩慢的過(guò)程，如果在測量開(kāi)始后的較短時(shí)間內就取得讀數 , 完成測量 ,由測量電流造成的導體溫升從而引起的測量誤差將會(huì )大幅度降低。

2 附加功能簡(jiǎn)介

2.1 倍率電流測量功能 為了方便用戶(hù)實(shí)施 GB/T3048.4第 5.6 條中用比例為 1： 1.41的兩個(gè)測量電流分別測試樣電阻值，以判定是否發(fā)生溫升超標的方法，本儀表設置有比例為 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，避免了調節外部電流源的繁瑣操作。如果 1.00I ： 1.41I 倍率電流測量的結果判定電流過(guò)大，數據無(wú)效，則可再一次進(jìn)行 0.707I ： 1.00I 倍率電流測量（兩者的比例仍為 1.41 倍），如變化量小于標準規定的數值，表明在 0.707 I 條件下的測量結果有效，避免了為了降低測量電流而改變量程檔位 , 造成測量精度及分辨力的損失。

 2.2 外部熱電勢平衡功能在電線(xiàn)電纜導體電阻的測量夾具，其電位端的接觸刀口常用黃銅材料制成，與銅、鋁導線(xiàn)材料之間有較高的接觸熱電勢，在測量過(guò)程中由于環(huán)境溫度不可能完全均衡，在測試夾具上安裝導線(xiàn)時(shí)，人體也不可避免地會(huì )接觸到并加熱電位結點(diǎn)，由此產(chǎn)生的熱電耦電勢，會(huì )對高靈敏度的測量產(chǎn)生干擾，使測量結果發(fā)生偏移。
為了降低電位端的外部接觸電勢與熱電勢對測量結果的影響，本儀表設置了外部電勢平衡調節裝置，通過(guò)平衡調零，可以抵消在測量回路中的熱電耦電勢，該方法是GB/T 3048.2 第 6.5.3條推薦的方法之一。

2.3 反向電流測量功能 根據 GB/T 3048.4第5.5 條規定，當試樣電阻小于 0.1Ω時(shí)，應將電流反向再測一次，然后取算術(shù)平均值。這是消除測量回路中的熱電耦電勢的又一種簡(jiǎn)單有效的方法，同時(shí)也消除了儀表測量回路自身的電壓零點(diǎn)飄移，因此，正、反兩次測量的平均值，比單次測量結果有更高的準確度與可靠性。在用雙臂電橋電橋測量導體電阻時(shí)，該功能是通過(guò)切換外部換向閘刀實(shí)現的，而在現有的數字式低阻表中，為了防止電感性負載產(chǎn)生的反電勢損壞儀表，其輸入回路往往接有反向保護二極管，因此，是不容許電流反向的，無(wú)法實(shí)現標準要求的操作。本儀表中采用磚利技術(shù)，特殊設計了雙向電流保護電路，既防止了反電勢對儀表的危害，同時(shí)又允許進(jìn)行反向電流測量，并在儀器內部設置了大功率換向繼電器，通過(guò)面板開(kāi)關(guān)實(shí)施電流換向操作，正、反向讀數瞬時(shí)可得，操作簡(jiǎn)捷、使用方便。

3 儀表的基本參數見(jiàn)

表 3

  測試夾具（選件）：
               

 

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