基于四線制的電阻自動測量研究與實現

朱維瑋，吳傳貴，2，李珊珊，2，王緯國，2

（1.國營蕪湖機械廠；2.安徽省航空設備測控與逆向工程實驗室，安徽 蕪湖 241007）

彈射座椅是飛行員的“救生法寶”。航空技術的發展，第3 代彈射座椅里面含有電子設備，這給彈射座椅的測試、維修和保障帶來新的問題。針對傳統的維修測試方法人工檢測效率低、時間長、強度大且易出錯的難題，需要研制一臺飛機座椅自動綜合檢測設備，實現對多型座椅電氣附件內各線路通斷、絕緣和抗電功能性能的自動檢測，其中，為滿足線路通斷性能測量要求，需要研究四線制電阻測量方法的應用，實現不同組件導通性指標的精確測量。

1 需求和資源分析

座椅電氣附件自動綜合檢測設備主要針對國內、國外多型彈射座椅測試，涉及電氣組件主要有：脫開式信號接頭、聯鎖轉換電門、轉換電門組件、座椅椅盆電路及整個座椅的內部電路等。座椅電氣附件自動綜合檢測設備能夠實現自動對電阻、絕緣、抗電和控制等多個性能的測試，其中電阻主要包括有：檢測觸點電阻并判斷其是否滿足要求，具體指標要求是：所有電門、開關等元件的觸點接觸電阻，正常值不大于0.3Ω（含各繼電器啟動前后的觸點接觸電阻）。通過對測試中的電阻測量要求分析，與電阻測量任務相關的功能有：一是四線制電阻、二線制電阻及電壓測量；二是程控電源供電；三是自動測試，測試資源需求主要有工控機、程控可調電源、數字多用表、信號切換模塊及其他輔助設備。

2 四線制測量原理

四線制電阻測量連接方式如圖1 所示。電源線(Source Hi-Ho)即是電流供給回路，信號線(Sense Hi-Ho)即是電壓測定回路，電流、電壓兩回路各自獨立。四線法測電阻主要使用一對電源線接電流源，另一對信號線把被測電阻R 上的電壓降引入電壓表Vm 測量其端電壓VR。因為電壓表的內阻非常大，與待測電阻存在數量級的差別，使得流過信號線的電流I1極小，近似為零,此時，電壓表的輸入壓降不包含電源線上的壓降，而且流過檢測線的電流近似為0，不會在信號線上產生壓降。為此，電壓表輸入壓降Vm 只反映被測電阻的壓降VR，故四線法測得的電阻值非常接近其真實值。另外，采用四線法測量電阻時可排除引線電阻和探針以及測試點之間的接觸電阻Rs，使測量結果更精確。

圖1 四線制電阻測量原理圖

3 測試系統設計與實現

3.1 電阻自動測試實現原理

文獻[4]-[8]主要是關于彈射座椅的仿真設計研制等研究內容，涉及座椅電氣附件測試的研究借鑒較少，僅有文獻[2]介紹了一種多態程序控制彈射座椅ATE 的設計，用于座椅電子設備的故障檢測和定位。為實現對不同組件的導通電阻自動測量，測試系統以信號切換模塊為中心，通過直連方式，將數字多用表/直流電源連接到資源信號切換模塊上；將通用連接器插座上的各引腳連接到通道信號切換模塊上。通過軟件調用數據庫中測試接口定義表中的數據實現控制資源與通道的連接、通斷關系。針對不同的被測對象，根據測試項目和電纜連接關系，設計不同的接口定義表，固化系統測試對信號切換模塊的轉換要求。

3.2 系統硬件組成

通過對不同組件功能和性能及電阻測試需求的分析，設備涉及的測試資源主要有工控機、數字多用表（提供程控可調電源和三用表）、信號切換模塊、通用連接器及各型測試電纜。工控機用于提供計算機環境，以及對儀器資源的程序控制。數字多用表的程控可調電源模塊主要實現提供可調直流工作電壓0～27V 功能；數字多用表的三用表模塊主要實現觸點接觸電阻2 線/4 線制測量和電壓測量。通用連接器及各型測試電纜主要用于被測產品與設備的電氣連接。

數字多用表是U3606B 三用表/直流電源混合儀器，該臺儀器可以實現兩種功能，既可當5 位半三用表使用，又有30V/1A、8V/3A、30W 直流電源使用。

3.3 系統軟件設計及實現

（1）系統軟件總體設計。為了實現對不同的被測對象電阻自動測量，測試軟件的主要任務是：一是提供人機交互操作界面；二是實現對數字多用表的功能設置、測量及結果讀取；三是實現對信號切換模塊內的所有繼電器的通斷控制；四是實現手動/自動測試流程控制、測量數據比較、結果顯示、打印等功能。根據測試系統的功能和性能特點及需要，重點圍繞自動測試進行分析設計外，還需要對數字多用表的操作控制實現。自動測試由主程序直接對數字多用表進行設置、測量與數據讀??；手動測試由數字多用表控制程序實現對其操作。

（2）自動測試流程設計。自動測試流程圖如圖2 所示。自動測試模塊主要完成產品測試項目選擇及測試，設計有單次測試和自動測試兩個控制流程。首先，初始化自動測試界面；其次，選定對應的模塊名稱；再次，輸入產品和操作/檢驗者的信息后，選擇單次/自動測試方式進行測量；最后，選擇繼續測試或退出。

圖2 自動測試流程圖

（3）數字多用表控制流程設計。通過數字多用表控制虛擬面板，可以控制數字多用表和數據顯示：復位、直流/交流設置；二/四線制電阻設置、實時測量及結果顯示。數字多用表控制流程圖如圖3 所示。程序運行后，首先，串口連接并顯示虛擬操作界面；其次，選定直流/交流電壓電流、二線制電阻、四線制電阻測量項目，當選擇某一項目后，按項目要求對其設置；再次，實時測量、數據讀取及結果顯示；最后，選擇復位儀器及關閉程序。

（4）數字多用表控制程序代碼實現。在四線制電阻測量程序實現過程中，開發設計的主要功能函數有：一是打開儀器OpenDevice()，打開和基本參數設置；二是設置四線制測量參數函數Res_4_Configure(float Range,float Resolution)，電阻測量的范圍和精度；三是測量函數 MeasureValue(double *Value)，測量結果數據的讀取；四是關閉儀器和復位儀器函數CloseDevice()、ResetDevice()，儀器的關閉和復位。

圖3 數字多用表控制流程圖

4 試驗測試

系統開發了數字多用表控制程序和自動化測試。硬件功能齊全、接口正確可靠，軟件功能劃分合理、人機交互操作友好。數字多用表控制程序測試運行正常有效。自動化測試軟件運行后，能正常運行進入主界面，如圖4 所示，實現了以單次和自動測試為主的所有功能。

圖4 自動測試界面

轉換電門組件的部分測試項目及結果見表1。為防止出現人為差錯導致測試電纜接錯，利用二線制電阻測量法讀取電纜識別電阻值，確定電纜正確后進行項目測試，如表1 中的第1 條記錄。第2 條至21 條，是對產品的導通電阻測量，通過對比數值，均能體現內部電纜的連接關系及長度差異。通過方法類型值1 和2 分別代表二線制還是四線制。

5 結語

通過對座椅電氣自動綜合檢測設備的電阻自動測量任務分析，提出了一種基于四線制電阻測量方法，制定了利用數字多用表、信號切換模塊和通用連接模塊的測試方案。綜合運用虛擬儀器和數據庫技術設計開發了測試程序。測試驗證結果表明，四線制電阻測量方法滿足檢測設備的測試要求，實現了對電阻快速準確的自動測量，通過更換轉接電纜及軟件測試項目表，可實現對不同被測對象的測試，為同類檢測設備的研制提供了借鑒。

表1 轉換電門組件部分測試項目及結果