1　引言 在飛機上，通常利用機體作為一根供電導(dǎo)線。為了保證飛機的正常供電，要求從機頭到機尾的機體電阻必須小于0.005歐姆，即5毫歐姆，才不至于影響飛機的正常供電。 以往對于特低電阻值的測量通常采用比較的方法，即手動調(diào)節(jié)電橋平衡，在精密電阻箱上得到讀數(shù)，此方法既慢又不準(zhǔn)確。即使采用6位半的高精度數(shù)字表直接測量電阻，其電阻測量的分辨率也只能達到10毫歐姆。這說明測量機體電阻是一個比較困難的超低阻值測量問題。 2　系統(tǒng)設(shè)計與誤差分析 將測試線路及測試儀內(nèi)部的線路電阻考慮在內(nèi)時，電阻值的測量范圍要達到100毫歐姆；為了準(zhǔn)確測量出機體電阻，分辨率要達到0.1毫歐姆。 從理論上說采用24bit的A/D轉(zhuǎn)換器，若輸入量程為5V，則分辨率可達： 　　 LSB=5/（224-1）=0.29微伏 　　 即1mA電流流過1毫歐姆電阻產(chǎn)生的1微伏電壓降也能測量出來。但這省略了一個前提：被測量信號的信噪比必須非常高。如果線路的噪聲達到1mV，那么即使1A電流在1毫歐姆電阻上產(chǎn)生的1mV電壓信號也檢測不出來。 　　根據(jù)需要測量的電阻值范圍和對被測量信號信噪比的要求，設(shè)計的系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)如圖1所示。 測試系統(tǒng)的誤差分為量化誤差Δd和模擬誤差Δm兩部分。可表示為： 　　 Δd=A/D轉(zhuǎn)換器的積分非線性誤差I(lǐng)NL+A/D轉(zhuǎn)換器的微分非線性誤差DNL+量化誤差LSB Δm=被測量的電阻＊比例誤差系數(shù)+系統(tǒng)常數(shù)誤差十隨機誤差 　　 上式中決定比例誤差系數(shù)的主要因素是恒流源精度、各個環(huán)節(jié)的溫漂和增益誤差等。決定系統(tǒng)常數(shù)誤差的主要因素是系統(tǒng)內(nèi)部線路、測試線路和各個環(huán)節(jié)的調(diào)零。決定隨機誤差的主要因素是隨機接觸電阻、系統(tǒng)噪聲和外部干擾。 3　關(guān)鍵電路選型 3.1　低漂移大電流精密恒流源電路 理論和元器件數(shù)據(jù)資料表明，以齊納二極管為基準(zhǔn)的精密電壓參考源的性能優(yōu)于以能帶為基準(zhǔn)的恒流源，因此采用高性能的精密電壓參考源間接得到需要的精密相流源。電路如圖2所示。 [align=center] 圖2 高精密低溫漂恒流源電路[/align] REF102是10V精密電壓參考源，精度為±0.0025V，溫漂為2.5ppm/℃max，可滿足本系統(tǒng)電阻測量的要求。OPA111精密運算放大器作為電壓跟隨器，使得REF102的GND端和放大器的同相端相等，即R＊為高精度、低溫漂的精密電阻，則流過RL的電流為精密恒定電流。整個電路等效為恒流源電路。 恒流源擴展電路如圖3所示，運算放大器工作在開環(huán)狀態(tài)，由于同相端和反相端的壓差幾乎為零，運算放大器的偏置電流可以忽略不計，因此恒流源電流在NR上的壓降與VMOS場效應(yīng)管的源極電流在R上的壓降必定相等。當(dāng)選擇 I1=1mA,NR=999R時 則Is=999＊I1=999mA 所以I0=I1+Is=1mA+999mA=1.000A 　　 選擇NR、R為高精度低溫漂電阻，OPA602為精密運算放大器，則擴展后輸出的電流是精密恒流源。 3.2　A/D轉(zhuǎn)換與單片機系統(tǒng) 　　 由于測試量程要達100毫歐、分辨率要小于0.1毫歐，所以A/D轉(zhuǎn)換器的二進制編碼數(shù)至少要達到1000個，相當(dāng)于10位的A/D轉(zhuǎn)換器?？紤]到噪聲的影響以及A/D轉(zhuǎn)換器的差分非線性DNL、積分非線性NL和量化誤差LSB，選擇16位的串行接口A/D轉(zhuǎn)換器ADS7809。設(shè)定其輸入量程為10V，則分辨率為0.1525mV。當(dāng)被測量的電阻最大值為100毫歐，恒流源電流為1A時，被測電阻上的壓降為0.1V。為提高測試的精度，將此信號放大100倍達到10V，則理論上0.1毫歐的電阻可產(chǎn)生10mV的電壓降，A/D轉(zhuǎn)換后的讀數(shù)可達65LSB，可充分保證測量的精度。 [align=center] 圖3 精密擴展恒流源電路[/align] 4　關(guān)鍵誤差的消除 4.1　硬件濾波電路 　　 由于機體是一個大的導(dǎo)體，其感應(yīng)的干擾信號很強，機上設(shè)備工作時也會產(chǎn)生較大的干擾。而機體電阻是一個比較穩(wěn)定的值，在恒流源的激勵下產(chǎn)生的電壓信號是比較穩(wěn)定的信號，理論上近似如直流。因此在將測量信號加到A/D轉(zhuǎn)換器之前先經(jīng)過一個有源低通濾波器，設(shè)定較低的截止頻率可濾除一切交流干擾。 4.2　軟件濾波 為進一步提高系統(tǒng)抗干擾和噪聲的能力，保證測試的精度，對獲得的測量值進行數(shù)字濾波處理，即進行256次測量后取平均值。經(jīng)過軟、硬件濾波處理后的系統(tǒng)誤差僅僅±1LSB。 4.3　測試連接線及其與機上測試點隨機接觸電阻的消除 恒流源電流流經(jīng)的系統(tǒng)內(nèi)部線路電阻和連接飛機的測試導(dǎo)線的導(dǎo)線電阻可達三十幾毫歐，可作為系統(tǒng)常數(shù)誤差予以消除。 　　 難以消除的誤差是隨機誤差，來自于測試線路與機上連接點的隨機接觸電阻。每次測量時，擰緊測試線的力度不同、接觸表面的清潔度不同，其接觸電阻完全是隨機的，變化范圍可達幾個毫歐。為此采用如圖4所示的測試連接電路予以消除。 [align=center] 圖4 消除隨機誤差的測試連接圖[/align] 測試原理是四線測試法。選擇L1～L4四根導(dǎo)線為相同導(dǎo)線電阻的鍍銀導(dǎo)線。M1、M2為機上測試連接點。在同一個測試點上擰緊兩根測試線，L1和L2，L3和L4。導(dǎo)線的另一端接至測試接線盒的接觸電阻小于0.05毫歐的φ6鍍金接線柱。采用手動連接活動鍍金接線片的辦法，構(gòu)成三種測試狀態(tài)：R+接T1、R—接N1，測量出L1、L2及接觸點M1的接觸電阻；R+接N2、R—接T2，測量出L3、L4及接觸點M2的接觸電阻。將這兩個電阻值取平均值作為測試線路的系統(tǒng)誤差。最后測出R+接N2、R—接N1的電阻值，減去上述測得的測試線路系統(tǒng)誤差，即得到機體電阻值。 5　測試軟件流程圖 如圖5所示，單片機采用查詢方式響應(yīng)測試鍵控。用4個鍵對應(yīng)四個測試狀態(tài)，且及時顯示測試結(jié)果以便于操作者判斷。程序判斷四個電阻測試完后，自動修正各種誤差，顯示并打印出所測得的機體電阻值，并附帶其他信息，以便于保存和驗證。