回路電阻測(cè)試儀示值誤差檢測(cè)方法研究

摘要：由于引起回路電阻測(cè)試儀示值誤差的因素較多，難以保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，因此本文提出基于虛擬標(biāo)準(zhǔn)電阻法的回路電阻測(cè)試儀示值誤差檢測(cè)方法。以回路電阻測(cè)試儀異常系數(shù)恒定為前提，確定虛擬標(biāo)準(zhǔn)電阻的阻值梯度。在具體的檢測(cè)階段設(shè)置10組虛擬標(biāo)準(zhǔn)電阻梯度，記錄穩(wěn)定狀態(tài)下的回路電阻測(cè)試儀示值，并擬合10組示數(shù)與設(shè)置的虛擬標(biāo)準(zhǔn)電阻間的綜合差異，確定對(duì)應(yīng)的回路電阻測(cè)試儀示值誤差。在對(duì)比試驗(yàn)中，基于虛擬標(biāo)準(zhǔn)電阻法的回路電阻測(cè)試儀示值誤差檢測(cè)方法具有良好的準(zhǔn)確性，示值誤差基本穩(wěn)定在0.001Ω以內(nèi)。

關(guān)鍵詞：虛擬標(biāo)準(zhǔn)電阻法；回路電阻測(cè)試儀；示值誤差；異常系數(shù)；阻值梯度

中圖分類號(hào)：TP39""""""""" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

引起回路電阻測(cè)試儀示值誤差的因素是多種多樣的，除測(cè)量方法不正確、環(huán)境因素作用以及回路電阻測(cè)試儀本身存在誤差外，回路電阻本身的變化也可能會(huì)使測(cè)試結(jié)果出現(xiàn)誤差[1]。例如，回路中的接觸電阻發(fā)生變化、導(dǎo)線電阻發(fā)生變化等都可能使測(cè)試結(jié)果出現(xiàn)誤差[2]。為了降低回路電阻測(cè)試儀示值誤差，除采取有效措施對(duì)其加以控制外，還需要對(duì)具體的誤差情況進(jìn)行精準(zhǔn)檢測(cè)，這也是保證回路電阻測(cè)試儀示值誤差控制效果的關(guān)鍵[3]。綜合上述分析可以看出，精準(zhǔn)檢測(cè)回路電阻測(cè)試儀示值誤差是確保其應(yīng)用價(jià)值和應(yīng)用效果的重要基礎(chǔ)。

在此基礎(chǔ)上，本文提出基于虛擬標(biāo)準(zhǔn)電阻法的回路電阻測(cè)試儀示值誤差檢測(cè)方法，并進(jìn)行了對(duì)比測(cè)試，通過分析不同方法下電阻測(cè)試儀示值誤差檢測(cè)結(jié)果與實(shí)際誤差間的關(guān)系，對(duì)設(shè)計(jì)檢測(cè)方法的性能做出客觀評(píng)價(jià)。

1回路電阻測(cè)試儀示值誤差檢測(cè)方法設(shè)計(jì)

1.1虛擬標(biāo)準(zhǔn)電阻值設(shè)置

由于不同回路電阻測(cè)試儀的運(yùn)行參數(shù)范圍不同，相關(guān)參數(shù)的配置也會(huì)不同[4]。為了能更精準(zhǔn)地檢測(cè)其示值誤差，需要對(duì)基于虛擬標(biāo)準(zhǔn)電阻法的具體阻值進(jìn)行適應(yīng)性設(shè)置[5]。

在具體的執(zhí)行過程中，使用虛擬標(biāo)準(zhǔn)電阻軟件選擇一個(gè)初始的標(biāo)準(zhǔn)電阻值，同時(shí)設(shè)置測(cè)試電流在回路電阻測(cè)試儀的允許工作范圍內(nèi)。需要特別注意的是，此時(shí)的虛擬標(biāo)準(zhǔn)電阻與回路電阻測(cè)試儀的連接位置為測(cè)量端子。由此可最大限度地降低由操作因素導(dǎo)致的檢測(cè)結(jié)果誤差。通常將測(cè)量端子設(shè)計(jì)為具有高精度的接觸面，確保與虛擬標(biāo)準(zhǔn)電阻間形成良好的電接觸，從而有效降低接觸電阻對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。此外，測(cè)量端子還需要具備穩(wěn)定的機(jī)械性能，能夠承受測(cè)試過程中可能出現(xiàn)的振動(dòng)或溫度變化，以進(jìn)一步提高檢測(cè)結(jié)果的可靠性。

在確保所有連接都緊固且無松動(dòng)的前提下，按照上述方式啟動(dòng)待檢測(cè)的回路電阻測(cè)試儀裝置，并讀取其穩(wěn)定后的電阻值示值結(jié)果。再根據(jù)固定尺度改變虛擬標(biāo)準(zhǔn)電阻值，重復(fù)上述操作過程。2次測(cè)試待檢測(cè)的回路電阻測(cè)試儀的示數(shù)結(jié)果計(jì)算方式分別如公式（1）、公式（2）所示。

（1）

（2）

式中：R1為待檢測(cè)回路電阻測(cè)試儀對(duì)第一次測(cè)試虛擬標(biāo)準(zhǔn)電阻的示數(shù)結(jié)果；r1為第一次測(cè)試階段隨機(jī)初始的標(biāo)準(zhǔn)電阻值；ax為第一次測(cè)試階段，待檢測(cè)回路電阻測(cè)試儀的異常系數(shù)；R2為待檢測(cè)回路電阻測(cè)試儀對(duì)第二次測(cè)試虛擬標(biāo)準(zhǔn)電阻的示數(shù)結(jié)果；r2為第二次測(cè)試階段隨機(jī)初始的標(biāo)準(zhǔn)電阻值；ay為第二次測(cè)試階段，待檢測(cè)回路電阻測(cè)試儀的異常系數(shù)；U和I分別為待檢測(cè)回路電阻測(cè)試儀的電源電壓和電流強(qiáng)度參數(shù)。

一般情況下，回路電阻測(cè)試儀對(duì)相同工況進(jìn)行阻值檢測(cè)時(shí)，對(duì)應(yīng)的電源電壓和電流強(qiáng)度設(shè)置均為定值。當(dāng)測(cè)試工況發(fā)生變化時(shí)，結(jié)合實(shí)際待檢測(cè)阻值情況，對(duì)應(yīng)回路電阻測(cè)試儀的電源電壓和電流強(qiáng)度參數(shù)也要進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整。在設(shè)置虛擬標(biāo)準(zhǔn)電阻值階段，以測(cè)試工況不變?yōu)榍疤帷?/p>

在公式（1）和公式（2）中，待檢測(cè)回路電阻測(cè)試儀的異常系數(shù)ax和ay為未知量，結(jié)合其余已知參數(shù)，對(duì)異常系數(shù)ax和ay的關(guān)系進(jìn)行判斷。當(dāng)虛擬標(biāo)準(zhǔn)電阻的梯度設(shè)置與回路電阻測(cè)試儀實(shí)際檢測(cè)值的差在允許誤差范圍內(nèi)且該差值無限接近于0時(shí)，可認(rèn)為此時(shí)的虛擬標(biāo)準(zhǔn)電阻梯度設(shè)置是合理的，能夠滿足回路電阻測(cè)試儀示值誤差檢測(cè)的需求。此時(shí)可以繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)的測(cè)試步驟，并對(duì)測(cè)試儀的性能做出準(zhǔn)確評(píng)估。然而，當(dāng)二者的差超出允許誤差范圍，或者不滿足無限接近于0的條件時(shí)，表明當(dāng)前的虛擬標(biāo)準(zhǔn)電阻梯度設(shè)置存在問題，無法滿足回路電阻測(cè)試儀示值誤差檢測(cè)的需求。在這種情況下，需要對(duì)測(cè)試方案進(jìn)行調(diào)整。具體來說，可以回到第二次測(cè)試階段的起始點(diǎn)，對(duì)隨機(jī)初始化的標(biāo)準(zhǔn)電阻值r2進(jìn)行重新設(shè)定。在調(diào)整過程中，需要仔細(xì)分析導(dǎo)致差值不滿足要求的原因，原因可能是虛擬電阻的梯度設(shè)置不合理、測(cè)試環(huán)境的干擾或者測(cè)試儀本身的性能問題。根據(jù)分析結(jié)果，有針對(duì)性地調(diào)整虛擬標(biāo)準(zhǔn)電阻值，或者優(yōu)化測(cè)試環(huán)境，以確保測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。通過不斷調(diào)整和優(yōu)化，最終找到一個(gè)合適的虛擬標(biāo)準(zhǔn)電阻梯度設(shè)置，使其與回路電阻測(cè)試儀實(shí)際檢測(cè)值的差滿足要求。

按照上述方式，確定采用虛擬標(biāo)準(zhǔn)電阻法檢測(cè)回路電阻測(cè)試儀示值誤差時(shí)的具體的阻值梯度，為后續(xù)的誤差檢測(cè)工作和誤差檢測(cè)結(jié)果提供可靠保障。

1.2回路電阻測(cè)試儀示值誤差檢測(cè)

結(jié)合1. 1節(jié)確定的虛擬標(biāo)準(zhǔn)電阻值設(shè)置結(jié)果，進(jìn)行回路電阻測(cè)試儀示值誤差檢測(cè)，具體執(zhí)行流程如圖1所示。

按照?qǐng)D1所示方式，在執(zhí)行回路電阻測(cè)試儀示值誤差檢測(cè)階段，根據(jù)1. 1節(jié)確定的虛擬標(biāo)準(zhǔn)電阻梯度參數(shù)，共設(shè)置10組電阻值，具體如公式（3）所示。

r=[r1，r1+k，r1+2k，... ，r1+9k]（3）

式中：r為測(cè)試虛擬標(biāo)準(zhǔn)電阻測(cè)試組；k為1.1節(jié)計(jì)算出的虛擬標(biāo)準(zhǔn)電阻梯度參數(shù)。

結(jié)合公式（3）構(gòu)建的虛擬標(biāo)準(zhǔn)電阻測(cè)試組，啟動(dòng)回路電阻測(cè)試儀，并密切關(guān)注其啟動(dòng)過程中的各項(xiàng)狀態(tài)指標(biāo)。在測(cè)試儀逐漸進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)的過程中，持續(xù)監(jiān)測(cè)其內(nèi)部電子元件的預(yù)熱情況和電阻測(cè)量電路的穩(wěn)定性。只有當(dāng)所有關(guān)鍵指標(biāo)均達(dá)到預(yù)設(shè)的穩(wěn)定閾值時(shí)，才能認(rèn)為測(cè)試儀已完全進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)。

此時(shí)，開始分別記錄測(cè)試儀對(duì)每個(gè)虛擬電阻顯示的電阻值。為了確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，采用高精度的數(shù)據(jù)記錄設(shè)備，并嚴(yán)格按照預(yù)設(shè)時(shí)間間隔進(jìn)行多次讀數(shù)。每次讀數(shù)時(shí)都要記錄測(cè)試儀的其他相關(guān)狀態(tài)參數(shù)，如測(cè)試電流、環(huán)境溫度等，以便后續(xù)進(jìn)行更全面的數(shù)據(jù)分析。

影響回路電阻測(cè)試儀示值誤差檢測(cè)的因素眾多，包括測(cè)試儀內(nèi)部的電路噪聲、環(huán)境溫度的微小波動(dòng)和測(cè)試電流的穩(wěn)定性等。為了最大限度地降低這些干擾因素對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響，本文特別設(shè)置了多組虛擬標(biāo)準(zhǔn)電阻。通過比較不同虛擬電阻下的測(cè)試儀示值結(jié)果，能更準(zhǔn)確地識(shí)別并分離出各種潛在的誤差來源，從而進(jìn)一步提高測(cè)試結(jié)果的精確度和可信度。

更改虛擬電阻值主要通過虛擬標(biāo)準(zhǔn)電阻設(shè)備的軟件界面實(shí)現(xiàn)。將當(dāng)前虛擬電阻值更改為鄰近梯度下的另一個(gè)預(yù)設(shè)值。按照該方式重復(fù)上述操作步驟，測(cè)試每個(gè)預(yù)設(shè)的電阻值，并記錄相應(yīng)的示值。完成所有預(yù)設(shè)電阻值的測(cè)試后，關(guān)閉測(cè)試儀和虛擬標(biāo)準(zhǔn)電阻設(shè)備。同時(shí)對(duì)記錄的待檢測(cè)回路電阻測(cè)試儀示值數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與評(píng)估處理。在數(shù)據(jù)分析階段，采用多種統(tǒng)計(jì)方法和工具對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行深入的挖掘和解讀。通過比較預(yù)設(shè)電阻值與測(cè)試儀示值間的差異，計(jì)算出測(cè)試儀的示值誤差，并對(duì)其進(jìn)行量化評(píng)估。此外，在評(píng)估處理過程中，還要特別關(guān)注數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和一致性。通過多次比較和分析測(cè)試結(jié)果，評(píng)估出測(cè)試儀的重復(fù)性和可靠性，以更全面地了解其性能表現(xiàn)。其中，待檢測(cè)回路電阻測(cè)試儀示值的具體計(jì)算方式如公式（4）所示。

（4）

式中：ε為待檢測(cè)回路電阻測(cè)試儀示值誤差；n為虛擬標(biāo)準(zhǔn)電阻測(cè)試組數(shù)量。

結(jié)合本文設(shè)計(jì)，此時(shí)n取值為10。結(jié)合實(shí)際檢測(cè)精度需求，對(duì)具體的虛擬標(biāo)準(zhǔn)電阻測(cè)試組數(shù)量進(jìn)行差異化，但是具體虛擬標(biāo)準(zhǔn)電阻測(cè)試組數(shù)量的最小值不宜低于5組，以避免特異性對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，并且虛擬標(biāo)準(zhǔn)電阻測(cè)試組數(shù)量的最大值不宜高于30組。

按照上述方式，對(duì)回路電阻測(cè)試儀示值誤差情況進(jìn)行精準(zhǔn)檢測(cè)，最大限度地確保最終檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

2測(cè)試與分析

2.1測(cè)試準(zhǔn)備

為了檢驗(yàn)本文設(shè)計(jì)的回路電阻測(cè)試儀示值誤差檢測(cè)方法的性能，本文進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)試組采用的方法分別為文獻(xiàn)[4]提出的回路電阻測(cè)試儀示值誤差檢測(cè)方法和文獻(xiàn)[5]提出的回路電阻測(cè)試儀示值誤差檢測(cè)方法。

將MSHL-600A回路電阻測(cè)量?jī)x作為誤差檢測(cè)方法性能的測(cè)試對(duì)象。MSHL-600A回路電阻測(cè)量?jī)x適用于開關(guān)、斷路器、變壓器等設(shè)備的接觸電阻、回路電阻專用測(cè)試。它采用典型的四線制測(cè)量法，在被測(cè)體的2個(gè)端鈕間施加一個(gè)直流電流，結(jié)合電流流過被測(cè)體時(shí)產(chǎn)生的壓降，確定被測(cè)體的直流電阻參數(shù)。在結(jié)構(gòu)構(gòu)成上，MSHL-600A回路電阻測(cè)量?jī)x由恒流源、前置放大器、A/D轉(zhuǎn)換器和指示裝置組成。MSHL-600A回路電阻測(cè)量?jī)x的參數(shù)配置情況見表1。

在表1的參數(shù)配置基礎(chǔ)上，MSHL-600A回路電阻測(cè)量?jī)x結(jié)合硬軟件設(shè)計(jì)，采用高精密電子線路和高性能單片機(jī)，儀器測(cè)量速度快、數(shù)值更穩(wěn)定且可靠性良好。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)顯示現(xiàn)場(chǎng)電阻值、電流值時(shí)，電流持續(xù)時(shí)間能夠達(dá)到1min以上，完全符合JJG1052—2009回路電阻檢定規(guī)程。

以上述MSHL-600A回路電阻測(cè)量?jī)x為基礎(chǔ)，分別采用3種方法進(jìn)行示值誤差檢測(cè)。由于實(shí)際應(yīng)用階段的待檢測(cè)電阻阻值和電阻對(duì)應(yīng)工況可能存在不同程度的差異，因此本文設(shè)置測(cè)試階段的自變量為MSHL-600A回路電阻測(cè)量?jī)x的電源狀態(tài)，即電源恒流的大小不同，以對(duì)3種不同回路電阻測(cè)量?jī)x示值誤差檢測(cè)方法的性能做出更全面的評(píng)價(jià)。

2.2測(cè)試結(jié)果與分析

本文對(duì)測(cè)試MSHL-600A回路電阻測(cè)量?jī)x的示值誤差進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，分別測(cè)試了不同強(qiáng)度恒流電源下3種方法的檢測(cè)結(jié)果與實(shí)際誤差間的關(guān)系。檢測(cè)得到的MSHL-600A回路電阻測(cè)量?jī)x示值誤差與實(shí)際誤差的一致性越高，表示對(duì)應(yīng)的檢測(cè)方法性能越好；相反，檢測(cè)得到的MSHL-600A回路電阻測(cè)量?jī)x示值誤差與實(shí)際誤差的一致性越低，表示對(duì)應(yīng)的檢測(cè)方法性能越差。不同方法的測(cè)試結(jié)果見表2。

根據(jù)表2可知，在3種方法下，對(duì)應(yīng)的誤差檢測(cè)結(jié)果與實(shí)際誤差間的關(guān)系出現(xiàn)了較明顯的差異。其中，在文獻(xiàn)[4]提出的回路電阻測(cè)試儀示值誤差檢測(cè)方法下，當(dāng)測(cè)試MSHL-600A回路電阻測(cè)量?jī)x的恒流電源強(qiáng)度不超過400.0A時(shí)，其示值誤差的檢測(cè)結(jié)果具有較高的準(zhǔn)確性，對(duì)應(yīng)的偏差基本穩(wěn)定在0.005Ω以內(nèi)。但是當(dāng)測(cè)試MSHL-600A回路電阻測(cè)量?jī)x的恒流電源強(qiáng)度為400.0A以上時(shí)，對(duì)應(yīng)的偏差明顯增大，達(dá)到0.010Ω以上，表明該方法的檢測(cè)效果受回路電阻測(cè)量?jī)x實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)的影響較明顯。在文獻(xiàn)[5]提出的回路電阻測(cè)試儀示值誤差檢測(cè)方法下，測(cè)試MSHL-600A回路電阻測(cè)量?jī)x示值誤差的檢測(cè)結(jié)果與其狀態(tài)間不存在直接關(guān)系，但是整體偏差相對(duì)較高。相比之下，在本文設(shè)計(jì)方法下，測(cè)試MSHL-600A回路電阻測(cè)量?jī)x示值誤差的檢測(cè)結(jié)果與實(shí)際情況的偏差基本穩(wěn)定在0.001Ω以內(nèi)，與對(duì)照組相比，本文設(shè)計(jì)方法在精準(zhǔn)性方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。

3結(jié)語

為了提高回路電阻測(cè)試儀在實(shí)際應(yīng)用中的可靠性，需要對(duì)其進(jìn)行誤差檢測(cè)。本文提出了基于虛擬標(biāo)準(zhǔn)電阻法的回路電阻測(cè)試儀示值誤差檢測(cè)方法。將高精度電阻器作為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)回路電阻進(jìn)行高精度測(cè)量。并與實(shí)際測(cè)量值進(jìn)行比較，準(zhǔn)確評(píng)估回路電阻測(cè)試儀的示值誤差。不僅如此，本文設(shè)計(jì)方法還能適應(yīng)不同工況下的實(shí)際應(yīng)用需求，保證誤差檢測(cè)結(jié)果的穩(wěn)定性，可為回路電阻測(cè)試儀的校準(zhǔn)和實(shí)際應(yīng)用提供有價(jià)值的參考，提高測(cè)試儀測(cè)量準(zhǔn)確性和工作效率。

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