噴鋁電阻測量儀的新檢測方法

中國航空制造技術(shù)研究院 李賀鵬

1.引言

在復(fù)合材料上面的噴鋁涂層的電阻值很小，一般在25.4mm間距之間只有幾微歐，測量這樣小的電阻就要求測量儀器具有很高的靈敏度，同時(shí)測量方法應(yīng)比較完善，且在測量中要消除接觸電阻和熱電勢的影響。

我所制造的PLC-3型噴鋁表層電阻測量儀采用恒定電流供電，四端子測量探頭測量電壓[1]，通過歐姆定律計(jì)算而得到電阻值的方法。由于采用高分辨力的數(shù)字電壓表，PLC-3型噴鋁表層電阻測量儀的電阻測量可達(dá)0.1 微歐。對(duì)用這樣測量微歐級(jí)別的測量儀，每年需送中國計(jì)量科學(xué)研究院檢定，中國計(jì)量科學(xué)研究院的實(shí)體電阻標(biāo)準(zhǔn)值最小只有100微歐。該儀器測量原理的數(shù)學(xué)模型為：式中R為被測電阻，V為采樣電壓，I為恒流源電流。當(dāng)由此我們可以看出數(shù)字電壓表的示值電壓與被測電阻成正比，這是一種間接測量方法。從而我們可以通過對(duì)數(shù)字電壓表和恒流源電流的量化分析得出相當(dāng)于實(shí)體標(biāo)準(zhǔn)電阻的直接檢定效果。

2.采用間接測量方法檢定PLC-3型噴鋁表層電阻測量儀

2.1 數(shù)字電壓表示值誤差的檢定（用標(biāo)準(zhǔn)源法）

采樣電壓的示值誤差的檢定可以依據(jù)JJF1587-2016《數(shù)字多用表校準(zhǔn)規(guī)范》[2]。我們使用美國福祿克公司的多功能校準(zhǔn)儀5700A作為標(biāo)準(zhǔn)源，檢定噴鋁表層電阻測量儀的數(shù)字電壓表的示值誤差。測量數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理如下。

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2.2 恒流源的檢定：負(fù)載電阻用0.1Ω標(biāo)準(zhǔn)電阻為取樣電阻

PLC-3型噴鋁表層電阻測量儀內(nèi)部有一臺(tái)恒定電流源，可以提供穩(wěn)定電流，我們可以采用間接法測量恒定電流源的實(shí)際輸出電流。[5]

取一只標(biāo)準(zhǔn)電阻做為取樣電阻，其電阻值經(jīng)航天514所標(biāo)定為0.1000000Ω。將儀器預(yù)熱30分鐘后將標(biāo)準(zhǔn)電阻串聯(lián)到噴鋁表層電阻測量儀的輸出電流回路中，然后用數(shù)字繁用表34401A測量0.1Ω標(biāo)準(zhǔn)電阻上的標(biāo)準(zhǔn)電壓，計(jì)算電流值如下。

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3.采用間接測量方法測量不確定度的分析[3][4]

3.1 A類不確定度的評(píng)定

數(shù)字電壓表測量重復(fù)性引入不確定度的分析：選擇多功能校準(zhǔn)源5700A輸出1mV至噴鋁表層電阻測量儀電壓測量端，重復(fù)測量10次，每次間隔時(shí)間為30分鐘，測量前需預(yù)熱30分鐘。分析下列試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

序號(hào) 1 2 3 4 5示值（mV） 1.0004 1.0003 1.0004 1.0002 1.0002序號(hào) 6 7 8 9 10示值（mV） 1.0001 1.0000 1.0004 1.0003 1.0003

恒流源引入不確定度的分析：

取樣電阻為0.1Ω標(biāo)準(zhǔn)電阻，標(biāo)準(zhǔn)電阻經(jīng)鑒定標(biāo)定值為0.1000000Ω。將儀器預(yù)熱30分鐘后用數(shù)字繁用表34401A測量0.1Ω標(biāo)準(zhǔn)電阻上的標(biāo)準(zhǔn)電壓，計(jì)算電流值如下列試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

序號(hào) 1 2 3 4 5示值（A） 0.99940 0.99918 0.99903 0.99894 0.99888序號(hào) 6 7 8 9 10示值（A） 0.99884 0.99883 0.99880 0.99876 0.99883

3.2 B類不確定度分析

被檢表分辨率引入的不確定度：在200mV量程范圍內(nèi)，噴鋁表層電阻測量儀的分辨率為0.1μV，則區(qū)間半寬度為a =0.05μV，按均勻分布k取，則：

在1mV點(diǎn)，被檢表分辨率引入的不確定度的相對(duì)量：

3.3 合成不確定度

3.4 擴(kuò)展不確定度

對(duì)每個(gè)檢定點(diǎn)的不確定度分析如下：

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擴(kuò)展不確定度不大于0.06%，滿足測量過程不確定度的要求。

4.由mV示值轉(zhuǎn)化為mΩ示值的確定

5.測量結(jié)果的驗(yàn)證

用本所0.001Ω、0.01Ω、0.1Ω三種電阻直接接入測量儀的測量端，將顯示的測量值與間接測量的結(jié)果進(jìn)行比較，比較結(jié)果如下：

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這種方法檢定與實(shí)體電阻檢定偏差不大于0.05%，對(duì)于噴鋁表層電阻測量儀的的測量準(zhǔn)確度來說是完全可以滿足要求的。

綜上所述，利用間接測量方法檢定PLC-3型噴鋁表層電阻測量儀是完全可行的。

[1]JJG508-87四探針電阻率測量儀[S].北京,1987.

[2]JJF1587-2016數(shù)字多用表校準(zhǔn)規(guī)范[S].北京,2016.

[3]JJF1059.1-2012測量不確定度評(píng)定與表示[S].北京,2012.

[4]CNAS-CL07:2011測量不確定度的要求[S].北京,2011

[5]JJG(軍工)77—2015直流穩(wěn)壓電源檢定規(guī)程[S].北京,2015.