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摘 要

本篇文章属于实验研究类文章。在测量电阻时，误差的影响是我们必须重点考虑的，在实际电阻测量中，我们很可能因为忽略了接触电阻就使得我们的测量结果与我们的预期相差特别大，所以减小或者排除掉小电阻的影响是当前我们最应该做的，因此测量小电阻是电子测量中重要的一环。然而小电阻由于数值太小，一般的万用表根本无法测量。在这种情况下，测量小电阻就变得很困难，经过长时间的考虑，特别设计了完整的小电阻精密测量系统。此系统是以LM317作为高稳定性的恒流源，利用继电器的转换电路的特性，以低功耗、高精度的仪表放大器INA128，以及低温漂、低噪声的放大器OP07来实现最精准化的测量。此外，设计电路采用四端测量法，其好处在于四端法中电阻值不受引线长短和接触电阻影响，所以可精准测量毫欧级电阻，且环境适应能力强 ，可用于实验室研究或者工程研究。

关键词：四端测量法 小电阻 LM317恒流源 运算放大器测量

Contact resistance measurement circuit design

Abstract

This article is an experimental research article. In the resistance test process, we often encounter a large error, especially due to neglect of the impact of small resistance caused by experimental data and ideal values ​​vary greatly. Therefore, reducing or eliminating the effect of small resistance is the most important thing that should be done in this experiment.^[18] Therefore, measuring small resistance is an important part of electronic measurement. However, the general value of the small resistance is too small and the general multimeter cannot be measured at all. In this case, measuring the small resistance becomes difficult. After a long period of consideration, a complete small-precision precision measurement system has been specially designed. This system uses the LM317 as a high-stability constant-current source input, and the characteristics of the relay's conversion circuit to achieve low-power, high-precision instrumentation amplifiers. The INA128, as well as the low-temperature drift, low-noise amplifier OP07 enable the most accurate measurements. So as far as possible to eliminate the impact of temperature drift and improve accuracy. In addition, the design of the circuit using four-terminal measurement method, the advantage is that the resistance value of the four-terminal method is not affected by the length of the lead and contact resistance, so it can accurately measure milliohm-class resistance, and environmental adaptability, can be used for laboratory research or engineering the study.

Key Words: Four-terminal measurement; Small resistance; LM317 constant current source; Operational amplifier measurement

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 引言 1

第二章 电阻及其特性 2

2.1 电阻的定义及其发展 2

2.2 接触电阻定义、原因及其影响因素 2

第三章 实验所需元器件 4

3.1 LM317 4

3.2 电压源 5

3.3 电容器 5

3.4 运算放大器及其原理 6

3.5 INA128 7

3.6 OP07 9

3.7 继电器 10

第四章 实验过程及结论 11

4.1 四端测量法 11

4.2 电路设计 11

4.3 完整实验及数据处理 15

总结 18

参考文献 19

致谢 20

引言

如今的我们生活在21世纪，这是一个世界经济发展的时代，是科学力量加强的时代。时代的进步性同样推动着科学的发展，但是，发展的路上少不了荆棘，而接触电阻就是其中重要的一环，特别是在这个缺少了电力人类就会奔溃的时间节点上，可想电力系统对人类的重要性和必要性。然而，目前的电力系统中没有单一的导电物体运作，都是很多导体共同作用的结果，我们在书中学过，导体的互相接触势必形成电接触，电接触就是指两个或多个导体相互接触而维持电流通过的节点。现在的科学发展迅速，智能化水平不断提高，这就使得我们的电接触要做的越来越好，才能满足电接触的要求，然而电接触的好坏完全反映在接触电阻上，因此，我们要做的就是降低接触电阻，这是符合节能减排的号召。最重要的就是找到解决方法，如何去降低接触电阻，在我们搞清楚之前，我们需要清楚接触电阻的数值，这就需要我们去精确测得接触电阻阻值，本实验宜采用四端测量法，这种方法较其他方法优于测量更精准，减少了由于电阻本身的影响；本实验采用高稳定的恒流源，使用低功率、高精度的运算放大器，使用同步开关，避免时间过长而引起电阻改变过大。本次研究，目的在于精确测量接触电阻，从而找到减小甚至消除接触电阻的方法。

电阻及其特性

图2-1 电阻元件

电阻的定义及其发展

电阻组件的电阻值大小通常受到所处的温度，本身的材料类型和性质，电阻的长度以及截面的横截面积的影响，电阻在电路中的的作用很多，比如将电能转化为热能，我们所用到的电热水壶和电磁炉等等都是电阻的转电能为热能的实际应用^[1]。它还能在电路中起到分压、分流的作用。分压是指当很多电阻串联，在他们的两端通上电流后，它的电压就等于自身的电阻与总的电阻的比值在总电压所占的比重，它们的总电压是每个电阻电压的和。对于分流来讲就是并联的电阻两端的电压相同，它们之间流过的电流为电阻的倒数与电压的乘积。它们的电流总和为流过每个电阻的电流之和。如果从激励信号上来说，无论是交流信号还是直流信号都可以通过电阻^[2]。在实际情况下，电阻的实际工作电压和电流以及功率应该小于其额定电压，额定电流和额定功率。

小电阻在日常生活中应用广泛，继电器，变压器，各种电缆的接触电阻一般情况下，都是毫欧级别，这些电阻阻值太低，不容易测量，而且微小温度的变化也会影响测得的数据，一旦测量时间过长或者通电时间太久，电阻会变色，严重时会断开电路，会严重影响实验数据，在实际操作中，这些往往是影响数据差距更大的原因，严重影响实验的准确性。

接触电阻定义、原因及其影响因素

在现实生活中，我们所看到或了解到的微小电阻一般情况下都是接触电阻，接触电阻的定义从字面就可以看出是因为接触而产生的。为了减少金属表面氧化物的生成，通常阳性的金属弹簧片部分和连接器的阴性卡夹子都需要镀金属用来避免接触电阻的发生。产生接触电阻的原因有很多，但是主要有两个：一是由于我们的工艺达不到真正的完美，所以我们所截得接触面总会不平整，由于其中的突起，势必会使得金属的实际接触面减小,从而增大了接触电阻。发生这种情况后，当电流流过导体时，接触面上电阻的有效的接触面积大大缩小，因而造成电阻的增加，这个电阻称为收缩电阻^[5]。二是由于接触面在空气中容易发生反应，我们知道氧化物的导电性能一向很差，接触面上反应产生的氧化物对接触面的影响使的显示的电阻阻值大大增加,这部分电阻称为膜电阻。因此可以说是收缩电阻和膜电阻组成了接触电阻。当然除了上面我们谈到过的影响接触电阻的因素以外，还有很多因素影响着接触电阻，例如所选的材料,每种材料的性质不同功能就一定不相同。再比如接触表面的凹凸分布，接触表面严重影响接触电阻的接触部分。下面谈谈导体的接触方式，大概可以分为以下三种，分别是点接触,线接触和面接触,这几种接触形式对接触电阻的影响是不尽相同的^[16]。点接触时对接触电阻的影响主要是针对收缩电阻来讲的,面接触时对接触电阻的影响则是针对膜电阻来讲的,那么线电阻则在收缩电阻和膜电阻之间。所以收缩电阻和膜电阻共同影响着接触电阻的大小。除此之外。电阻在接触时我们所施加的压力也严重影响着接触电阻,当我们给的压力不够大时，仅仅只靠简单的增大电阻的接触表面，对于降低接触电阻是完全没有作用的。当我们逐渐的增大施加的压力时,就相当于间接地增大了接触表面,同时,刚刚提到过由于接触表面容易产生氧化，当我们施加压力增大了之后，氧化物膜可能在这个过程中被破坏，里面的原电阻材料显现，使得接触表面的电阻减小。所以可以得出这样的结论：当我们对接触面施加压力后,可以明显看出来收缩电阻和膜电阻都降低了,那么总的接触电阻自然也会降低。在实验中，必然会发生理论接触面必然大于实际接触面的现象。

实验所需元器件

LM317

图3-1 LM317内部原理

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