航空电缆综合测试的原理分析

杨利锋

摘要：民用飞机是一个复杂的系统，各系统之间通过电缆和导线彼此交联从而实现系统内部和系统间的信号传输，为了保证各系统的正常工作，电缆在敷设完成后需对整机电缆进行完整性测试。一般电缆测试可分为自动导通测试和手动导通测试，无论是手动导通还是自动导通，都是使用现成的工装设备，按照正确的操作方法即可对整机电缆进行测试，而对其内部的测试原理并不做深入研究。实际上，无论是飞机设计人员还是制造装配工人，都应当对整机电缆测试的基本原理有一定的了解和掌握。针对此种情况，本论文主要对飞机的导通电阻测试原理、绝缘电阻测试原理以及电子电气元器件测试进行了比较详尽的分析。

关键词：全机电缆；导通测试；测试原理

1. 电缆常见失效模式

电缆通常是由几根或几组每组至少两根导线绞合而成的类似绳索的结构，每组导线之间相互绝缘，并围绕着一根中心扭成，整个外面包有高度绝缘的覆盖层。电缆失效即电缆中导线出现短路、断路、连接错误、接触不良以及绝缘不良。图1-1是电缆常见的几种失效模式。图A为正常情况下接线端子的连接方式，电缆的A端的1、2、3、4针孔号分别连接电缆B端对应的针孔号，每根导线彼此之间应是绝缘的，且导线两端对应针孔号之间应是导通的；在图B中，可以看到1号导线和2号导线中间连接上了，从而造成A端的针孔号1、2与B端的针孔号1、2彼此导通，出现了短路的情况；在图C中，第一根导线中间出现了断路的情况，造成1号线的A端与B端无法形成导通电流。图D中是由于操作的失误将导线连接错误；图E中是导线接触不良的情况，在正常导通情况下民用飞机导线两端的电阻值小于8欧姆即认为线路是导通的，接触不良的情况下测试的电阻则会超出该阻值，而且接触不良很可能进一步引起断路；图F中是导线绝缘不良的情况，通常情况下如果两根导线绝缘良好的话，它们之间的绝缘电阻为几十甚至几百兆欧，如果出现绝缘不良的情况则两根导线之间的电阻会大大降低，通过测试两根导线之间的绝缘电阻来规避绝缘不良这种失效。

2. 导通电阻测试原理

线束组件中的导线通过转接连接器、接线模块、死接头、接线板，或控制开关等器件的电阻值应在0-8欧姆之内。因此测量电缆导通的过程主要是在给定特定电压情况下测试上述导线的电阻值，如阻值在0-8欧姆之间说明测试合格。

2.1 二线制电阻测试原理

无论是用自动测试方法还是手动测试方法测试电缆导通，其实都是基于欧姆定律测试两个针孔之间的电阻来确定其是否导通的。实际测试过程中，尤其自动导通，需要通过外部设备（测试工装、转接电缆）才能够连接到要测试的电缆。图2-1是比较常用的两线制电阻测试原理图，图中，ROUT是要测的导线两端针孔之间理想的电阻值，RC为转接电缆与待测电缆转接处的接头电阻，RL为转接电缆的自身电阻，RS为系统内部（测试工装）的电阻，在给定直流电源DC情况下，可以测得整个回路的电压VM和电流ITEST（同时也是待测电阻两端电流），根据欧姆定律得出整个回路电阻值RTES T为：

（2-1）

同样根据欧姆定律可以看出实际被测电阻的值ROUT为：

（2-2）

不难发现ROUT与RTEST并不相等，但是针对民用飞机来说，一般待测电缆的电阻只要小于8Ω便认为是导通的，而自动导通设备引入的外部电阻一般阻值都比较小，所以说用二线制原理即可进行导通电阻的测试。

2.2 四线制电阻测试原理

上节介绍了两线制测电阻原理，通过分析可以看出测得的实际电阻并不是待测电阻的实际值，有时候被测电阻的阻值本身很小，但是需要知道其相对比较准确的阻值，这时如果用两线制测试方法的话，外部引入的电阻本身便有可能大于待测电阻本身，测得的结果误差相对较大。图2-2是四线制测电阻原理图，为避免由于测试设備本身及转接电缆带入的电阻误差，可以将电压表直接接到待测电阻两端，从而由欧姆定律可以得出：

（2-3）

从上面公式可以看出四线制电阻原理图可以比较精确地测量出被测物的实际阻值，减少由于系统内部及接点电阻和转接电缆带来的误差。

3. 绝缘电阻测试原理

航空电缆机上绝缘测试包括线线绝缘和线地绝缘，线线绝缘测试是为了避免两根本来没有导通关系的导线因绝缘层破裂或其它原因而存在导通关系的故障，线地绝缘测试则是为避免由于线缆绝缘层破裂或者接线错误造成线缆与机体接触或者与接地桩误连接引起的故障。绝缘测试的目的是测量线与线或线与地之间的绝缘电阻，常用的方法有串联法测试电阻、并联法测试绝缘电阻、电流电压法以及电桥法测试绝缘电阻，其中电流电压法测试绝缘电阻方法简单，原理易懂，这里只讨论串联法测试原理。

图3-1为电流电压法原理图，图中 ES为电源电势，Rx表示航空电缆线束的绝缘电阻，即待测电阻；Ri为电源内阻，可通过实验测得；R0为采样电阻，为已知的电阻；采样电阻R0两端电压U0可通过电压表测得，为已知量；Rm为限流电阻，可用作限流或者抗干扰滤波，为已知电阻。对整个回路用欧姆定律可以得出测量回路上采样电压U0为：

（3-1）

通过变换以上等式Rx可以表示为：

（3-2）

因为为Rx绝缘电阻，一般条件下Rx>>Ri+Rm+R0，所以上式可以近似为：

（3-3）

通过电压电流法即可得到被测电缆线束的绝缘阻值，从而可以判断出电缆线束的绝缘性能。

4. 电子元器件测试原理

电子电气元器件一般有继电器、电容以及二极管，对于继电器测试一般结合电缆的导通测试对其功能进行了验证，本文主要介绍电容及二极管的测试原理。

4.1 电容测试原理

通过电容测试仪可以测出电容实际值，但实际上该电容值是通过设备内部经过一定计算得出的，而并非直接测试得出的。电容测试过程实际上是电容的充电过程。将一恒定直流电压源加在待测电容两端给电容充电，在电容充电过程中可以实时测出电容两侧的电压，当电容两端的电压到达某一特定值的时候记录充电时间，从而最终计算出其电容值，该方法即为直流测量法。