基于四线制的电阻自动测量研究与实现

朱维玮，吴传贵，2，李珊珊，2，王纬国，2

（1.国营芜湖机械厂；2.安徽省航空设备测控与逆向工程实验室，安徽 芜湖 241007）

弹射座椅是飞行员的“救生法宝”。航空技术的发展，第3 代弹射座椅里面含有电子设备，这给弹射座椅的测试、维修和保障带来新的问题。针对传统的维修测试方法人工检测效率低、时间长、强度大且易出错的难题，需要研制一台飞机座椅自动综合检测设备，实现对多型座椅电气附件内各线路通断、绝缘和抗电功能性能的自动检测，其中，为满足线路通断性能测量要求，需要研究四线制电阻测量方法的应用，实现不同组件导通性指标的精确测量。

1 需求和资源分析

座椅电气附件自动综合检测设备主要针对国内、国外多型弹射座椅测试，涉及电气组件主要有：脱开式信号接头、联锁转换电门、转换电门组件、座椅椅盆电路及整个座椅的内部电路等。座椅电气附件自动综合检测设备能够实现自动对电阻、绝缘、抗电和控制等多个性能的测试，其中电阻主要包括有：检测触点电阻并判断其是否满足要求，具体指标要求是：所有电门、开关等元件的触点接触电阻，正常值不大于0.3Ω（含各继电器启动前后的触点接触电阻）。通过对测试中的电阻测量要求分析，与电阻测量任务相关的功能有：一是四线制电阻、二线制电阻及电压测量；二是程控电源供电；三是自动测试，测试资源需求主要有工控机、程控可调电源、数字多用表、信号切换模块及其他辅助设备。

2 四线制测量原理

四线制电阻测量连接方式如图1 所示。电源线(Source Hi-Ho)即是电流供给回路，信号线(Sense Hi-Ho)即是电压测定回路，电流、电压两回路各自独立。四线法测电阻主要使用一对电源线接电流源，另一对信号线把被测电阻R 上的电压降引入电压表Vm 测量其端电压VR。因为电压表的内阻非常大，与待测电阻存在数量级的差别，使得流过信号线的电流I1极小，近似为零,此时，电压表的输入压降不包含电源线上的压降，而且流过检测线的电流近似为0，不会在信号线上产生压降。为此，电压表输入压降Vm 只反映被测电阻的压降VR，故四线法测得的电阻值非常接近其真实值。另外，采用四线法测量电阻时可排除引线电阻和探针以及测试点之间的接触电阻Rs，使测量结果更精确。

图1 四线制电阻测量原理图

3 测试系统设计与实现

3.1 电阻自动测试实现原理

文献[4]-[8]主要是关于弹射座椅的仿真设计研制等研究内容，涉及座椅电气附件测试的研究借鉴较少，仅有文献[2]介绍了一种多态程序控制弹射座椅ATE 的设计，用于座椅电子设备的故障检测和定位。为实现对不同组件的导通电阻自动测量，测试系统以信号切换模块为中心，通过直连方式，将数字多用表/直流电源连接到资源信号切换模块上；将通用连接器插座上的各引脚连接到通道信号切换模块上。通过软件调用数据库中测试接口定义表中的数据实现控制资源与通道的连接、通断关系。针对不同的被测对象，根据测试项目和电缆连接关系，设计不同的接口定义表，固化系统测试对信号切换模块的转换要求。

3.2 系统硬件组成

通过对不同组件功能和性能及电阻测试需求的分析，设备涉及的测试资源主要有工控机、数字多用表（提供程控可调电源和三用表）、信号切换模块、通用连接器及各型测试电缆。工控机用于提供计算机环境，以及对仪器资源的程序控制。数字多用表的程控可调电源模块主要实现提供可调直流工作电压0～27V 功能；数字多用表的三用表模块主要实现触点接触电阻2 线/4 线制测量和电压测量。通用连接器及各型测试电缆主要用于被测产品与设备的电气连接。

数字多用表是U3606B 三用表/直流电源混合仪器，该台仪器可以实现两种功能，既可当5 位半三用表使用，又有30V/1A、8V/3A、30W 直流电源使用。

3.3 系统软件设计及实现

（1）系统软件总体设计。为了实现对不同的被测对象电阻自动测量，测试软件的主要任务是：一是提供人机交互操作界面；二是实现对数字多用表的功能设置、测量及结果读取；三是实现对信号切换模块内的所有继电器的通断控制；四是实现手动/自动测试流程控制、测量数据比较、结果显示、打印等功能。根据测试系统的功能和性能特点及需要，重点围绕自动测试进行分析设计外，还需要对数字多用表的操作控制实现。自动测试由主程序直接对数字多用表进行设置、测量与数据读取；手动测试由数字多用表控制程序实现对其操作。

（2）自动测试流程设计。自动测试流程图如图2 所示。自动测试模块主要完成产品测试项目选择及测试，设计有单次测试和自动测试两个控制流程。首先，初始化自动测试界面；其次，选定对应的模块名称；再次，输入产品和操作/检验者的信息后，选择单次/自动测试方式进行测量；最后，选择继续测试或退出。

图2 自动测试流程图

（3）数字多用表控制流程设计。通过数字多用表控制虚拟面板，可以控制数字多用表和数据显示：复位、直流/交流设置；二/四线制电阻设置、实时测量及结果显示。数字多用表控制流程图如图3 所示。程序运行后，首先，串口连接并显示虚拟操作界面；其次，选定直流/交流电压电流、二线制电阻、四线制电阻测量项目，当选择某一项目后，按项目要求对其设置；再次，实时测量、数据读取及结果显示；最后，选择复位仪器及关闭程序。

（4）数字多用表控制程序代码实现。在四线制电阻测量程序实现过程中，开发设计的主要功能函数有：一是打开仪器OpenDevice()，打开和基本参数设置；二是设置四线制测量参数函数Res_4_Configure(float Range,float Resolution)，电阻测量的范围和精度；三是测量函数 MeasureValue(double *Value)，测量结果数据的读取；四是关闭仪器和复位仪器函数CloseDevice()、ResetDevice()，仪器的关闭和复位。

图3 数字多用表控制流程图

4 试验测试

系统开发了数字多用表控制程序和自动化测试。硬件功能齐全、接口正确可靠，软件功能划分合理、人机交互操作友好。数字多用表控制程序测试运行正常有效。自动化测试软件运行后，能正常运行进入主界面，如图4 所示，实现了以单次和自动测试为主的所有功能。

图4 自动测试界面

转换电门组件的部分测试项目及结果见表1。为防止出现人为差错导致测试电缆接错，利用二线制电阻测量法读取电缆识别电阻值，确定电缆正确后进行项目测试，如表1 中的第1 条记录。第2 条至21 条，是对产品的导通电阻测量，通过对比数值，均能体现内部电缆的连接关系及长度差异。通过方法类型值1 和2 分别代表二线制还是四线制。

5 结语

通过对座椅电气自动综合检测设备的电阻自动测量任务分析，提出了一种基于四线制电阻测量方法，制定了利用数字多用表、信号切换模块和通用连接模块的测试方案。综合运用虚拟仪器和数据库技术设计开发了测试程序。测试验证结果表明，四线制电阻测量方法满足检测设备的测试要求，实现了对电阻快速准确的自动测量，通过更换转接电缆及软件测试项目表，可实现对不同被测对象的测试，为同类检测设备的研制提供了借鉴。

表1 转换电门组件部分测试项目及结果