隨著電子技術的飛速發展，數字式測量技術在電線電纜測試領域得到了越來越廣泛的應用， 在現有的標準中，已經規定了可以采用電橋以外的其它電子測量儀器作為導體直流電阻的測試設備，可以預見在不遠的將來，各種高性能的數字式直流電阻測量儀（數字式低阻計）將會逐步取代該領域中雙臂電橋的地位，使得測量工作更加快速、準確、方便。上海遠中電子儀器廠于 2004 年開始研制 PC36 系列直流電阻測量儀，作為一種電線電纜電性能試驗的設備，該儀表的設計目標如下：
　　1.表的主要技術性能：測量范圍、測量電流、準確度、靈敏度、分辨力等應全面滿足《電線電纜電性能試驗方法 第 2 部分：金屬材料電阻率試驗》 及 GB/T3048.4 《電線電纜電性能試驗方法 第 4 部分：導體直流電阻試驗》 中對電阻測試設備的各項技術要求。
　　2.為了方便用戶操作，在儀表的附加功能中添置了 GB/T3048.2 及 GB/T3048.4 推薦的一些特殊功能及測量方法，如反向電流測量、倍率電流測量、熱電勢平衡、導線溫度校正等功能。
　　3.儀表有幾種派生型號，以適應不同規格電線電纜生產廠的需要。儀表的技術指標和功能設置以適應標準的要求為主，以滿足用戶的需要為主，做到既是充分的又是必要的，力爭實現較高的性能價格比。
　　經過一年多時間的研制、試用和改進，該儀表已正式面世 , 其間得到了上海電纜研究所與上海南洋電材有限公司的大力支持和幫助。經測試，儀表的技術性能*達到了設計目標。本文主要介紹該儀表的特點、研制工作中所克服的技術難點、儀表的主要技術性能、附加功能、基本參數以及實際使用效果。
　　1 主要技術性能 1.1 測量范圍及分辨力 在 GB/T3048.2 5.2.1 條規定了導體電阻測量的下限值為 10 -5 Ω，這個看似簡單的要求給儀表的設計帶來了新的挑戰， 10 -5 Ω數量級的電阻是個什么概念？截面在 172mm 2 至 1724mm 2 范圍內的 1m 長的銅導線在 20 ℃ 時的電阻值就落在 10 -5 Ω數量級范圍內 （ 10.0—99.9 μΩ ） ， 考慮到GB/T3048.2 中電阻率測試允許誤差 0.15% 及 GB/T3048.4 中導體電阻測試允許誤差 0.5% 的要求，儀表讀數的有效位應不少于 4 位，（ 3 位有效讀數在zui不利的情況下，zui后一位變化 1 個字的量化誤差，可能造成 1% 的測量誤差），這就要求儀表的zui高分辨力達到 10 -8 Ω（ 0.01 μΩ）。
　　綜觀現有的數字式低阻表 , 水平zui高的如 SB2232 型直流電阻測量儀、 ZY9858 型數字微歐計等，其zui低量程為 2 m Ω，分辨力為 0.1 μΩ， 如果測量截面超過 172mm 2 1m 長的銅導線，電阻值在 100 μΩ以下， 儀表讀數僅有 3 位有效數字，示值僅為該檔量程的 1/20 以下，這顯然是不能符合測量準確度要求的。由此可見，現有的數字式低阻表的測量范圍和分辨力尚不能滿足全系列電線電纜的測量要求，必須進一步提高。 PC36 系列直流電阻測量儀設置了 200 μΩ量程 , 是現有產品的十分之一 , 該量程的分辨力為 0.01 μΩ，是現有產品的十倍，當被測電阻大于或等于 10 -5 Ω時，儀表保證有 4 位以上的有效讀數，可以滿足 全系列電線電纜的測量要求 。
　　1.2 測量(liang)靈(ling)(ling)敏(min)(min)度(du) 電(dian)(dian)線電(dian)(dian)纜測試人員都知道，要提(ti)(ti)高(gao)(gao)(gao)電(dian)(dian)橋測量(liang)結果的(de)(de)(de)(de)(de)分(fen)(fen)辨(bian)力有(you)兩(liang)個(ge)途徑，其(qi)一(yi)是(shi)加大測量(liang)電(dian)(dian)流，其(qi)二是(shi)提(ti)(ti)高(gao)(gao)(gao)電(dian)(dian)橋的(de)(de)(de)(de)(de)指零(ling)裝(zhuang)(zhuang)置 — 檢流器的(de)(de)(de)(de)(de)靈(ling)(ling)敏(min)(min)度(du)，在(zai)數(shu)字式低(di)阻(zu)(zu)表(biao)(biao)(biao)中情況也大致如(ru)此。由于電(dian)(dian)流加熱(re)效應以及標(biao)(biao)準電(dian)(dian)阻(zu)(zu)容許流過電(dian)(dian)流值的(de)(de)(de)(de)(de)限制(zhi)，測量(liang)電(dian)(dian)流的(de)(de)(de)(de)(de)提(ti)(ti)高(gao)(gao)(gao)幅(fu)度(du)是(shi)有(you)限的(de)(de)(de)(de)(de)，zui大值在(zai) 10A 左(zuo)右，根據歐姆定律： R=U / I ，在(zai) I = 10A 的(de)(de)(de)(de)(de)測量(liang)電(dian)(dian)流下，儀表(biao)(biao)(biao)的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)阻(zu)(zu)測量(liang)分(fen)(fen)辨(bian)力要達到(dao) 0.01 μΩ，儀表(biao)(biao)(biao)的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)位端(duan)電(dian)(dian)壓靈(ling)(ling)敏(min)(min)度(du)必須達到(dao) 0.1 μ V , 比(bi)現有(you)的(de)(de)(de)(de)(de)數(shu)字式低(di)阻(zu)(zu)表(biao)(biao)(biao)的(de)(de)(de)(de)(de)zui高(gao)(gao)(gao)電(dian)(dian)壓靈(ling)(ling)敏(min)(min)度(du) 1 μ V 提(ti)(ti)高(gao)(gao)(gao)了(le) 10 倍。為了(le)達到(dao)這個(ge)目(mu)標(biao)(biao)，本 儀表(biao)(biao)(biao)的(de)(de)(de)(de)(de)設計者(zhe)采(cai)用技(ji)術特制(zhi)了(le)高(gao)(gao)(gao)靈(ling)(ling)敏(min)(min)、低(di)噪聲的(de)(de)(de)(de)(de)納伏(fu)放大器，其(qi)電(dian)(dian)位輸(shu)入端(duan)的(de)(de)(de)(de)(de)zui高(gao)(gao)(gao)靈(ling)(ling)敏(min)(min)度(du)為 70.7nV （ 0.0707 μ V ） ，就電(dian)(dian)壓靈(ling)(ling)敏(min)(min)度(du)與(yu)噪聲特性這一(yi)點來說(shuo)，本儀表(biao)(biao)(biao)已(yi)經達到(dao)了(le) 6 1/2 位高(gao)(gao)(gao)性能數(shu)字電(dian)(dian)壓表(biao)(biao)(biao)所能達到(dao)的(de)(de)(de)(de)(de)水平。高(gao)(gao)(gao)靈(ling)(ling)敏(min)(min)度(du)放大器的(de)(de)(de)(de)(de)作用就如(ru)同給電(dian)(dian)橋的(de)(de)(de)(de)(de)檢流器前(qian)加裝(zhuang)(zhuang)了(le)一(yi)臺靈(ling)(ling)敏(min)(min)度(du)*的(de)(de)(de)(de)(de)光電(dian)(dian)放大器一(yi)樣，實現了(le)測量(liang)電(dian)(dian)流與(yu)同類儀表(biao)(biao)(biao)相同，而分(fen)(fen)辨(bian)力卻(que)提(ti)(ti)高(gao)(gao)(gao) 10 倍的(de)(de)(de)(de)(de)目(mu)標(biao)(biao)。

　　1.3 測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)的(de)(de)選擇(ze) 在(zai)(zai)(zai)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)線(xian)(xian)(xian)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)纜(lan)導體電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)阻的(de)(de)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)中(zhong)，選擇(ze)合適的(de)(de)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)是至(zhi)關重(zhong)要的(de)(de)，這(zhe)是因為被測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)對象銅(tong)線(xian)(xian)(xian)或(huo)鋁線(xian)(xian)(xian)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)阻率具(ju)有(you)很高(gao)的(de)(de)溫(wen)度系(xi)數(shu)(shu)，測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)過大(da)(da)(da)會引起(qi)(qi)導線(xian)(xian)(xian)發熱，從而(er)造成(cheng)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)超差(cha)，在(zai)(zai)(zai) GB/T3086.4 第(di) 5.6 條中(zhong)有(you)銅(tong)導線(xian)(xian)(xian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)密度不(bu)大(da)(da)(da)于 1.0A/ mm 2 的(de)(de)規定；但是測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)過小又會嚴(yan)重(zhong)影 響儀(yi)(yi)(yi)表(biao)(biao)的(de)(de)靈(ling)敏(min)度與(yu)分(fen)辨力，同(tong)(tong)樣(yang)對測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)準(zhun)確度不(bu)利。本(ben)儀(yi)(yi)(yi)表(biao)(biao)具(ju)有(you) 多電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)功能，各個(ge)量(liang)(liang)程(cheng)(cheng)設置了不(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)可(ke)供選擇(ze)，并(bing)在(zai)(zai)(zai)儀(yi)(yi)(yi)表(biao)(biao)面板(ban)上標明。儀(yi)(yi)(yi)表(biao)(biao)設有(you)“常規”與(yu)“低電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)”兩種測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)狀(zhuang)態(tai)(tai)，可(ke)以通過面板(ban)開關加(jia)以選擇(ze)，儀(yi)(yi)(yi)器在(zai)(zai)(zai)“常規”測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)狀(zhuang)態(tai)(tai)（常規測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)）有(you)六(liu)檔量(liang)(liang)程(cheng)(cheng)，具(ju)有(you)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)準(zhun)確性(xing)高(gao)、抗干擾性(xing)能好的(de)(de)特點(dian)；在(zai)(zai)(zai)“低電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)”測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)狀(zhuang)態(tai)(tai)（低測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)、高(gao)靈(ling)敏(min)度）也(ye)有(you)六(liu)檔量(liang)(liang)程(cheng)(cheng) ，具(ju)有(you)較高(gao)的(de)(de)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)靈(ling)敏(min)度與(yu)分(fen)辨力。 該性(xing)能克(ke)服(fu)了目前數(shu)(shu)字表(biao)(biao)及某(mou)(mou)些電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)橋與(yu)數(shu)(shu)字式(shi)低阻表(biao)(biao)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)不(bu)能調(diao)節，而(er)且(qie)在(zai)(zai)(zai)某(mou)(mou)些檔位(wei)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)偏大(da)(da)(da)引起(qi)(qi)被測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)導體發熱 , 電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)阻值隨著測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)時(shi)間的(de)(de)增加(jia)向上漂移的(de)(de)缺(que)陷，這(zhe)一點(dian)在(zai)(zai)(zai)微細導線(xian)(xian)(xian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)時(shi)尤為重(zhong)要，例如(ru)直徑為 0.05mm 的(de)(de)銅(tong)導線(xian)(xian)(xian) , 截面約(yue)為 2 × 10 -3 mm 2 , 1m 的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)阻值約(yue)為 8.8 Ω ,按 GB/T3086.4 的(de)(de)要求(qiu)計算 , 該導線(xian)(xian)(xian)的(de)(de)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)應不(bu)大(da)(da)(da)于 2mA, 在(zai)(zai)(zai)現有(you)數(shu)(shu)字式(shi)低阻表(biao)(biao)中(zhong) , 20 Ω量(liang)(liang)程(cheng)(cheng)的(de)(de)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)一般為 10mA, 有(you)的(de)(de)甚至(zhi)高(gao)達(da) 100mA, 大(da)(da)(da)大(da)(da)(da)超過了標準(zhun)規定的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)范圍 , 導線(xian)(xian)(xian)將會嚴(yan)重(zhong)發熱，在(zai)(zai)(zai)本(ben)儀(yi)(yi)(yi)表(biao)(biao)中(zhong)，則可(ke)選擇(ze) 20 Ω“低電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)”量(liang)(liang)程(cheng)(cheng)，測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)僅位(wei)為 1 mA ，*符合標準(zhun)的(de)(de)要求(qiu)。

　　儀(yi)表(biao)各測量檔位(wei)的測量電流見表(biao) 1

表1

表2

　其中 R X ：儀表讀數值（電阻示值） R m ：所測量程滿度值

　　2.1 倍率電流測量功能 為了方便用戶實施 GB/T 3048.4 第 5.6 條中用比例為 1 ： 1.41 的兩個測量電流分別測試樣電阻值，以判定是否發生溫升超標的方法，本儀表設置有比例為 0.707I ： 1.00I ： 1.41I 三檔電流可供選擇（其中 I 為額定電流），比例電流的切換即刻完成，避免了調節外部電流源的繁瑣操作。如果 1.00I ： 1.41I 倍率電流測量的結果判定電流過大，數據無效，則可再一次進行 0.707I ： 1.00I 倍率電流測量（兩者的比例仍為 1.41 倍），如變化量小于標準規定的數值，表明在 0.707 I 條件下的測量結果有效，避免了為了降低測量電流而改變量程檔位 , 造成測量精度及分辨力的損失。
　　2.2 外部熱電勢平衡功能 在電線電纜導體電阻的測量夾具，其電位端的接觸刀口常用黃銅材料制成，與銅、鋁導線材料之間有較高的接觸熱電勢，在測量過程中由于環境溫度不可能*均衡，在測試夾具上安裝導線時，人體也不可避免地會接觸到并加熱電位結點，由此產生的熱電耦電勢，會對高靈敏度的測量產生干擾，使測量結果發生偏移。
　　為了降低電位端的外部接觸電勢與熱電勢對測量結果的影響，本儀表設置了外部電勢平衡調節裝置，通過平衡調零，可以抵消在測量回路中的熱電耦電勢，該方法是 GB/T 3048.2 第 6.5.3 條推薦的方法之一。
　　2.3 反向電流測量功能 根據 GB/T 3048.4 第 5.5 條規定，當試樣電阻小于 0.1 Ω 時，應將電流反向再測一次，然后取算術平均值。這是消除測量回路中的熱電耦電勢的又一種簡單有效的方法，同時也消除了儀表測量回路自身的電壓零點飄移，因此，正、反兩次測量的平均值，比單次測量結果有更高的準確度與可靠性。在用雙臂電橋電橋測量導體電阻時，該功能是通過切換外部換向閘刀實現的，而在現有的數字式低阻表中，為了防止電感性負載產生的反電勢損壞儀表，其輸入回路往往接有反向保護二極管，因此，是不容許電流反向的，無法實現標準要求的操作。本儀表中采用技術，特殊設計了雙向電流保護電路，既防止了反電勢對儀表的危害，同時又允許進行反向電流測量，并在儀器內部設置了大功率換向繼電器，通過面板開關實施電流換向操作，正、反向讀數瞬時可得，操作簡捷、使用方便。
　　2.4 銅、鋁導線溫(wen)度校正(zheng)功能(neng) 當試(shi)驗環(huan)境溫(wen)度在 15-25 ℃范圍(wei)內，用戶(hu)只要將(jiang) PC36C 或 PC36D 的溫(wen)度校正(zheng)開(kai)關設置為(wei)環(huan)境溫(wen)度的實際值 （ 步(bu)進值為(wei) 0.1 ℃ ） ，儀(yi)表將(jiang)被測銅線或鋁線的電阻值根據(ju) GB/T 3048.4 推薦的公式(shi)自動換(huan)(huan)算到該導線在基(ji)準溫(wen)度 20 ℃時的電阻值，免去了用戶(hu)溫(wen)度換(huan)(huan)算操作，使用更為(wei)方便。

表3

PC36C 直流電阻測量儀