接触电阻测试系统的研制

维普资讯 http://www.cqvip.com 第２期　２００８年６月　机　电　元　件　Ｖｏ１．２８　Ｎｏ．２　ＥＬＥＣＴＲＯＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ　ＣＯＭＰＯＮＥＮＴＳ　Ｊｕｎ．２００８　接触电阻测试系统的研制　刘云。林雪燕　（北京邮电大学自动化学院，北京　１００８７６）　摘要：接触电阻是用来衡量元器件接触点之间接触好坏的指标，所以接触电阻的测量是必不可少的，本文　对一种接触电阻测试系统的研制进行了阐述，详细介绍了系统的各部分组成以及各部分所完成的功能。　关键词：接触电阻；四点法；模数转换；串１：２通信　中图分类号：ＴＭ５０１　．３　文献标识码：Ａ　文章编号：１０００—６１３３（２００８）０２—００２３—０４　Ｔｈｅ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ａ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　Ｃｏｎｔａｃｔ　Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ＬＩＵ　ｙｕｎ，ＬＩＮ　Ｘｕｅ－ｙａｎ　（Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｐｏｓｔｓ　ａｎｄ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１００８７６，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｃｏｎｔａｃｔ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｉｓ　ｏｎｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｗｈｉｃｈ　ａｒｅ　ｍａｄｅ　ｔｏ　ｅｘｐｒｅｓｓ　ｔｈａｔ　ｉｆ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔａｃｔ　ｐｏｉｎｔｓ　ｏｆ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ　ａｒｅ　ｖｅｒｙ　ｗｅｌｌ，ＳＯ　ｔｈｅ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｃｏｎｔａｃｔ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｉｓ　ａｂｓｏｌｕｔｅｌｙ　ｎｅｃｅｓｓａｒｙ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ａ　ｓｙｓｔｅｍ　ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　ｃｏｎｔａｃｔ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ａｎｄ　ａｌｌ　ｐａｒｔｓ　ｏｆ　ｔｈｉｓ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｖｅｒｙ　ｐａｒｔ　ａｒｅ　ｉｎ￣ｏｄｕｃｅｄ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｔａｃｔ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ；ｆｏｕｒ—ｐｏｉｎｔｓｍｅｔｈｏｄ；Ａ／Ｄ　ｓｗｉｔｃｈ；ｓｅｒｉａｌ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　１　引　言　０．１ｍＤ。ＬＭ１４５８是双运算放大器，它的作用是将　实际测量的电压值进行放大，并输出给ＩＣＬ７１３５芯　片。ＩＣＬ７１３５芯片用来完成Ａ／Ｄ转换，将传递过　来的数据由模拟量转换成数字量，并由五位数码管　动态显示所ｉ９１４电阻值。　在电子、通信或电力系统中，元件之间、电路　之间、设备之间乃至元件内部都需要可靠的电连　接，电连接中常常涉及导体触点的接触问题。但由　于导体界面处于不同的大气环境中，经常覆盖着氧　化层或电化学腐蚀层，从而使接触状态复杂化　』，　增加了接触面间的接触电阻值，影响了接触性能。　２　接触电阻测试系统的研制　２．１测量原理　为了研究触点的可靠性，必须测量接触电阻。　本文所述的接触电阻测试仪硬件电路部分主要　贵金属电触点材料接触电阻的测量方法参照国　家标准ＧＢ／Ｔ　１５０７８－－１９９４《贵金属电触点材料接　采用ＬＭ１４５８、ＩＣＬ７１３５等芯片。电阻测试仪的精　度为四位半，量程为２Ｖ／２Ｑ，精度为０．１ｍＶ／　收稿日期：２００７—１１—１４　触电阻的测量方法》　Ｊ，采用四点法测量。由于四　点法测量接触电阻采用２０ｍＡ／１００ｍＡ的恒流源，　维普资讯 http://www.cqvip.com ２４　机电元件　２００８焦　故测量接触电阻的实质是测量接触电压。四点法接　触电阻的测量原理见图１。　即为Ｐ＋和Ｐ一之间的电压值，因而电压　与电流　，ｃ的比值即为电阻值。但由于触点和样片的接触区　域非常小，按图中的接线得到的是Ｐ＋和Ｐ一之间　的电阻值。为了使测得的数据尽量接近真实的接触　电阻值，应使得Ｐ＋接线端尽量靠近触头与样片的　接触区域。　２．２硬件结构　２．２．１放大电路　四点法测量接触电阻的实质是将测得的电压除　以电流求出电阻值，所以若直接读电压表的读数，　则还需另外计算电阻值，比较繁琐。由于电流不　图１　四点法测量接触电阻原理图　变，所以可以通过找出电压与电阻之间的关系，使　得所测电压的读数即为电阻值，减少了计算的麻　烦。恒流源为２０ｍＡ时，把输出电压放大５０倍，　图１所测电阻为触头和样片接触时的电阻，其　中的恒流源用来为接触区域提供电流　，电压表用　来测量Ｐ＋和Ｐ一之间的电压　，由于电压表内阻　则以ｍＶ为单位显示的电压读数即为电阻值，单位　为ｍＱ；若恒流源为１００ｍＡ时，把输出电压放大　１０倍，则显示也即为电阻值，单位为ｍＱ。　放大电路部分的电路如图２所示。　相对于所测接触电阻来说相当大（一般接触电阻　大于１００ｍｆｌ就相当高了），所以电压表上分得的　电流可以忽略不计，可以认为电压表所测电压Ｉ，ｃ　＋５　图２接触电阻测量系统放大电路　电路图中有两个ＬＭ１４５８芯片，Ｐ＋和Ｐ一分　别接被测电阻两端（如图１），经过图２放大电路　过计算可知，Ｒ，一８５Ｑ时输出电压放大５０倍，Ｒ３　一４７０Ｑ时输出电压放大ｌ０倍。　后的输出电压为　：　Ｉ，０　＝（Ｉ，＋～一）（１＋　Ｒ１＋２　Ｒ１）。２．２．２模数转换和数码管驱动电路　（１）　模数转换部分是核心部分，本系统选用　ＩＣＬ７１３５芯片进行Ａ／Ｄ转换，将测得的电压值经　过模数转换后以数字的形式显示出来。ＩＣＬ７１３５芯　由于Ｒ　、Ｒ２为固定值（Ｒ　＝２ｋＱ，Ｒ２＝　１ｋＱ），所以要想使输出电压放大５０倍或１０倍，　片要求１２０　ｋＨｚ时钟输入。我们选用３．８４０　ＭＨｚ晶　体振荡器，晶振的３．８４０　ＭＨｚ频率通过　只能改变可调电阻Ｒ，的阻值来控制放大倍数。通　维普资讯 http://www.cqvip.com 第２期　刘云等：接触电阻测试系统的研制　２５　ＨＣＦ４０６０ＢＥ芯片进行３２分频后得到１２０　ｋＨｚ的频　一ＩＣＬ７１３５芯片实现Ａ／Ｄ转换的接线如图３所　ｒ４］　率。　不　。　囊　敷　图３　ＩＣＬ７１３５芯片Ａ／Ｄ转换接线图　数码管采用动态显示，可以大幅度地降低硬件　成本和电源的功耗。ＩＣＬ７１３５芯片的输出有Ｄ１　（ＬＳＤ）一Ｄ５（ＭＳＤ）五位位选信号输出和Ｂ１、　Ｂ２、Ｂ４、Ｂ８四位ＢＣＤ码输出。五位位选信号输出　与驱动器（ＭＣ１４１３）连接，驱动五个数码管，用　来选中某一位，四位ＢＣＤ码输出与ＢＣＤ一七段十　进制锁存器（ＭＣ１４５１３）连接，使数码管显示所　选中的某一位的数据。　同时，ＩＣＬ７１３５芯片的选通信号（ＳＴＲＯＢＥ）、　忙信号（ＢＵＳＹ）和Ｄ１（ＬＳＤ）～Ｄ５（ＭＳＤ）五　位数字驱动信号以及Ｂ１、Ｂ２、Ｂ４、Ｂ８四位ＢＣＤ　码可以送入串行接口，与计算机相连，即时存储及　处理数据。　图４整流与稳压源原理图　３硬件系统与ＰＣ机接口　本文采用ＲＳ２３２协议并通过ｕＰ５１Ｃ单片机学　本毫伏表精度为四位半，因此有五位读数，精　确到小数点后一位。采用并行ＬＥＤ数码管动态扫　习板来实现串口通信，单片机核心部分为　ＡＴ８９Ｓ５１。　描显示电路（共阴极）驱动数码管。　２．２．３整流与稳压源部分　整流与稳压源部分为Ａ／Ｄ转换芯片ＩＣＬ７１３５　计算机与计算机或计算机与终端之间的数据传　送可以采用串行通信和并行通信两种方式。由于串　行通信方式使用线路少、成本低，特别是在远程传　输时，避免了多条线路特性的不一致而被广泛采　提供＋５Ｖ和一５Ｖ的参考电压。原理图如图４所　示。　用。在串行通信时，要求通信双方都采用一个标准　接口，使不同的设备可以方便地连接起来进行通　通过变压器，２２０Ｖ交流电变为１０Ｖ交流电，　经过桥式整流，供给稳压源。＋１０Ｖ供给ＭＣ７８０５，　经过电平转换输出＋５Ｖ；一１０Ｖ供给ＭＣ７９０５，经　过电平转换输出一５Ｖ。　信。ＲＳ一２３２一Ｃ接口（又称ＥＩＡ　ＲＳ一２３２一Ｃ）是　目前最常用的一种串行通信接口。　ＡＴ８９Ｓ５１是一个低功耗、高性能ＣＭＯＳ　８位单　维普资讯 http://www.cqvip.com 机电元件　２００８钲　片机，片内含４ｋＢ　ＩＳＰ（Ｉｎ—ｓｙｓｔｅｍ　ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ）　有效位是９位：４个ＢＣＤ码和５个位选信号，为此　我们通过软件编码，将５个位选信号转化为４个　的可反复擦写１　０００次的闪速只读程序存储器，器　件采用ＡＴＭＥＬ公司的高密度、非易失性存储技术　制造，兼容标准ＭＣＳ一５１指令系统及８０Ｃ５１引脚　结构，芯片内集成了通用８位处理器和ＩＳＰ闪　ＢＣＤ码，放在被传输字节的高４位，低４位用来　存放显示的数值。　５个位选信号转化成４个ＢＣＤ码的真值表见　表１。　表１　５个位选信号与ＢＣＤ码对应关系　∞　∞　如　拈　速存储单元［５］。　３．１　ｕＰＳ１Ｃ单片机介绍　舱　ｕＰＳ１Ｃ单片机的主要特点有：ＲＳ２３２串行接　口；可用下载线对ＡＴ８９Ｓ５ｘ单片机编程；采用　ＵＳＢ供电；全部资源都引出的多功能扩展接口；所　有的资源全部都可以使用跳线选择，方便明了；主　芯片安装位留有足够位置，既可以安装芯片插座，　也可以安装ＺＩＦ插座（配合下载线即可将该板作为　编程器用）。　ｕＰ５１Ｃ单片机核心部分ＡＴ８９Ｓ５１管脚图见图５　所示。　ＰＤＩＰ／Ｃｅｒｄｉｐ　Ｐ１．ｏ翻１　Ｐ１　１　ｑ　２　Ｐ１　２口３　Ｐ１　３　ｒ－　４　Ｐ１　４口５　Ｐ１　５日６　Ｐ１　６口７　Ｐ１．７口８　ＲＳＴ口９　（ＲＸＤ）Ｐ３　Ｏ　ｑ　１０　ｆ　徇）Ｐ３．（ＴＸＤ｝Ｐ３　１日＂　２　ｑ　１２　ｆ　》Ｐ３　３［＿＝＿＝ｌ　１３　《Ｔｏ）Ｐ３．４　ｑ　１４　《Ｔｉ》Ｐ３　５　ｑ　１５　《《　硒ｊ　Ｐ３　７Ｐ３　６日１６　ｑ　１７　　ＸＴＡＬ２口１８　ＸＴＡＬ１口１９　ＧＮＤ曰２Ｏ　ＰＬＣＣ／ＬＣＣ　图５　Ａ鸭９ｓ５１管脚图　ＩＣＬ７１３５的ＳＴＲＯＢＥ与Ｐ３．２口连接，低电平　触发，ＢＵＳＹ接到Ｐ２．０口，４个ＢＣＤ信号分别接　到Ｐ１．０、Ｐ１．１、Ｐ１．２、Ｐ１．３，４个位选信号分别接　到Ｐ１．４、Ｐ１．５、Ｐ１．６、Ｐ１．７，单片机与毫伏表共　地。　３．２传输数据的自定义格式　计算机一个字节只有８位，而我们需要传输的　Ｄ５　Ｄ４　Ｄ３　ｅ∞　Ｃ　Ｏ　Ｐ　Ａ　Ｏ　ＡＰ　Ｏ　Ｐ　Ａ　Ｏ　Ｐ　ＡＤ２　　Ｏ　Ｐ　Ａ　Ａ　Ｏ　Ｐ　Ａ　奄７　百　掩　Ｏ　Ｐ　Ａ　一Ｏ～Ｐ巨ＡＤｌＡ　　丽　～ＲＰ～Ｌ～　Ａ　ＮＳ　２　位选值　　２　ａＡ＝　ａ㈣　…　Ａ２＝　Ａ２　ａ＝ａ　Ａ２＝　Ａ　Ｐ　２Ｘ　Ｏ　Ｏ　Ｏ　Ｏ　５　，Ｘ　ｌ　Ｏ　嗡　嗡　Ｏ　Ｏ　４　Ｘ　Ｏ　ｌ　Ｏ　Ｏ　３　Ｘ　Ｏ　Ｏ　ｌ　Ｏ　２　Ｘ　Ｏ　Ｏ　Ｏ　ｌ　Ｉ　４　ＰＣ机软件开发　本文采用ＶＢ６．０来实现ＰＣ机界面的软件编　程。Ｖｉｓｕａｌ　Ｂａｓｉｃ的串行通信对象是将ＲＳ２３２的低　级操作予以封装，用户以高级的ＢＡＳＩＣ语法即可　以利用ＲＳ２３２与外界通信　Ｊ。软件编程流程图见　图６。　图６软件编程流程图　（下转第４０页）　　∞　ａＡ２＝　　Ｐ　Ａ２维普资讯 http://www.cqvip.com 机电元件　２００８拄　璃爬升。沈涪的研究　指出，同时采用接触件滚　密封电连接器固有可靠性的影响。　参考文献：　［１］霍武德．继电器底座组采用不锈钢与玻璃的封接工艺　［Ｊ］．机电元件，２００１，（４）２７＿＿３０．　［２］同红莲，韩林．玻璃绝缘子气泡的预防和控制［Ｊ］．机电　光后电镀薄镍层再与壳体熔封的工艺，也可以减　少玻璃沿接触件的爬升。　４结束语　导致玻璃密封电连接器玻璃爬升的因素是多方　面的，我们只有注意生产中的每一个环节，加强全过　元件，２００２，（３）３９　２　［３］沈涪．可伐合金玻璃封接电连接器电镀工艺改进［Ｊ］．电　镀与涂饰，２００６，（５）：２０＿＿２４．　程质量控制，才能最大限度地减小玻璃爬升对玻璃　（上接第２６页）　样片）。根据图片分析，腐蚀后的铜片经过一定周　５　系统实际测试　对研制出的本系统进行实际接触电阻测试，测　试结果见图７（被测样片为经过Ｓ０　腐蚀后的纯铜　期的微动过程将ｓ０　腐蚀膜层磨去，并且一直保持　在几个毫欧，结合电接触理论的一些以往研究的结　果　，可以认为该测试结果是正确的，表明该测试　系统可以完成一定精度的测试任务。　０　０　：０　ｉ　１２ｔｌ￣　≥溉　４８瓣　５∞ｓ　？瓣￥８ａｏ，　蕊墙８ｑ　１２００￣　图７实际接触电阻测试　６　结　论　本文主要详述了一种接触电阻测量系统的结　构，它包括硬件部分、接口部分和ＰＣ机软件编程部　分。该系统实现了接触电阻的实时测量以及数据的　记录和后期处理。实际测试证明，该系统可用于接　［２］ＧＢ／Ｔ　１５０７８．－９４，贵金属电触点材料接触电阻的测量　方法［ｓ］．北京：中国有色金属工业总公司．１９９４．　［３］（美）Ｄａｖｉｄ　Ａ．Ｈｏｄｇｅｓ．数字集成电路分析与设计［Ｍ］．　北京：电子工业出版社，２００５．　［４］张洪润，刘秀英，张亚凡．单片机应用设计２００例［Ｍ］．　北京：北京航空航天大学出版社，２００６．　［５］王幸之，钟爱琴，王雷，等．ＡＴ８９系列单片机原理与接　口技术［Ｍ］．北京：ＪＬ京航空航天大学出版社，２００４．　触电阻的测试并具有一定的精度，为研究连接器的　接触性能提供了很好的工具。　参考文献：　［１］朱相荣，王相润．金属材料的海洋腐蚀与防护［Ｍ］．北　京：国防工业出版社，１９９９．　［６］李长林．Ｖｉｓｕａｌ　Ｂａｓｉｃ串口通信技术与典型实例［Ｍ］．北　京：清华大学出版社，２００６．　［７］中国腐蚀与防护学会《金属材料腐蚀手册》编辑委员　会．金属腐蚀手册［Ｍ］，上海：上海科学技术出版社，　】９８７．