接触电阻测试仪的研制
第2期2008年6月
机电元件
E L ECTR OM ECHAN I CAL COM PO NENTS
Vol 128No 12
Jun 12008
研究与设计
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:, , 本文对一种接触电阻测试系统的研制进行了阐述, 。
关键词:接触电阻; 四点法; 中图分类号:3::-6133(2008) 02-0023-04
The D evelop m en t of a Syste m M ea sur i n g Con t act Resist ance
L I U yun, L I N Xue 2yan
(Beijing University of Posts and Communicati ons, Beijing 100876, China )
Abstract:The contact resistance is one of the para meterswhich are made t o exp ress that if the contact points of components are very well, s o the measure ment of contact resistance is abs olutely necessary . This paper shows the devel opment of a syste m measuring contact resistance, and all parts of this syste m and the functi on of every part are intr oduced in detail .
Key words:contact resistance; four 2points method; A /Ds witch; serial communicati on
1 引 言
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采用LM1458、I CL7135等芯片。电阻测试仪的精Ω, 精度为011mV /度为四位半, 量程为2V /2
收稿日期:2007-11-14
[1]
Ω。LM1458是双运算放大器, 它的作用是将011m
实际测量的电压值进行放大, 并输出给I CL7135芯片。I CL7135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测电阻值。
,
2 接触电阻测试系统的研制
211 测量原理
增加了接触面间的接触电阻值, 影响了接触性能。
贵金属电触点材料接触电阻的测量方法参照国家标准G B /T 15078—1994《贵金属电触点材料接触电阻的测量方法》, 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,
[2]
24机电元件2008年
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 -之间的电压值, 因而电压V c 与电流
I 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 -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。212 硬件结构21211 放大电路
, , 。由于电流不
图1 , , 使, 减少了计算的麻烦。恒流源为20mA 时, 把输出电压放大50倍, 则以mV 为单位显示的电压读数即为电阻值, 单位Ω; 若恒流源为100mA 时, 把输出电压放大为m
Ω。10倍, 则显示也即为电阻值, 单位为m
放大电路部分的电路如图2所示
。
图1, I c , 电压表用来测量P +和P -之间的电压V c , 由于电压表内阻相对于所测接触电阻来说相当大(一般接触电阻Ω就相当高了) , 所以电压表上分得的大于100m
电流可以忽略不计, 可以认为电压表所测电压V c
图2 接触电阻测量系统放大电路
电路图中有两个L M1458芯片, P +和P -分别接被测电阻两端(如图1) , 经过图2放大电路后的输出电压为
[3]
Ω时输出电压放大50倍, R 3过计算可知, R 3≈85
Ω时输出电压放大10倍。≈470
21212 模数转换和数码管驱动电路
:
(1R R 2
V OUT =(V +-V -) 2R R 3
) (1)
模数转换部分是核心部分, 本系统选用I CL7135芯片进行A /D转换, 将测得的电压值经
由于R 1、R 2为固定值(R 1=2k Ω, R 2=
过模数转换后以数字的形式显示出来。I CL7135芯片要求120kHz 时钟输入。我们选用31840MHz 晶体振荡器, 晶振的31840MHz 频率通过
Ω) , 所以要想使输出电压放大50倍或10倍, 1k
只能改变可调电阻R 3的阻值来控制放大倍数。通
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120kHz 的频I CL7135芯片实现A /D转换的接线如图3所
率。示
[4]
。
图3 I CL7135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。I CL7135芯片的输出有D1(LS D ) ~D5(MS D ) 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 -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, I CL7135芯片的选通信号(STROBE ) 、忙信号(BUSY ) 和D1(LS D ) ~D5(MS D ) 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。
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LE D 数码管动态扫描显示电路(共阴极) 驱动数码管。21213 整流与稳压源部分
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 单片机学习板来实现串口通信, 单片机核心部分为AT89S51。
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信。RS -232-C 接口(又称E I A RS -232-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C MOS 8位单
整流与稳压源部分为A /D转换芯片I CL7135提供+5V 和-5V 的参考电压。原理图如图4所示。
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; 过电平转换输出-5V
。
-10V 供给MC7905, 经
26机电元件2008年
片机, 片内含4kB I SP (I n 2syste m p r ogra mmable ) 的可反复擦写1000次的闪速只读程序存储器, 器件采用AT ME L 公司的高密度、非易失性存储技术制造, 兼容标准MCS -51指令系统及80C51引脚结构, 芯片内集成了通用8位中央处理器和I SP 闪速存储单元[5]。311 uP 51C 单片机介绍
uP51C 单片机的主要特点有:RS232
串行接
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
D5X X X
D400
D3000
D2010
D100001
位选值
54321
口; 可用下载线对AT89S5x 单片机编程; 采用US B 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, , 也可以安装ZI
F (编程器用) 。
uP51C 单片机核心部分AT89S51管脚图见图5
4 PC 机软件开发
本文采用VB610来实现PC 机界面的软件编程。V isual 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BASI C 语法即可以利用RS232与外界通信图6。
[6]
所示。
。软件编程流程图见
图5 AT89S51管脚图
I CL7135的ST ROBE 与P312口连接, 低电平触发, BUSY 接到P210口, 4个BCD 信号分别接到P110、P111、P112、P113, 4个位选信号分别接到P114、P115、P116、P117, 单片机与毫伏表共地。
312 传输数据的自定义格式
图6 软件编程流程图
计算机一个字节只有8位, 而我们需要传输的(下转第40页)
40机电元件
[3]
2008年
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, 加强全过程质量控制, 才能最大限度地减小玻璃爬升对玻璃
元件, 2002, (3) 39—42
[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.
(上接第26页)
, S , 并且一直保持, 结合电接触理论的一些以往研究的结果
[7]
5 系统实际测试
, 测试结果见图7(S O 2腐蚀后的纯铜
, 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
。
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
[2]G B /T15078—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:北京航空航天大学出版社, 2004.
[6]李长林. V isual 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,
1987.
京:国防工业出版社, 1999.