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1 引言
在飛機(jī)上，通常利用機(jī)體作為一根供電導(dǎo)線。為了保證飛機(jī)的正常供電，要求從機(jī)頭到機(jī)尾的機(jī)體電阻必須小于0.005歐姆，即5毫歐姆，才不至于影響飛機(jī)的正常供電。
以往對于特低電阻值的測量通常采用比較的方法，即手動調(diào)節(jié)電橋平衡，在精密電阻箱上得到讀數(shù)，此方法既慢又不準(zhǔn)確。即使采用6位半的高精度數(shù)字表直接測量電阻，其電阻測量的分辨率也只能達(dá)到10毫歐姆。這說明測量機(jī)體電阻是一個比較困難的超低阻值測量問題。
2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與誤差分析
將測試線路及測試儀內(nèi)部的線路電阻考慮在內(nèi)時，電阻值的測量范圍要達(dá)到100毫歐姆；為了準(zhǔn)確測量出機(jī)體電阻，分辨率要達(dá)到0.1毫歐姆。
從理論上說采用24bit的A/D轉(zhuǎn)換器，若輸入量程為5V，則分辨率可達(dá)：
LSB=5/(224-1)=0.29微伏
即1mA電流流過1毫歐姆電阻產(chǎn)生的1微伏電壓降也能測量出來。但這省略了一個前提：被測量信號的信噪比必須非常高。如果線路的噪聲達(dá)到1mV，那么即使1A電流在1毫歐姆電阻上產(chǎn)生的1mV電壓信號也檢測不出來。
根據(jù)需要測量的電阻值范圍和對被測量信號信噪比的要求，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 測試系統(tǒng)原理圖
測試系統(tǒng)的誤差分為量化誤差Δd和模擬誤差Δm兩部分。可表示為：
Δd=A/D轉(zhuǎn)換器的積分非線性誤差I(lǐng)NL+A/D轉(zhuǎn)換器的微分非線性誤差DNL+量化誤差LSB
Δm=被測量的電阻*比例誤差系數(shù)+系統(tǒng)常數(shù)誤差十隨機(jī)誤差
上式中決定比例誤差系數(shù)的主要因素是恒流源精度、各個環(huán)節(jié)的溫漂和增益誤差等。決定系統(tǒng)常數(shù)誤差的主要因素是系統(tǒng)內(nèi)部線路、測試線路和各個環(huán)節(jié)的調(diào)零。決定隨機(jī)誤差的主要因素是隨機(jī)接觸電阻、系統(tǒng)噪聲和外部干擾。
3 關(guān)鍵電路選型
3.1 低漂移大電流精密恒流源電路
理論和元器件數(shù)據(jù)資料表明，以齊納二極管為基準(zhǔn)的精密電壓參考源的性能優(yōu)于以能帶為基準(zhǔn)的恒流源，因此采用高性能的精密電壓參考源間接得到需要的精密相流源。電路如圖2所示。
圖2 高精密低溫漂恒流源電路
REF102是10V精密電壓參考源，精度為±0.0025V，溫漂為2.5ppm/℃max，可滿足本系統(tǒng)電阻測量的要求。OPA111精密運(yùn)算放大器作為電壓跟隨器，使得REF102的GND端和放大器的同相端相等，即R*為高精度、低溫漂的精密電阻，則流過RL的電流為精密恒定電流。整個電路等效為恒流源電路。
恒流源擴(kuò)展電路如圖3所示，運(yùn)算放大器工作在開環(huán)狀態(tài)，由于同相端和反相端的壓差幾乎為零，運(yùn)算放大器的偏置電流可以忽略不計(jì)，因此恒流源電流在NR上的壓降與VMOS場效應(yīng)管的源極電流在R上的壓降必定相等。當(dāng)選擇
I1=1mA,NR=999R時
則Is=999*I1=999mA
所以I0=I1+Is=1mA+999mA=1.000A
選擇NR、R為高精度低溫漂電阻，OPA602為精密運(yùn)算放大器，則擴(kuò)展后輸出的電流是精密恒流源。
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