专利名称：一种微电流接触电阻变化趋势跟踪仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种微电流接触电阻测量装置，特别涉及一种当流过触点 电流变化时可自动跟踪接触电阻变化趋势的装置。
背景技术：
对于继电器、仪控开关等低压设备，触点的接触电阻应保持在可接受的范 围内，以保证接触良好。如果触点出现老化，其接触电阻会增大，甚至出现接 触不良现象。 一般要求接触电阻在10-20 mohm以下，根据GBT 15078中的规 定，接触电阻应不大于O.lft，测试电流应小于lOOmA。
实际上接触电阻在电流较小的时候，由于膜层不易击穿，会呈现髙阻状态。 膜层厚度不同，其导电机理不同，因而所显示的膜电阻也必然不同。在膜层较 薄时(0.5 2nm)， 一般隧道电流是主要的；而膜层较厚时(5nm左右)，发射 电子流则是主要的；当膜厚〉5iim以后，膜层的固有电阻随之增加，这时膜层 的导电是半导体性质，其导电机理主要靠齐纳效应。
老化的触点其表面会出现较厚的膜层，膜层电阻在微电流条件下表现的更 为明显。当电流很小时，膜层不易被击穿，此时呈现髙阻状态；电流较大时， 膜层被击穿，显出常态的接触电阻。触点老化程度越明显，膜层越厚、越不易 被击穿，当正常工作电流不足以使膜层被击穿时，即出现触点接触不良的现象。
微电流接触电阻测量装置能够测量微安级电流下触点的接触电阻，并且能 够动态地跟踪触点在微电流至安培级电流条件下接触电阻的变化趋势。根据变 化趋势，可以判断在给定电流下，该触点能否正常使用。
现有技术中，接触电阻基本是在给定电压或电流的条件下进行测试，得到 的是一个静态的接触电阻值，尚无可自动跟踪接触电阻随电流增大的变化趋势 的设备。原有的测试方法存在着下述缺陷和不足
1、 现有仪器只是在给定电压或电流条件下测量接触电阻，测量结果不能反 映接触电阻的全范围变化趋势，不利于判断触点适用的场合，不利于在特定 场合下的开关设备选型。
2、 现有仪器测量接触电阻是通过较大的电流，如100mA、 10A乃至100A 的电流，在这种条件下，膜层电阻易被击穿，无法描述微电流条件下的接触
3电阻的特性，不利于判断触点的老化状态。

实用新型内容
为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种微电流接触电阻 变化趋势跟踪仪，它不仅能够实现在微小电流下测量接触电阻，还能够随电流 在较大范围内跟踪接触电阻的变化趋势。
本实用新型可以通过以下技术方案得以实施
一种微电流接触电阻变化趋势跟踪仪，它包括与被测触点相串联的标准电 阻以及
取样单元，所述的取样单元与所述的标准电阻相电连接，用于对所述的标
准电阻两端的电压进行取样；
信号放大单元，所述的信号放大单元与所述的被测触点相电连接，用于将
所述的被测触点两端的接触电压信号进行放大，所述的信号放大单元具有多个 可调节放大倍数的档位；
多功能数/模、模/数转换单元，所述的多功能数/模、模/数转换单元的输入 端分别与所述的取样单元的输出端和信号放大单元的输出端相电连接，其中的 模/数转换单元用于将所述的取样单元输出的取样电压信号和所述信号放大单 元输出的接触电压信号转换为数字信号，由计算机对该数字信号进行运算处理 得到接触电阻的阻值并输出用于控制测量回路中的变化微电流的电压数字信 号，所述的多功能数/模、模/数转换单元中的数/模转换单元将所述的计算机输 出的电压数字信号转换为电压模拟信号；
电压跟随单元，所述的电压跟随单元的输入信号为所述多功能数/模、模/ 数转换单元输出的电压模拟信号，所述的电压跟随单元的输出电压信号作为所 述的取样单元的输入信号形成闭合回路，所述的电压跟随单元用于在保持其输
出电压与输入电压相等的情况下增强输出电流的驱动能力。
所述的计算机采用PID环节控制输出电压以精确的产生测量回路的可控微 电流。
所述的标准电阻和被测触点相串联形成的测量回路中的电流变化范围为10 u A 1A。
本实用新型与已有技术相比具有如下优点
本实用新型应用了智能型数模转换单元、电压跟随单元、取样单元以及可调节档位的电压信号放大单元，通过USB接口与计算机的数据交换并配合编程 软件，实现了自动跟踪接触电阻随电流增大的变化趋势。由取样单元及被测触 点上的反馈电压信号作为数模转换单元的两个输入，转换为数字信号后由PID 环节控制输出电压以精确的产生测量回路的可控微电流，从而实现对测量回路 电流的逐渐增大的控制。由于电压跟随单元能够在保持其输出电压与输入电压 相等的情况下增强输出电流的驱动能力，从而扩大了接触电阻测量回路中电流 变化的范围，使得本实用新型能够实现宽范围、髙精度测量。
信号放大单元为具有多档位增益的放大器，可保证接触电压在较宽范围的
测量精度，能够根据初测电压值自动选择合适的档位。
本实用新型与PC机相结合，在软件控制下能够有序地输出各种电流，同 时还能够自动测量不同电流下的接触电阻值，通过图表显示并保存。与现有技 术相比，它不仅能够实现在10UA的微小电流下测量接触电阻，有利于精确 地判断触点老化状态，还能够随电流在10iiA lA的较大范围内跟踪接触电 阻的变化趋势，有利于判断不同触点的适用场合及在特定场合下的开关设备选 型。


附图1为本实用新型的原理示意图； 附图2为本实用新型的电路原理图； 附图3为失效样品电阻的测量阻值图表； 附图4为良品电阻的测量阻值图表； 其中
2、被测触点；3、取样单元；4、信号放大单元；5、多功能数/模、模/数转 换单元；6、计算机；7、电压跟随单元。
具体实施方式
如附图1所示， 一种微电流接触电阻变化趋势跟踪仪，它包括与被测触点2 相串联的标准电阻以及
取样单元3，所述的取样单元3与所述的标准电阻相电连接，用于对所述的 标准电阻两端的电压进行取样；
信号放大单元4，所述的信号放大单元4与所述的被测触点2相电连接，用于将所述的被测触点2两端的接触电压信号进行放大，所述的信号放大单元4
具有多个可调节放大倍数的档位；可保证接触电压在较宽范围的测量精度，并
且能够根据初测电压值自动选择合适的档位。
多功能数/模、模/数转换单元5，所述的多功能数/模、模/数转换单元5的 输入端分别与所述的取样单元3的输出端和信号放大单元4的输出端相电连接， 其中的模/数转换单元用于将所述的取样单元3输出的取样电压信号和所述信号 放大单元4输出的接触电压信号转换为数字信号，由计算机6对该数字信号进 行运算处理得到接触电阻的阻值并输出用于控制测量回路中的变化微电流的电 压数字信号，测出的阻值由计算机6通过图表显示及保存测试结果，如附图3 和附图4中所示。
所述的多功能数/模、模/数转换单元5中的数/模转换单元将所述的计算机6 输出的电压数字信号转换为电压模拟信号；计算机6输出的该电压数字信号即 为PID环节的输出电压信号。
电压跟随单元7，所述的电压跟随单元7的输入信号为所述多功能数/模、 模/数转换单元5输出的电压模拟信号，所述的电压跟随单元7的输出电压信号 作为所述的取样单元3的输入信号形成闭合回路。所述的电压跟随单元7用于 在保持其输出电压与输入电压相等的情况下增强输出电流的驱动能力，从而扩 大了接触电阻测量回路中电流变化的范围，使得本实用新型能够实现宽范围、 髙精度测量。
闭环控制系统的特点是系统被控对象的输出会反送回来影响控制器的输 出，PID控制是指根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行 控制的。所述的计算机6软件程序中的PID环节的两个输入分别为取样单元3 及被测触点2上的反馈电压数字信号，输出的电压信号经数/模转换后作为电压 跟随单元7的输入用于控制测量回路的电流大小，从而实现跟踪接触电阻随电 流变化而变化的趋势。
如附图2所示，所述的标准电阻Rs和被测触点Rc相串联形成的测量回路 中的电流变化范围为10li A 1A，测量回路中电流的大小由取样电压Us除以标 准电阻得出，接触电阻的阻值由接触电压Uc除以该电流获得，它可以在较大的 电流变化范围内实现接触电阻的测量及变化趋势的跟踪。
本实用新型应用了智能型多功能数/模、模/数转换单元5、电压跟随单元7、 取样单元3以及可调节档位的电压信号放大单元4,通过USB接口与计算机6的数据交换并配合编程软件，实现了自动跟踪接触电阻随电流增大的变化趋势， 同时还能够自动测量不同电流下的接触电阻值，即可测量隧道效应、发射热电 子流效应以及齐纳效应形成的等效电阻，通过图表显示并保存。
与现有技术相比，它不仅能够实现在lOli A的微小电流下测量接触电阻， 有利于精确地判断触点老化状态，还能够随电流在10U A 1A的较大范围内跟 踪接触电阻的变化趋势，有利于判断不同触点的适用场合及在特定场合下的开 关设备选型。
权利要求1、一种微电流接触电阻变化趋势跟踪仪，其特征在于它包括与被测触点(2)相串联的标准电阻以及取样单元(3)，所述的取样单元(3)与所述的标准电阻相电连接，用于对所述的标准电阻两端的电压进行取样；信号放大单元(4)，所述的信号放大单元(4)与所述的被测触点(2)相电连接，用于将所述的被测触点(2)两端的接触电压信号进行放大，所述的信号放大单元(4)具有多个可调节放大倍数的档位；多功能数/模、模/数转换单元(5)，所述的多功能数/模、模/数转换单元(5)的输入端分别与所述的取样单元(3)的输出端和信号放大单元(4)的输出端相电连接，其中的模/数转换单元用于将所述的取样单元(3)输出的取样电压信号和所述信号放大单元(4)输出的接触电压信号转换为数字信号，由计算机(6)对该数字信号进行运算处理得到接触电阻的阻值并输出用于控制测量回路中的变化微电流的电压数字信号，所述的多功能数/模、模/数转换单元(5)中的数/模转换单元将所述的计算机(6)输出的电压数字信号转换为电压模拟信号；电压跟随单元(7)，所述的电压跟随单元(7)的输入信号为所述多功能数/模、模/数转换单元(5)输出的电压模拟信号，所述的电压跟随单元(7)的输出电压信号作为所述的取样单元(3)的输入信号形成闭合回路，所述的电压跟随单元(7)用于在保持其输出电压与输入电压相等的情况下增强输出电流的驱动能力。
2、 根据权利要求l所述的一种微电流接触电阻变化趋势跟踪仪，其特征在 于所述的计算机(6)采用PID环节控制输出电压以精确的产生测量回路的可 控微电流。
3、 根据权利要求l或2所述的一种微电流接触电阻变化趋势跟踪仪，其特 征在于所述的标准电阻和被测触点(2)相串联形成的测量回路中的电流变化 范围为IOU A 1A。
专利摘要一种微电流接触电阻变化趋势跟踪仪，它应用了智能型多功能数/模、模/数转换单元、电压跟随单元、取样单元以及可调节档位的电压信号放大单元，通过USB接口与计算机的数据交换并配合编程软件，实现了自动跟踪接触电阻随电流增大的变化趋势。同时还能够自动测量不同电流下的接触电阻值，通过图表显示并保存。与现有技术相比，它不仅能够实现在10μA的微小电流下测量接触电阻，有利于精确地判断触点老化状态，还能够随电流在10μA～1A的较大范围内跟踪接触电阻的变化趋势，有利于判断不同触点的适用场合及在特定场合下的开关设备选型。
文档编号G01R31/327GK201392367SQ20092014169
公开日2010年1月27日 申请日期2009年2月13日 优先权日2009年2月13日
发明者姚建林, 施海宁, 涂丰盛, 颉 石 申请人:苏州热工研究院有限公司