淺談如何正確測量搭接電阻

錢雯濱

(中航工業(yè)金城南京機(jī)電液壓工程研究中心，江蘇南京211100)

0 引言

飛機(jī)上的許多結(jié)構(gòu)或部件都會采用搭接技術(shù)。搭接是指電搭接，是使飛機(jī)金屬結(jié)構(gòu)部件之間以及結(jié)構(gòu)部件、設(shè)備、附件及基本結(jié)構(gòu)之間有低阻通路的可靠的電連接［1］。搭接在屏蔽保護(hù)、靜電保護(hù)、防射頻干擾、雷擊保護(hù)和天線保護(hù)中起到至關(guān)重要的作用。搭接給飛機(jī)上的結(jié)構(gòu)或部件在回路中提供了一條低電阻的通道，當(dāng)發(fā)生故障時，將故障電流導(dǎo)入設(shè)定的通路，以起到保護(hù)飛機(jī)及其他結(jié)構(gòu)或部件作用，避免發(fā)生損壞或電磁干擾引起故障的發(fā)生，同時保證設(shè)備儀表的正常使用。因此，對搭接電阻的準(zhǔn)確測量是非常重要的。

1 概述

搭接的類別有天線及濾波器搭接，電流回路搭接，防射頻干擾搭接，防電擊搭接，靜電防護(hù)搭接，雷電防護(hù)搭接，飛機(jī)及地面輔助設(shè)施接大地［1］。不同部位的搭接，其阻值也不同。GJB 358-87《軍用飛機(jī)電搭接線技術(shù)要求》對于各種類別搭接的阻值做出了明確的規(guī)定，見表1。

由上表可知，大部分的搭接電阻的阻值為毫歐級，阻值非常小。因此，搭接電阻的測量屬于微小電阻的測量。按GJB 358-87《軍用飛機(jī)電搭接線技術(shù)要求》的規(guī)定，測量搭接電阻的微歐計其精度應(yīng)不低于2.5級。本單位所使用的微歐計在準(zhǔn)確度等級上均滿足此要求。但是本單位的檢測人員在測量搭接電阻時經(jīng)常發(fā)生測量數(shù)據(jù)不穩(wěn)定及重復(fù)性差的問題，使得測量過程困難以及測試數(shù)據(jù)不可信。測量方法、測量儀器的選擇、人員及環(huán)境均會對測量結(jié)果產(chǎn)生影響。下文將從以上幾個方面來討論如何正確測量搭接電阻。

表1 搭接電阻阻值統(tǒng)計表

2 正確選擇測量方法

儀器測量搭接電阻時，通過探頭接觸本測件的被測面獲得測量數(shù)據(jù)。儀器探頭主要有三種:測試片、鱷魚夾和測試筆棒。測試片是面接觸，接觸面積適當(dāng)，接觸表面平整，是一種較好的接觸方式。將測試片夾緊后，測試儀器會顯示非常穩(wěn)定的數(shù)據(jù)。GJB 1210-91《電子設(shè)備和設(shè)施的接地、搭接和屏蔽設(shè)計指南》規(guī)定，搭接分為直接搭接和間接搭接兩種。直接搭接主要有:熔接、硬釬焊、軟釬焊、螺栓搭接與鉚接等［2］。GJB 1210-91《接地、搭接和屏蔽設(shè)計的實施》指出，間接搭接運(yùn)用的是搭接條，緊固手段有螺栓、鉚釘、熔焊、釬焊和堆焊。［3］。無論是直接搭接還是間接搭接，只要搭接采用的是螺栓及鉚釘之類的連接時，完全可以使用測試片進(jìn)行測量。考慮到電序化的問題，應(yīng)當(dāng)使用與產(chǎn)品的材料相同的測試片。同時需要注意的是測試片的硬度及表面粗糙度等需與產(chǎn)品相匹配，以減少測量誤差。解決的方法是找廠家訂制不同材料的測試片。

當(dāng)某些搭接為焊點時，測試片就無法使用，此時只能選擇鱷魚夾或測試筆棒。在測量過程中，檢測人員經(jīng)常發(fā)現(xiàn)使用鱷魚夾或筆棒測量數(shù)據(jù)不穩(wěn)定。這是因為鱷魚夾或筆棒與產(chǎn)品的接觸均不夠良好，測量探頭給測量儀器帶來了很大的附件誤差。附件誤差的引入使得測量儀器在小量程(主要是2 mΩ)時的測量誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了GJB 358-87“測量搭接電阻所用微歐計的精度應(yīng)不低于2.5級”的要求。

以使用筆棒為例，用筆棒接觸被測點時，其測量方式為四線轉(zhuǎn)兩線的點接觸測量，其接觸的面積很小。檢測人員使用筆棒接觸被測件時，接觸壓力在接觸點上產(chǎn)生接觸壓強(qiáng)，不同的接觸壓強(qiáng)會產(chǎn)生不同的測量結(jié)構(gòu)。GJB/Z 25-91《電子設(shè)備和設(shè)施的接地、搭接和屏蔽設(shè)計指南》中詳細(xì)地描述了表面硬度、接觸壓力及接觸面積對搭接電阻所產(chǎn)生的影響。設(shè)計指南中以幾種典型金屬為例，給出了在不同的壓強(qiáng)下其搭接電阻的變化曲線，見圖1。

圖1 試驗接觸點的電阻隨緊固力矩變化的曲線

從圖1中可以看出，當(dāng)超過一定的壓強(qiáng)后，搭接電阻的阻值便不再有顯著的改善。由此可知，當(dāng)檢測人員使用測試筆棒時施加的壓力所產(chǎn)生的壓強(qiáng)超過一定的數(shù)值后，在理論上，測量數(shù)值會趨于穩(wěn)定。在實際操作過程中，需要檢測人員認(rèn)定控制力度是比較困難的。檢測人員豐富的工作經(jīng)驗在一定程度上可以帶來一定的幫助，但并不絕對。

3 正確選擇檢測儀器

在測量搭接電阻時，選擇合適的檢測儀器是非常重要的。市面上可以測量小電阻的儀器有很多，名稱也各不相同。主要有:微歐計、直流電阻測試儀、低電阻測試儀、毫歐表等。儀器在硬件上，總體的設(shè)計原理是相同的，原理圖見圖2。最大的不同點在于恒流源，主要有單向測量、正反向測量和脈沖電流法測量三種。

圖2 測量原理框圖

3.1 單向測量

專門用于測量電阻的儀器絕大多數(shù)都是直流單向測量，如PC9A，GOM-801H等。以微歐計為例，其工作原理采用電流——電壓降測試方式。恒流源輸出一定的直流電流，流經(jīng)被測電阻，形成一個電壓降，經(jīng)前置放大器放大。由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，最后送顯示器顯示［4］。此時，微歐計所測的電阻阻值為電壓降與恒流源電流值的比值。電阻兩端獲得電壓包括電壓降、熱電勢、接觸電勢和零電勢。熱電勢、接觸電勢和零電勢都屬于定向干擾電勢，對測量結(jié)果的影響是:對正向測量結(jié)果增加，對反向測量結(jié)果減?。?］。當(dāng)測量結(jié)果為正誤差時，單向測量會造成測量結(jié)果偏大。

3.2 正反向測量

有些測量電阻的儀器有正反向測量的功能。正反向測量的原理是正反向電流給被測件，獲得正反向兩次數(shù)據(jù)，取得兩次數(shù)據(jù)的平均值。這種方式可消去熱電勢、接觸電勢和零電勢。原理圖見圖3。

圖3 正反向測量原理框圖

正向電流下，被測電阻兩端的電壓U1為

反向電流下，被測電阻兩端的電壓U2為

IR為

由公式3可知，正反向測量可以有效消除定向干擾，準(zhǔn)確測量搭接電阻。

3.3 脈沖電流法測量

當(dāng)電流脈沖很窄時，由于大電流通過小電阻的通電時間很短，電阻阻值變化不大。同時，由于電流值較大，在小電阻上的壓降較高，減少了噪聲和干擾對電阻測試的影響［6］。

綜上所述，測量搭接電阻時，需選擇正確的測量儀器，同時還需要注意選擇相匹配的測試電流，這將大大提高測量的準(zhǔn)確性。

4 控制測量環(huán)境及測試工藝

GJB 358-87及GJB/Z 25-91對搭接電阻在裝配過程中的環(huán)境、工藝及裝配要求作出了嚴(yán)格的規(guī)定。這是因為在小電阻測量中，特別是2 mΩ以下的電阻，灰塵、粉屑、油污及防腐劑等將嚴(yán)重影響測量面的接觸及測量結(jié)果。產(chǎn)品的溫度差會帶來異種金屬間熱電勢干擾(EMF)，潮濕的空氣中，CO2，SO2會產(chǎn)生原電池電勢干擾。熱電勢及電池電勢干擾均會附加在測量結(jié)果上，使得測量結(jié)果偏大。因此，應(yīng)對測量的環(huán)境(溫濕度)、測量工藝等做出文字性的規(guī)定。

5 結(jié)論

搭接電阻的測量具有一定的難度。目前本單位測量搭接電阻的數(shù)據(jù)可信度不高。文章通過分析影響搭接電阻測量結(jié)果的幾種因素，提出了正確測量搭接電阻的方法。

［1］GJB358-1987軍用飛機(jī)電搭接線技術(shù)要求［S］.1987.

［2］GJB/Z 25-1991電子設(shè)備和設(shè)施的接地、搭接和屏蔽設(shè)計指南［S］.1991.

［3］GJB1210-1991接地、搭接和屏蔽設(shè)計的實施［S］.1991.

［4］PC9A說明書［Z］.

［5］尹波，劉明南，陳偉波，等.火工品用智能低電阻測量儀的設(shè)計［J］.火工品，2011(1):17-19.

［6］薛楠，陳亭，薛易.高精確度智能微歐計的設(shè)計［J］.哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報，2006(6):1-4.