用DR-2有源模擬電阻器校準回路電阻測試儀出現問題的探討

費國斌

(浙江樂清市質量技術監督檢測院，樂清 325604)

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用DR-2有源模擬電阻器校準回路電阻測試儀出現問題的探討

費國斌

(浙江樂清市質量技術監督檢測院，樂清 325604)

本文簡述了回路電阻測試儀和有源模擬電阻器的工作原理，并對用DR-2型有源模擬電阻器校準某些型號回路電阻測試儀電阻示值時出現的問題進行分析，并提出了解決方法，通過實驗比較驗證了該方法在校準回路電阻測試儀具有實用價值。

回路電阻測試儀；有源模擬電阻器；輸入電阻；分流

0 引言

回路電阻測試儀是用于測量開關控制設備的接觸電阻、回路電阻的專用設備，測試電流采用國家標準GB763推薦的直流100A，可在該電流的情況下直接測得回路電阻或者接觸電阻，廣泛應用于電力和生產企業。目前，按JJG 1052—2009《回路電阻測試儀、直阻儀》規程，缺少覆蓋回路電阻測試儀全量程的實物標準電阻器，為此，一般是用大功率直流模擬電阻器對回路電阻測試儀的電阻示值進行校準。筆者發現，用DR-2型直流模擬電阻器校準某些型號的回路電阻測試儀時，電阻測量示值誤差超差；而用實物標準電阻器核查時，該回路電阻測試儀示值卻是合格的，本文就出現該問題的原因和解決方法進行探討。

1 回路電阻測試儀工作原理及分類

回路電阻測試儀主要有兩類：電流自動恒流式和電流手動調節式。

1)電流自動恒流式回路電阻測試儀采用電壓電流法測量原理，如圖1所示，按下測量鍵后，恒流源輸出恒定直流電流，此時，采樣電路對被測電阻Rx上電壓和內部電流分流器RS上電壓進行采樣，采樣信號經放大器放大后，由A/D轉換器將模擬信號轉換成數字信號，再經微處理器對數據進行處理和運算，最后顯示屏顯示電流值和電阻值，這類測試儀測得的電阻值Rx與回路電阻測試儀輸出電流值無關。

圖1 電流自動恒流式回路電阻測試儀原理圖

圖2 電流手動調節式回路電阻測試儀原理圖

2)電流手動調節式回路電阻測試儀也采用電壓電流法測量原理，如圖2所示，按下測量鍵后，調節外部電位器使直流輸出電流到100A，內部電流分流器RS采樣測到輸出電流值，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電阻值。這類回路電阻測試儀測得的電阻值Rx與回路電阻測試儀輸出電流值相關。因為電壓表顯示值按100A的比率標定而顯示電阻值，如輸出電流值不是100A時，顯示的電阻值不是電阻實際值，會產生較大的誤差。

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換電路和標準電阻組合而成。其原理圖如圖3所示，電流轉換電路將直流有源模擬電阻器電流輸入端測量到的直流大電流I按比例N轉換成直流小電流I1，在直流小電流回路上串聯標準電阻R，標準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。將標準電阻R換成標準電阻箱就能得到不同的模擬電阻值。筆者使用0.1級DR-2型直流有源模擬電阻器，輸入最大電流100A時，1900μΩ量程上流過的直流小電流為1mA，串聯的標準電阻為10～190Ω，電位端輸出電壓為10～190mV，對應的模擬電阻值為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上海滬西電器廠生產的0.5級PCI μΩ型回路電阻測試儀時，發現其電阻示值不滿足該設備技術指標，電阻值越大電阻示值偏差越大。而用0.2級大功率實物標準電阻器核查該回路電阻測試儀時，回路電阻測試儀示值均滿足該設備技術指標，其測試結果見表1。

表1 使用兩種不同標準器的測試結果

經測試，電流輸出值100A是準確的，用數字萬用表測量回路電阻測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阻在10～190Ω之間，3kΩ輸入電阻對DR-2的輸出電阻起到分流作用。而該回路電阻測試儀用標準實物電阻器校準時，標準實物電阻器的阻值很小，最大只有2mΩ，回路電阻測試儀3kΩ的輸入電阻分流影響可忽略不計，所以，用標準實物電阻器校準時該回路電阻測試儀的電阻示值是符合技術指標的。一般情況下，回路電阻測試儀輸入電阻并不要求很高，用DR-2作為標準進行校準時，需要考慮DR-2的輸出電阻過高的影響。

3 解決問題方法的探討

筆者從誤差產生的原因上分析，得出了一種用DR-2校準該類回路電阻測試儀的方法。測量原理如下：假設模擬電阻標準器輸出在某校準點的輸出電阻為RX，用數字萬用表測量得出回路電阻測試儀電位端的輸入電阻RN，由于RN的分流，標準器實際輸出的電壓U=(RX+RN)U1/RN，U1為回路電阻測試儀電位端的分到的電壓值，該公式換成電阻值時，即為R實際值=(RX+RN)R示值/RN。用DR-2校準得出回路電阻測試儀校準點的R示值，再用該公式計算每個校準點的實際值，計算得出的實際值作為校準結果。筆者用DR-2校準該回路電阻測試儀的示值、計算后的電阻示值與標準實物電阻器校準得出的示值進行比較如表2所示，表明通過該方法計算得出的電阻值與標準實物電阻器校準的示值一致，可以作為回路電阻測試儀的校準實際顯示值。該種方法要求測量回路電阻測試儀電位端輸入電阻RN的誤差不大于±0.1%。

表2 采用計算方法修正后與實物標準電阻器校準結果的比較

4 結論

采用DR-2型直流有源模擬電阻器校準回路電阻測試儀時，由于DR-2輸出電阻過高，當被校準的回路電阻測試儀輸入電阻不是特別高時，需要對結果進行修正。實驗證明修正后的校準結果是正確的。但是，作為通用校準標準，需要對DR-2的輸出電路進行改進，例如，經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源。

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10.3969/j.issn.1000-0771.2015.12.16