費(fèi)國(guó)斌

(浙江樂(lè)清市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測(cè)院，樂(lè)清 325604)

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用DR-2有源模擬電阻器校準(zhǔn)回路電阻測(cè)試儀出現(xiàn)問(wèn)題的探討

費(fèi)國(guó)斌

(浙江樂(lè)清市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測(cè)院，樂(lè)清 325604)

本文簡(jiǎn)述了回路電阻測(cè)試儀和有源模擬電阻器的工作原理，并對(duì)用DR-2型有源模擬電阻器校準(zhǔn)某些型號(hào)回路電阻測(cè)試儀電阻示值時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析，并提出了解決方法，通過(guò)實(shí)驗(yàn)比較驗(yàn)證了該方法在校準(zhǔn)回路電阻測(cè)試儀具有實(shí)用價(jià)值。

回路電阻測(cè)試儀；有源模擬電阻器；輸入電阻；分流

0 引言

回路電阻測(cè)試儀是用于測(cè)量開(kāi)關(guān)控制設(shè)備的接觸電阻、回路電阻的專用設(shè)備，測(cè)試電流采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB763推薦的直流100A，可在該電流的情況下直接測(cè)得回路電阻或者接觸電阻，廣泛應(yīng)用于電力和生產(chǎn)企業(yè)。目前，按JJG 1052—2009《回路電阻測(cè)試儀、直阻儀》規(guī)程，缺少覆蓋回路電阻測(cè)試儀全量程的實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)電阻器，為此，一般是用大功率直流模擬電阻器對(duì)回路電阻測(cè)試儀的電阻示值進(jìn)行校準(zhǔn)。筆者發(fā)現(xiàn)，用DR-2型直流模擬電阻器校準(zhǔn)某些型號(hào)的回路電阻測(cè)試儀時(shí)，電阻測(cè)量示值誤差超差；而用實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)電阻器核查時(shí)，該回路電阻測(cè)試儀示值卻是合格的，本文就出現(xiàn)該問(wèn)題的原因和解決方法進(jìn)行探討。

1 回路電阻測(cè)試儀工作原理及分類

回路電阻測(cè)試儀主要有兩類：電流自動(dòng)恒流式和電流手動(dòng)調(diào)節(jié)式。

1)電流自動(dòng)恒流式回路電阻測(cè)試儀采用電壓電流法測(cè)量原理，如圖1所示，按下測(cè)量鍵后，恒流源輸出恒定直流電流，此時(shí)，采樣電路對(duì)被測(cè)電阻Rx上電壓和內(nèi)部電流分流器RS上電壓進(jìn)行采樣，采樣信號(hào)經(jīng)放大器放大后，由A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)微處理器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和運(yùn)算，最后顯示屏顯示電流值和電阻值，這類測(cè)試儀測(cè)得的電阻值Rx與回路電阻測(cè)試儀輸出電流值無(wú)關(guān)。

圖1 電流自動(dòng)恒流式回路電阻測(cè)試儀原理圖

圖2 電流手動(dòng)調(diào)節(jié)式回路電阻測(cè)試儀原理圖

2)電流手動(dòng)調(diào)節(jié)式回路電阻測(cè)試儀也采用電壓電流法測(cè)量原理，如圖2所示，按下測(cè)量鍵后，調(diào)節(jié)外部電位器使直流輸出電流到100A，內(nèi)部電流分流器RS采樣測(cè)到輸出電流值，由電流表顯示，由于電流已定100A，電壓表的顯示值可以表示被測(cè)電阻值。這類回路電阻測(cè)試儀測(cè)得的電阻值Rx與回路電阻測(cè)試儀輸出電流值相關(guān)。因?yàn)殡妷罕盹@示值按100A的比率標(biāo)定而顯示電阻值，如輸出電流值不是100A時(shí)，顯示的電阻值不是電阻實(shí)際值，會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。

2 直流有源模擬電阻器工作原理

DR-2型直流有源模擬電阻器是由電流轉(zhuǎn)換電路和標(biāo)準(zhǔn)電阻組合而成。其原理圖如圖3所示，電流轉(zhuǎn)換電路將直流有源模擬電阻器電流輸入端測(cè)量到的直流大電流I按比例N轉(zhuǎn)換成直流小電流I1，在直流小電流回路上串聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)電阻R，標(biāo)準(zhǔn)電阻兩端作為直流有源模擬電阻器的電位端，這樣電位端輸出的模擬電阻值為R模=I1R/I=R/N。將標(biāo)準(zhǔn)電阻R換成標(biāo)準(zhǔn)電阻箱就能得到不同的模擬電阻值。筆者使用0.1級(jí)DR-2型直流有源模擬電阻器，輸入最大電流100A時(shí)，1900μΩ量程上流過(guò)的直流小電流為1mA，串聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)電阻為10～190Ω，電位端輸出電壓為10～190mV，對(duì)應(yīng)的模擬電阻值為100～1900μΩ。

圖3 直流有源模擬電阻器原理圖

用該模擬電阻器校準(zhǔn)上海滬西電器廠生產(chǎn)的0.5級(jí)PCI μΩ型回路電阻測(cè)試儀時(shí)，發(fā)現(xiàn)其電阻示值不滿足該設(shè)備技術(shù)指標(biāo)，電阻值越大電阻示值偏差越大。而用0.2級(jí)大功率實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)電阻器核查該回路電阻測(cè)試儀時(shí)，回路電阻測(cè)試儀示值均滿足該設(shè)備技術(shù)指標(biāo)，其測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 使用兩種不同標(biāo)準(zhǔn)器的測(cè)試結(jié)果

經(jīng)測(cè)試，電流輸出值100A是準(zhǔn)確的，用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量回路電阻測(cè)試儀電位端輸入電阻只有3kΩ，而DR-2模擬電阻輸出電位端的內(nèi)阻在10～190Ω之間，3kΩ輸入電阻對(duì)DR-2的輸出電阻起到分流作用。而該回路電阻測(cè)試儀用標(biāo)準(zhǔn)實(shí)物電阻器校準(zhǔn)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)實(shí)物電阻器的阻值很小，最大只有2mΩ，回路電阻測(cè)試儀3kΩ的輸入電阻分流影響可忽略不計(jì)，所以，用標(biāo)準(zhǔn)實(shí)物電阻器校準(zhǔn)時(shí)該回路電阻測(cè)試儀的電阻示值是符合技術(shù)指標(biāo)的。一般情況下，回路電阻測(cè)試儀輸入電阻并不要求很高，用DR-2作為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)，需要考慮DR-2的輸出電阻過(guò)高的影響。

3 解決問(wèn)題方法的探討

筆者從誤差產(chǎn)生的原因上分析，得出了一種用DR-2校準(zhǔn)該類回路電阻測(cè)試儀的方法。測(cè)量原理如下：假設(shè)模擬電阻標(biāo)準(zhǔn)器輸出在某校準(zhǔn)點(diǎn)的輸出電阻為RX，用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量得出回路電阻測(cè)試儀電位端的輸入電阻RN，由于RN的分流，標(biāo)準(zhǔn)器實(shí)際輸出的電壓U=(RX+RN)U1/RN，U1為回路電阻測(cè)試儀電位端的分到的電壓值，該公式換成電阻值時(shí)，即為R實(shí)際值=(RX+RN)R示值/RN。用DR-2校準(zhǔn)得出回路電阻測(cè)試儀校準(zhǔn)點(diǎn)的R示值，再用該公式計(jì)算每個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)的實(shí)際值，計(jì)算得出的實(shí)際值作為校準(zhǔn)結(jié)果。筆者用DR-2校準(zhǔn)該回路電阻測(cè)試儀的示值、計(jì)算后的電阻示值與標(biāo)準(zhǔn)實(shí)物電阻器校準(zhǔn)得出的示值進(jìn)行比較如表2所示，表明通過(guò)該方法計(jì)算得出的電阻值與標(biāo)準(zhǔn)實(shí)物電阻器校準(zhǔn)的示值一致，可以作為回路電阻測(cè)試儀的校準(zhǔn)實(shí)際顯示值。該種方法要求測(cè)量回路電阻測(cè)試儀電位端輸入電阻RN的誤差不大于±0.1%。

表2 采用計(jì)算方法修正后與實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)電阻器校準(zhǔn)結(jié)果的比較

4 結(jié)論

采用DR-2型直流有源模擬電阻器校準(zhǔn)回路電阻測(cè)試儀時(shí)，由于DR-2輸出電阻過(guò)高，當(dāng)被校準(zhǔn)的回路電阻測(cè)試儀輸入電阻不是特別高時(shí)，需要對(duì)結(jié)果進(jìn)行修正。實(shí)驗(yàn)證明修正后的校準(zhǔn)結(jié)果是正確的。但是，作為通用校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)，需要對(duì)DR-2的輸出電路進(jìn)行改進(jìn)，例如，經(jīng)高輸入阻抗的電壓跟隨器后輸出，才能從根本上消除這一誤差來(lái)源。

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10.3969/j.issn.1000-0771.2015.12.16