喷铝电阻测量仪的新检测方法

中国航空制造技术研究院 李贺鹏

1.引言

在复合材料上面的喷铝涂层的电阻值很小，一般在25.4mm间距之间只有几微欧，测量这样小的电阻就要求测量仪器具有很高的灵敏度，同时测量方法应比较完善，且在测量中要消除接触电阻和热电势的影响。

我所制造的PLC-3型喷铝表层电阻测量仪采用恒定电流供电，四端子测量探头测量电压[1]，通过欧姆定律计算而得到电阻值的方法。由于采用高分辨力的数字电压表，PLC-3型喷铝表层电阻测量仪的电阻测量可达0.1 微欧。对用这样测量微欧级别的测量仪，每年需送中国计量科学研究院检定，中国计量科学研究院的实体电阻标准值最小只有100微欧。该仪器测量原理的数学模型为：式中R为被测电阻，V为采样电压，I为恒流源电流。当由此我们可以看出数字电压表的示值电压与被测电阻成正比，这是一种间接测量方法。从而我们可以通过对数字电压表和恒流源电流的量化分析得出相当于实体标准电阻的直接检定效果。

2.采用间接测量方法检定PLC-3型喷铝表层电阻测量仪

2.1 数字电压表示值误差的检定（用标准源法）

采样电压的示值误差的检定可以依据JJF1587-2016《数字多用表校准规范》[2]。我们使用美国福禄克公司的多功能校准仪5700A作为标准源，检定喷铝表层电阻测量仪的数字电压表的示值误差。测量数据及数据处理如下。

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2.2 恒流源的检定：负载电阻用0.1Ω标准电阻为取样电阻

PLC-3型喷铝表层电阻测量仪内部有一台恒定电流源，可以提供稳定电流，我们可以采用间接法测量恒定电流源的实际输出电流。[5]

取一只标准电阻做为取样电阻，其电阻值经航天514所标定为0.1000000Ω。将仪器预热30分钟后将标准电阻串联到喷铝表层电阻测量仪的输出电流回路中，然后用数字繁用表34401A测量0.1Ω标准电阻上的标准电压，计算电流值如下。

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3.采用间接测量方法测量不确定度的分析[3][4]

3.1 A类不确定度的评定

数字电压表测量重复性引入不确定度的分析：选择多功能校准源5700A输出1mV至喷铝表层电阻测量仪电压测量端，重复测量10次，每次间隔时间为30分钟，测量前需预热30分钟。分析下列试验数据。

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

恒流源引入不确定度的分析：

取样电阻为0.1Ω标准电阻，标准电阻经鉴定标定值为0.1000000Ω。将仪器预热30分钟后用数字繁用表34401A测量0.1Ω标准电阻上的标准电压，计算电流值如下列试验数据。

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

3.2 B类不确定度分析

被检表分辨率引入的不确定度：在200mV量程范围内，喷铝表层电阻测量仪的分辨率为0.1μV，则区间半宽度为a =0.05μV，按均匀分布k取，则：

在1mV点，被检表分辨率引入的不确定度的相对量：

3.3 合成不确定度

3.4 扩展不确定度

对每个检定点的不确定度分析如下：

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扩展不确定度不大于0.06%，满足测量过程不确定度的要求。

4.由mV示值转化为mΩ示值的确定

5.测量结果的验证

用本所0.001Ω、0.01Ω、0.1Ω三种电阻直接接入测量仪的测量端，将显示的测量值与间接测量的结果进行比较，比较结果如下：

?

这种方法检定与实体电阻检定偏差不大于0.05%，对于喷铝表层电阻测量仪的的测量准确度来说是完全可以满足要求的。

综上所述，利用间接测量方法检定PLC-3型喷铝表层电阻测量仪是完全可行的。

[1]JJG508-87四探针电阻率测量仪[S].北京,1987.

[2]JJF1587-2016数字多用表校准规范[S].北京,2016.

[3]JJF1059.1-2012测量不确定度评定与表示[S].北京,2012.

[4]CNAS-CL07:2011测量不确定度的要求[S].北京,2011

[5]JJG(军工)77—2015直流稳压电源检定规程[S].北京,2015.