摘 要：接觸電阻是用來表示元器件接觸點之間好壞的標準之一，所以接觸電阻的測量必不可少，本文對接觸電阻測試儀的研制進行了闡述，詳細介紹了系統的各部分組成以及各部分所完成的功能。

關鍵詞：接觸電阻 四點法 模數轉換 串口通信

1.引言

在電子、通信或電力系統中，不僅元件之間、電路之間、設備之間乃至元件內部都需要可靠的電子連接[1]。但由于導體界面處于不同的大氣環境中，經常覆蓋著不同氣體的氧化層或電化學腐蝕層，從而使接觸狀態復雜化[2]，增加了接觸面間的接觸電阻值，影響了接觸性能，所以，為了研究觸點的可靠性，接觸電阻的測量必不可少。微動電阻測試儀硬件電路部分主要是采用LM1458、ICL7135等芯片完成接觸電阻的測量。電阻測試儀的精度為四位半，量程2V/2Ω,精度0.1mV/ 0.1mΩ。LM1458是雙運算放大器，它的作用是將實際測量的電壓值進行放大，并輸出給ICL7135芯片。ICL7135芯片用來完成A/D轉換，將傳遞過來的數據由模擬量轉換成數字量，并由五位數碼管動態顯示所測電阻值。

2. 接觸電阻測試系統的研究

2.1 測量原理

貴金屬電觸點材料接觸電阻的測量方法參照國家標準GB/T 15078-1994貴金屬電觸點材料接觸電阻的測量方法[3]，采用四點法測量，由于四點法測量接觸電阻采用20mA/100mA的恒流源，故測量接觸電阻的實質是測量微動接觸電壓。四點法接觸電阻的測量原理見圖1。

圖1 四點法測量接觸電阻原理圖

圖1所測電阻即為觸頭和樣片接觸時的電阻，其中的恒流源用來為接觸區域提供電流IC，電壓表用來測量P+和P-之間的電壓VC，由于電壓表內阻相對于所測接觸電阻來說相當大（一般的接觸電阻大于100m?的話就屬于高阻），所以電壓表上分得的電流可以忽略不計，可以認為電壓表所測電壓VC即為P+和P-之間的電壓值，從而電壓VC與電流IC的比值即為電阻值。但由于觸點和樣片的接觸區域非常小，按圖中的接線得到的是P+和P-之間的電阻值。為了使測得的數據盡量接近真實的接觸電阻值，應使得P+接線端盡量靠近觸頭與樣片的接觸區域。

2.2 硬件結構

2.2.1放大電路：

四點法是用來測量接觸電阻的，但實質是測得的電壓與電流的比值才為電阻值，所以若直接讀電壓表的讀數，則還需另外計算電阻值，比較繁瑣。由于電流不變，所以可以通過找到電壓與電阻之間的關系，使得所測電壓的讀數即為電阻值，減少了計算的麻煩。恒流源為20mA時，把輸出電壓放大50倍，則顯示即為電阻值，單位為m?；若恒流源為100mA時，把輸出電壓放大10倍，則顯示也即為電阻值，單位為m?。

放大電路部分的電路如圖2所示。

圖2 接觸電阻測量系統放大電路

電路圖中有兩個LM1458芯片，P+和P-分別接被測電阻兩端（如圖1），經過圖2放大電路后的輸出電壓為： 由于R1、R2為固定值（R1=2K?，R2 =1K?）,所以要想使輸出電壓放大50倍或10倍，只能改變可調電阻R3的阻值來控制放大倍數。通過計算可知，R3?85?時輸出電壓放大50倍，R3?470?時輸出電壓放大10倍。

2.2.2 模數轉換和數碼管驅動電路

模數轉換部分是核心部分，本系統選用ICL7135芯片進行A/D轉換，將測得的電壓值經過模數轉換后以數字的形式顯示出來。ICL7135芯片要求120KHz時鐘輸入。我們選用3.840M晶體振蕩器，晶振的3.840M頻率通過HCF4060BE芯片進行32分頻后得到120KHz的頻率。

ICL7135芯片實現A/D轉換的接線如圖3所示。

圖3 ICL7135芯片A/D轉換接線圖[5]

數碼管采用動態顯示，可以大幅度地降低硬件成本和電源的功耗。ICL7135芯片的輸出有D1（LSD）～D5（MSD）五位位選信號輸出和B1、B2、B4、B8四位BCD碼輸出。五位位選信號輸出與驅動器（MC1413）連接，驅動五個數碼管，用來選中某一位，四位BCD碼輸出與BCD—七段十進制鎖存器（MC14513）連接，使數碼管顯示所選中的某一位的數據。

同時，ICL7135芯片的選通信號（STROBE）、忙信號（BUSY）和D1（LSD）～D5（MSD）五位數字驅動信號以及B1、B2、B4、B8四位BCD碼可以送入串行接口，與計算機相連，即時存儲及處理數據。

本毫伏毫歐表精度為四位半，因此有五位讀數，精確到小數點后一位。采用并行LED數碼管動態掃描顯示電路（共陰極）驅動數碼管。

2.2.3整流與穩壓源部分

整流與穩壓源部分為A/D轉換芯片ICL7135提供+5V和-5V的參考電壓。原理圖如圖4所示。

圖4 整流與穩壓源原理圖

通過變壓器，220V交流電調整為10V交流電，經過橋式整流，供給穩壓源。+10V供給MC7805，經過電平轉換輸出+5V；-10V供給MC7905，經過電平轉換輸出-5V。

3. 硬件系統與PC機接口

本文采用RS232協議并通過uP51C單片機學習板來實現串口通信，單片機核心部分為AT89S51。

計算機與計算機或計算機與終端之間的數據傳送可以采用串行通訊和并行通訊二種方式。由于串行通訊方式具有使用線路少、成本低，特別是在遠程傳輸時，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。在串行通訊時，要求通訊雙方都采用一個標準接口，使不同 的設備可以方便地連接起來進行通訊。

RS-232-C接口（又稱 EIA RS-232-C）是目前最常用的一種串行通訊接口。

AT89S51是一個低功耗，高性能CMOS8位單片機，片內含4k Bytes ISP（In-system programmable）的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS-51指令系統及80C51引腳結構，芯片內集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元[6]。

3.1 uP51C單片機介紹

uP51C單片機的主要特點有：RS232 串行接口；可用下載線對AT89S5x單片機編程；采用USB供電；全部資源都引出的多功能擴展接口；所有的資源全部都可以使用跳線選擇，方便明了；主芯片安裝位留有足夠位置，既可以安裝芯片插座，也可以安裝ZIF 插座（配合下載線即可將該板作為編程器用）。

uP51C單片機核心部分AT89S51管腳圖見圖5所示。

圖5 AT89S51管腳圖

ICL7135的STROBE與P3.2口連接，低電平觸發，BUSY 接到P2.0口，4個BCD信號分別接到P1.0 、P1.1、 P1.2、 P1.3，4個位選信號分別接到P1.4 、P1.5、 P1.6、P1.7 ，單片機與毫伏表共地。

3.2 傳輸數據的自定義格式

計算機一個字節只有8位，而我們需要傳輸的有效位是9位：4個BCD 碼和5個位選信號，為此我們通過軟件編碼，將5個位選信號轉化為4個BCD碼，放在被傳輸字節的高4位，低4位用來存放顯示的數值。

5個位選信號轉化成4個BCD碼的真值表見表1。

表1 5個位選信號與BCD碼對應關系

4. PC機軟件開發

本文采用VB6.0來實現PC機界面的軟件編程。Visual Basic 的串行通信對象是將RS232 的低級操作予以封裝，用戶以高級的BASIC語法即可以利用232與外界通信[7]。軟件編程流程圖見圖6。

圖6 軟件編程流程圖

5.對研制的本系統進行測試

對研制出的本系統進行實際接觸電阻測試，測試結果見圖7。（被測樣片為經過SO2腐蝕后的純銅樣片）

圖7 實際接觸電阻測試

根據圖片分析，腐蝕后的銅片經過一定周期的微動過程將SO2腐蝕膜層磨去，并且一直保持在幾個毫歐，結合電接觸理論的一些過往的結果[8]，可以認為這次的測試結果是正確的，測試系統可以完成一定精度的測試任務。

6.結論

本文主要詳述了接觸電阻測量系統，包括硬件部分、接口部分和PC機軟件編程部分。實現了對接觸電阻的實時測量以及數據的記錄和后期處理，并對系統進行了實際測試，驗證了其可行性，為研究連接器的接觸性能提供了很好的工具。