浅谈如何正确测量搭接电阻

2015-12-02钱雯滨

计测技术 2015年1期

钱雯滨

(中航工业金城南京机电液压工程研究中心，江苏南京211100)

0 引言

飞机上的许多结构或部件都会采用搭接技术。搭接是指电搭接，是使飞机金属结构部件之间以及结构部件、设备、附件及基本结构之间有低阻通路的可靠的电连接［1］。搭接在屏蔽保护、静电保护、防射频干扰、雷击保护和天线保护中起到至关重要的作用。搭接给飞机上的结构或部件在回路中提供了一条低电阻的通道，当发生故障时，将故障电流导入设定的通路，以起到保护飞机及其他结构或部件作用，避免发生损坏或电磁干扰引起故障的发生，同时保证设备仪表的正常使用。因此，对搭接电阻的准确测量是非常重要的。

1 概述

搭接的类别有天线及滤波器搭接，电流回路搭接，防射频干扰搭接，防电击搭接，静电防护搭接，雷电防护搭接，飞机及地面辅助设施接大地［1］。不同部位的搭接，其阻值也不同。GJB 358-87《军用飞机电搭接线技术要求》对于各种类别搭接的阻值做出了明确的规定，见表1。

由上表可知，大部分的搭接电阻的阻值为毫欧级，阻值非常小。因此，搭接电阻的测量属于微小电阻的测量。按GJB 358-87《军用飞机电搭接线技术要求》的规定，测量搭接电阻的微欧计其精度应不低于2.5级。本单位所使用的微欧计在准确度等级上均满足此要求。但是本单位的检测人员在测量搭接电阻时经常发生测量数据不稳定及重复性差的问题，使得测量过程困难以及测试数据不可信。测量方法、测量仪器的选择、人员及环境均会对测量结果产生影响。下文将从以上几个方面来讨论如何正确测量搭接电阻。

表1 搭接电阻阻值统计表

2 正确选择测量方法

仪器测量搭接电阻时，通过探头接触本测件的被测面获得测量数据。仪器探头主要有三种:测试片、鳄鱼夹和测试笔棒。测试片是面接触，接触面积适当，接触表面平整，是一种较好的接触方式。将测试片夹紧后，测试仪器会显示非常稳定的数据。GJB 1210-91《电子设备和设施的接地、搭接和屏蔽设计指南》规定，搭接分为直接搭接和间接搭接两种。直接搭接主要有:熔接、硬钎焊、软钎焊、螺栓搭接与铆接等［2］。GJB 1210-91《接地、搭接和屏蔽设计的实施》指出，间接搭接运用的是搭接条，紧固手段有螺栓、铆钉、熔焊、钎焊和堆焊。［3］。无论是直接搭接还是间接搭接，只要搭接采用的是螺栓及铆钉之类的连接时，完全可以使用测试片进行测量。考虑到电序化的问题，应当使用与产品的材料相同的测试片。同时需要注意的是测试片的硬度及表面粗糙度等需与产品相匹配，以减少测量误差。解决的方法是找厂家订制不同材料的测试片。

当某些搭接为焊点时，测试片就无法使用，此时只能选择鳄鱼夹或测试笔棒。在测量过程中，检测人员经常发现使用鳄鱼夹或笔棒测量数据不稳定。这是因为鳄鱼夹或笔棒与产品的接触均不够良好，测量探头给测量仪器带来了很大的附件误差。附件误差的引入使得测量仪器在小量程(主要是2 mΩ)时的测量误差远远满足不了GJB 358-87“测量搭接电阻所用微欧计的精度应不低于2.5级”的要求。

以使用笔棒为例，用笔棒接触被测点时，其测量方式为四线转两线的点接触测量，其接触的面积很小。检测人员使用笔棒接触被测件时，接触压力在接触点上产生接触压强，不同的接触压强会产生不同的测量结构。GJB/Z 25-91《电子设备和设施的接地、搭接和屏蔽设计指南》中详细地描述了表面硬度、接触压力及接触面积对搭接电阻所产生的影响。设计指南中以几种典型金属为例，给出了在不同的压强下其搭接电阻的变化曲线，见图1。

图1 试验接触点的电阻随紧固力矩变化的曲线

从图1中可以看出，当超过一定的压强后，搭接电阻的阻值便不再有显著的改善。由此可知，当检测人员使用测试笔棒时施加的压力所产生的压强超过一定的数值后，在理论上，测量数值会趋于稳定。在实际操作过程中，需要检测人员认定控制力度是比较困难的。检测人员丰富的工作经验在一定程度上可以带来一定的帮助，但并不绝对。

3 正确选择检测仪器

在测量搭接电阻时，选择合适的检测仪器是非常重要的。市面上可以测量小电阻的仪器有很多，名称也各不相同。主要有:微欧计、直流电阻测试仪、低电阻测试仪、毫欧表等。仪器在硬件上，总体的设计原理是相同的，原理图见图2。最大的不同点在于恒流源，主要有单向测量、正反向测量和脉冲电流法测量三种。

图2 测量原理框图

3.1 单向测量

专门用于测量电阻的仪器绝大多数都是直流单向测量，如PC9A，GOM-801H等。以微欧计为例，其工作原理采用电流——电压降测试方式。恒流源输出一定的直流电流，流经被测电阻，形成一个电压降，经前置放大器放大。由A/D转换器转换成数字量，最后送显示器显示［4］。此时，微欧计所测的电阻阻值为电压降与恒流源电流值的比值。电阻两端获得电压包括电压降、热电势、接触电势和零电势。热电势、接触电势和零电势都属于定向干扰电势，对测量结果的影响是:对正向测量结果增加，对反向测量结果减小［5］。当测量结果为正误差时，单向测量会造成测量结果偏大。

3.2 正反向测量

有些测量电阻的仪器有正反向测量的功能。正反向测量的原理是正反向电流给被测件，获得正反向两次数据，取得两次数据的平均值。这种方式可消去热电势、接触电势和零电势。原理图见图3。

图3 正反向测量原理框图

正向电流下，被测电阻两端的电压U1为

反向电流下，被测电阻两端的电压U2为

IR为

由公式3可知，正反向测量可以有效消除定向干扰，准确测量搭接电阻。

3.3 脉冲电流法测量

当电流脉冲很窄时，由于大电流通过小电阻的通电时间很短，电阻阻值变化不大。同时，由于电流值较大，在小电阻上的压降较高，减少了噪声和干扰对电阻测试的影响［6］。

综上所述，测量搭接电阻时，需选择正确的测量仪器，同时还需要注意选择相匹配的测试电流，这将大大提高测量的准确性。

4 控制测量环境及测试工艺

GJB 358-87及GJB/Z 25-91对搭接电阻在装配过程中的环境、工艺及装配要求作出了严格的规定。这是因为在小电阻测量中，特别是2 mΩ以下的电阻，灰尘、粉屑、油污及防腐剂等将严重影响测量面的接触及测量结果。产品的温度差会带来异种金属间热电势干扰(EMF)，潮湿的空气中，CO2，SO2会产生原电池电势干扰。热电势及电池电势干扰均会附加在测量结果上，使得测量结果偏大。因此，应对测量的环境(温湿度)、测量工艺等做出文字性的规定。