1 引言

    断路器导电回路的电阻主要取决于断路器的动，静触头间的接触电阻，接触电阻又由收缩电阻和表面电阻两部分组成。接触电阻的存在，增加了导体在通电时的损耗，使接触处的温度升高，其值的大小直接影响正常工作时的载流能力，在一定程度上影响短路电流的切断能力。因此，断路器每相导电回路电阻值是断路器安装、检修、质量验收的一项重要数据。接触电阻的测量有许多种方法。

    日本学者Isao Minowa提出用超导量子器件测量接触电阻，H.Archi提出利用电解槽法测量接触电阻，波兰学者Jerzy Kaczarek提出用三次谐波法测量接触电阻，这些方法一般是在实验室条件下进行电接触研究所采用的方法。工程中，通常采用四端子法来测量实际触点的接触电阻。

    以前，通常采用直流双臂电适量为测量断路器的接触电阻。但是，当使用双臂电桥进行断路器导电回路电阻的测量时，由于双臂电桥测量回路通过的是微弱的电流，难以消除电阻较大的氧化膜，测出的电阻示值偏大，但氧化膜在大的电流下很容易被烧坏，不妨碍正常电流通过。又当触头因调整不当（如触头压力变化）、运行中发生变化或触头烧损严重等使用有效接触面积减小时，双臂电桥的微弱电流，在其接触处不会产生收缩，即无法测出收缩电阻，而在大电流或正常电流通过时，就会使该接触处的电阻增加，引起触头的过度发热和加速氧化。对此，GB763-90、DL405-91等标准均已明确规定：测试采用直流电压降法，通入的电流不得小于100A。

2 微欧仪测量原理

    在实际应用中，测量电气开关（断路器）的接触电阻、回路电阻的测试仪表中，常见的是微欧仪。断路器导电回路电阻的测量，是在断路器处于合闸状态下进行的，是采用直流电压降法进行测量。常见的测量方式有电压降法（电流、电压表法）和微欧仪法。

    电压降法：在被测回路中，通以直流电流时，在回路接触电阻上将产生电压降，测出通过回路的电流值以及被测回路上的电压降，根据欧姆定律计算出接触电阻。其中：回路通入的直流电流值不大于100A；测量应选用反映平均值的仪表（如电磁式），测量表计等的精度不低于0.5级；毫伏表接在被测回路端内侧，在电源回路接通后再接入，并防止测量中断路器突然分闸或测量回路突然开断损坏毫伏表。

    微欧仪法：其原理仍是直流电压降法，通常将220V电压经整流后，通过开关电路转换为高频电流，最后再整流为100A的低压直流，用作测量电源。具有自动恒流，并数显测试电流值和回路电阻值。如图1，测量时，微欧仪内的标准电阻分流器（Rr）与被测回路电阻（Rx）呈串联关系，有Ux/Rx=Ur/Rr=I,即Rx=(Ux/Ur)Rr，所以即使测量通入的电流值稍有偏离100A，也不影响测量结果。 

    微欧仪采用四线制测量原理，数字显示测量结果。

    如图2，使用微欧仪时，应将电压测量线（细线）接内侧，电流引线（粗线）接外侧。  

    微欧仪与传统的直流双臂电桥和普通电阻测试仪相比，其主要区别是测试电流大。所以电桥法和直流电压降法的测量是有差别的，而直流电压降法更能反映断路器的实际工作状况。

    电流源采用先进的开关电源技术，具有抗干扰、稳定性强等特点。

    电源模块将AC电源转换成供恒流源等电路工作的DC电源。工频交流电流整流后由电力电子器件将其变成20kHz交流电流，经变压器隔离后整流成低压直流电流，采用脉宽调制技术PWM起到恒流的目的。恒流源电路由脉宽调制开关稳压控制电路和达林顿管功放电路组成，具有闭环反馈自动稳流和温度补偿功能，为测量电路提供恒定的测试电流。电流流过被测电阻时，产生的电压降被采样，经过A/D转换进入CPU系统处理，遵从欧姆定律直接显示、打印、存储被测电阻值。

    当直流测试电流通过被测电阻Rx时产生压降Ux,同时通过机内标准电阻Rr,标准电阻Rr上的电压降为Ur。即：回路电流为I=Ur/Rr，则被测电阻为：

    Rx=Ux/I=Ux*(Rr/Ur)

    每次按下测试按钮后，仪器在测量回路中产生电流等达到稳定后，在CPU的控制下，连续测量三次，求取平均值。

3 提高测量精度的措施

    （1）克服测量引线电阻的影响。对于微电阻的精密测量，测量引线电阻的影响是不容忽视的，必须采取有效措施加以克服。为达此目的，采用了四端子的引线方式，如图3所示。四端子引线示意图中Rx是被测电阻，R1~R4是引线电阻（包括接触电阻），AP是仪用放大器AD623。恒流源的输出电流Ic经R1、R2加在Rx上。电流恒定时，R1、R2的大小对于Rx上的电压降没有影响。由于AP的输入阻抗高达50MΩ因此完全可以认为流经AP的电流Iv=0，而且AP的输入电压即为Rx两端电压，这样就克服了R3、R4的影响。当增益为1时，AP的输出电太Vs等于Rx两端电压。  

    测试电流较大，为100A，因此，电流的测量可采用分流器或电流互感器。机内标准电阻Rr可采用分流器。分流器是一个小电阻。一般分流器有四个接线端钮，其中两个大的叫电流端钮，与被测电路串联，另两个小的叫电压端钮，用专用导线与测量机构相连接。分流器的规格用通过它的最大电流和相应的电压降来表示。如300A、75mv的分流器。只要测量分流器的电压降便可得知电路中的电流。一般分流器的额定电压降是75mV或45mV。

    （2）减小工频信号产生的电磁干扰对测量精度的影响。对于工频信号可能产生的电磁干扰对测量精度的影响，在硬件上采用了电池供电方案和工频滤波电路，在软件上采用了多次数据采样的数字滤波，滤除干扰后取平均值的方法。

    （3）减小环境温度变化对测量精度的影响。对于环境温度变化而引起的系统性能的变化，一方面，在元件选用上予以考虑，如程控运放环节的分压电阻采用精度为0.01%、温度系数为15ppm（1.5×10-5）的精度电阻，放大器采用了低温漂、低失调电压的器件，仪用放大器AD623；另一方面调节程控运放的放大倍数，使电压、电流信号的幅值尽量接近于A/D转换器的满量程范围，以减小量化误差。双路A/D转换器AD1674同是测量电压、电流，计算出绕组的电阻值。如图4。  

    （4）恒流源的电流脉动的影响。由于被测触头结构为纵向磁场触头时，触头上增加了轮状线圈。因此，被测触头是感性元件。流过电流的微小变化都将产生较大的感应电势，从而影响测量精度。对此影响，主要通过改善恒流控制环节的性能，采用PI、PD控制予以消除。

4 抗干扰设计部分

（1）地线设计

    应主要考虑以下几点：

    数据地和模拟地分开，特别加大线性电路的接地面积：

    接地线尽量加粗，一般应在2.5mm以上；

    各印刷板的接地线皆构成环路；

    每个印刷板的接地线之间用精导线连接。

（2）电源线布置

    尽量加粗电源线，设计时一般为2mm左右（最小为1mm）。并采用使电源线、地线的走向于数据传递一致，这样有助于增加仪器的抗噪声能力。

（3）其他抗干扰措施

    配置去耦电容：在各芯片的电源与地线端之间跨接一个0.01μF的去耦电容。

CMOS电路中不使用的输入引脚应接地，否则会引起逻辑电平的不正常，易接受外界干扰产生的的误动作。

5 结论

    智能高精度微电阻测试仪（微欧仪），以单片机ATMEL89C52为核心，采用了开关电源技术和四端子钮接技术，利用高精度，低噪声的仪用放大器AD623及12位的A/D转换器AD1674，有效的减小了测量误差，提高了测量精度。