张文海(成都电机厂610051)

 

    在电机行业中，lOΩ以下的小直流电阻通常采用双臂电桥进行测试。双臂电桥虽然测试准确度高，但它具有测试电流大、调平衡困难等缺点。本文介绍一种用数字电压表高精度测小电阻的方法。它不但能克服双臂电桥的缺点，而且测试小电阻的准确度可和双臂电桥相比，测量范围为0. 01Ω～1kΩ。

    如图1所示，这是常见的电压降法测电阻。图中E为直流电源，PA为数字电流表，PV为数字电压表，Rx为被测电阻，通常认为，用电压降法测大直流电阻准确，测小直流电阻并不准确。其实，只要正确接线，并采用高准确度的数字电表，用电压降法测小电阻的准确度，完全可以和双臂电桥相比。引入，令接触电阻为R。引线电阻由B、B¹两点到数字电压表PV的两根引线产生，令引线电阻为。因数字电压表内阻很大，引线电阻可忽略不计。关键是要排除接触电阻R¹的影响。排除的方法是将测量的电流臂A、A¹两点接前，测量的电压臂B、B¹两点接后，这样测出的Rx就会等于等，不会有理论误差。相反，若将电压臂接前，电流臂接后，即将图1中的B、B¹两点，移到C、C¹两点测，这样由等算出的电阻，就不会等于R，而多加了一个。数字表测小电阻，则是采用上述电压降法测电阻，两电流臂接外，两电压臂接内，并用恒流源作电源，取消电流表，电流选lOOmA、lOmA两档，因电流是1的倍数关系，便可直接将数字电压表的电压读数转换成欧姆读数，测量极为方便。加上恒流源的接线如图2所示。

   

    要使测小电阻准确，必须要排除测量的接触电阻和引线电阻。图1中，由A、A¹两点， 图2中采用可调式三端稳压块W317经电产生测量接触电阻，因测量电流J由这两点  流取样后作成恒流源。分两档，R¹为lOOmA取样电阻，能在0. 01～30Ω,测量范围内提供lOOmA恒定测量电流。R¹为lOmA取样电阻，能在1 0Ω～1kΩ测量范围内提供lOmA恒定的测量电流。lOOmA、lOmA，用高准确度的数字电流表校准。这样，测量小电阻就变得非常简单，而且测试准确度较高。数字欧姆显示，既可直接用数字电压表，也可选用专门数字电压模块，作成专门数字微姆计。前者要注意小数点位数，后者应按欧姆需要，进行内部小数点移位，直接欧姆数显。

    附表是用10进电阻箱作标准，在同样情况下，用数字电压表法和双臂电桥，对一组小电阻测试进行比较。

    从附表可知，二者的测试准确度是比较接近的，数字电压表准确度稍差，是数字电压表最小档显示位数不够造成的，理论上并非差。当然，10进电阻箱也非标准，也有误差，所谓准确度也非****，这里只是在同样情况下进行比较。对电阻箱已知电阻测试，双臂电桥可以很快调平衡，故二者测试准确度没有多大差别。如果对未知电阻进行测试，准确度就不一定是双臂电桥优于数字电压表法，原因是双臂电桥测量电流大，如测量0.1Ω电阻时，电流要加到2A以上，这样大的测量电流，电桥一下找不准平衡，电阻很快会发热变化，这样，洌试准确度就大大下降。而数字电压表法，不但测试快，而且测量电流小，电阻不易发热，所以用其测量未知电阻，仍能保持较高的准确度。

    在数字电压表未普遍使用之前，用电压降法测小电阻并不准确，即使采用图1正确接线，因电阻太小，测试电流引起的压降也很小，一般指针式电压表的分辨率和准确度都不高，测试误差较大。当今高分辨率高准确度的数字电压表已普及，甚至数字万用表电压电流档的分辨率和准确度都比指针式电表高，这就为小电阻测试提供了方便。即使测试电流较小，牺牲的灵敏度也可由数字电压表的高分辨率、高准确度得到补偿。双臂电桥测小电阻，则必须要加大测试电流，才能保证足够的测试灵敏度。如用它测0.1电阻，测试电流要2A。而用数字电压表法测0.1Ω电阻，甚至更小的，如0. 01Ω电阻，测试电流只需lOOmA，即可达到同样的测试准确度。

    从图2可知，线路很简单，既无温度补偿，也未作其它处理，稳定度似乎不能保证。其实，在线路设计时已作了相关考虑：该线路选的是大功率三端稳压块作恒流源，而却让它工作在小电流、低电压下，即使被测电阻R。等于零，功耗也很小，再加上W317在一个较大的散热板上，所以即使未作温度补偿，工作稳定性和热稳定性也较好，曾对lOOmA档作了连续4h的短路试验和+40摄氏度的2h高温试验，其变化率均小于百分之0. 2。

    数字电压表法类似双臂电桥，需要用四臂进行测试。为了保证正确接线，必须对线夹进行简化处理。简化的方法是，对鳄鱼夹上下夹作绝缘处理，即将鳄鱼夹的上夹或下夹****套上一节黄腊管，用一细铜丝在上面绕紧几圈，焊上一引线作电压臂，另半夹焊一引线作电流臂，两夹作同样处理。这样，无论两夹怎样夹持被测电阻，都能保证正确接线，使测量结果准确，其接线夹持如图3所示。

    图中A、B为一个鳄鱼夹的上、下夹，一****用黄腊管绝缘，B、B¹为另一个鳄鱼夹，****同样绝缘，绕组电阻。可见，不但夹持方便，四臂变两夹，而且电压臂绝不会受电流臂影响，经实际使用，效果良好。

    (1)测量范围大，0.01Ω～lkΩ，如果升高电源电压（可升至35V），测量范围还可扩大，测量准确度可小于百分之0. 5。而双臂电桥测量范围只在10n以下，非常狭窄。

    (2)测试速度快。这是因为它属自动数显，所以能很快得出结果。这对电机温升热电阻的快速测试极力重要。因为温升热电阻要求电机断电瞬间马上测出热电阻，而双臂电桥因要调平衡，一般要8s以上才能测出热电阻，有时甚至因一时找不准平衡点而使测试失败。数字电压表法则不然，一般2s能得出结果。

    (3)测试准确度变化小。数字电压表法测试速度快，测量电流小，即便长时间测试，测试准确度不变。而双臂电桥则不然，由于其测量电流大，一旦调平衡时间长，测试准确度大为下降。

    (4)适合于小空间位置测试。例如直流电机电枢片间电阻测试，不但换向片上容纳四臂，困难，而且四臂同时接触，电流臂稍一接触不良，测试就没法进行。数字电压表法则不然，它可作四臂分离测试，即将两个电流臂引到外面，由电枢出线端，经电刷引入电流，因恒流源内阻大，100mA电流仍可保持不变。用数字电压表的表笔接触换向片，即可测准电阻。例如，对我厂的一种S-369直流电机片间电阻测试，该电机一对电刷，端盖上有一狭窄观察窗，当恒流源向电枢通100mA电流后，用数字电压表表笔从观察窗插入换向片，1次可测出片间电阻，有的直流电杌没有观察窗，但有两对以上电刷。这时仍可采用上法，留一对电刷通电，取另一对电刷，由刷孔中插入电压表笔测试，测试仍然快速。而双臂电桥，则不能作此四臂分离测试。

    用数字电压表法测小电阻，采用的是******的办法，达到较准确的测试。对电机温升测试极为方便。而且它可进行分解，既可作数字微欧计用，又可作纯恒流源用，像测片间电阻那样为电枢提供恒流，在电枢任一位置测电阻，测试效果良好。

    （该文线路设计得到梁功勋同志帮助，在此致谢）

   

    张文海：男，1941年出生，****工程师，主要从事微特电机实验和测试方法的研究。