CN111426883B - 金属接触电阻测试方法和测试回路 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种金属接触电阻测试方法和测试回路，所述方法包括：在待测接触金属的两端分别接入限流电阻，通入特定电压，形成闭合回路，利用霍尔元件感应接触电阻的磁场分布，并根据霍尔电压和电流，计算得到接触电阻处的磁场强度；然后根据磁场强度及霍尔元件的参数，得到接触电阻上的电流分布，当测试接触金属接头之间的接触电阻时，根据输入电压和回路电流获得所述闭合回路的总电阻，并根据总电阻以及限流电阻的阻值，计算接触电阻。采用前述的方法，可准确的测试接触金属的接触电阻值分布情况，提高了金属接触电阻测试准确性。

Description

金属接触电阻测试方法和测试回路

技术领域

本申请涉及电阻测试技术领域，尤其涉及以一种金属接触电阻测试方法和测试回路。

背景技术

接触电阻反映了接触表面的导电特性，接触的面积越大，表面杂质越少，导电性好，则接触电阻越小，反之，接触面积越小，表面杂质越多，导电性差，则接触电阻越大。因此，接触电阻测试在多个领域都有应用，在电气方面，接触电阻测试经常应用于开关、继电器和印刷电路焊盘的质量检验。在机械装配方面，通过测量两个金属表面相互连接后的接触电阻，可以判断机械装配的牢固性和可靠性。在电磁兼容方面，可以通过接触电阻来判断弹性导电片和编织铜网带的导电特性，进而检查电磁兼容的质量。由于接触电阻是发生在导体之间，因此，接触电阻测试也称为金属接触电阻测试。

现有技术中常用的金属接触电阻测试方法是四线法，四线法是通过在接触电阻的两端分别并联恒流源和电压表，并利用电压和电流的比值获得接触电阻，其原理图如图1所示，图1中接触电阻实际是测试HP和LP之间的接触电阻值Rt，它是利用电压U与电流I的比值获得，r₁、r₂、r₃和r₄表示引线电阻。通常，在四线法测试中，为了避免测试结果中加入导线的电阻，得到金属的表面接触电阻，就需要HP和LP的接线端尽量靠近接触区域。

但是，金属接触电阻一般是由三部分构成：收缩电阻、表面膜电阻和导体电阻，现有技术四线法中，无限靠近接触区域的接线方式以表征接触电阻在实际操作中非常困难，无法将测试线准确的接到金属接触电阻所产生的所有区域，导致测试结果不够准确。

发明内容

本申请提供了一种金属接触电阻测试方法和测试回路，以解决现有技术利用四线法测试金属接触电阻时，无限靠近接触区域的接线方式以表征接触电阻在实际操作中非常困难，无法将测试线准确的接到金属接触电阻所产生的所有区域，导致测试结果不够准确的问题。

第一方面，本申请实施例提供一种金属接触电阻测试方法，所述方法用于测量接触金属接头之间形成的接触电阻，所述方法包括：

在待测接触金属的两端分别接入限流电阻，在所述限流电阻之间通入电压，形成闭合回路；

在所述接触电阻处放置霍尔元件，利用霍尔元件感应接触电阻的磁场分布，并根据霍尔电压和电流，计算得到接触电阻处的磁场强度；

根据所述磁场强度以及霍尔元件的参数，得到接触电阻上的电流分布；

当测试接触金属接头之间的接触电阻时，根据输入电压和回路电流获得所述闭合回路的总电阻，并根据所述总电阻以及限流电阻的阻值，计算得到接触电阻。

结合第一方面，在一种实现方式中，所述根据霍尔电压和电流，计算得到磁场强度，采用以下公式计算：

其中，B为磁场强度，U为霍尔电压，I₁为通过霍尔元件的电流，n为载流子浓度，q电荷电量；d为霍尔元件材料厚度。

结合第一方面，在一种实现方式中，所述根据所述磁场强度以及霍尔元件的参数，得到接触电阻上的电流分布，采用以下公式计算：

其中，I₂为接触电阻上的电流分布，μ₀为磁导率，

为磁感应强度B沿任何闭合路径的线积分，l为接触金属的周长。

结合第一方面，在一种实现方式中，所述根据输入电压和回路电流获得所述闭合回路的总电阻，采用以下公式计算：

V＝IR；

其中，V为输入电压，R为闭合回路的总电阻，I为回路电流。

第二方面，本申请实施例部分提供了一种金属接触电阻测试回路，所述测试回路用于实现第一方面任一中实现方式中所述的测试方法，所述测试回路包括：

待测接触金属、第一限流电阻、第二限流电阻、电压发生装置和霍尔元件；

所述待测接触金属之间产生接触电阻，待测金属的两端分别连接第一限流电阻和第二限流电阻，第一限流电阻和第二限流电阻另一端连接至电压发生装置，形成回路；所述电压发生装置用于使回路中产生电流，进而使得接触电阻产生变化的磁场；

所述接触电阻处设置所述霍尔元件，所述霍尔元件的中心正对接触电阻中心，所述霍尔元件用于感应到接触电阻表面的磁场分布。

本申请实施例公开了一种金属接触电阻测试方法，所述方法包括：在待测接触金属的两端分别接入限流电阻，通入特定电压，形成闭合回路，在所述接触电阻处放置霍尔元件，利用霍尔元件感应接触电阻处的磁场分布，并根据霍尔电压和电流，计算得到接触电阻的磁场强度；根据所述磁场强度以及霍尔元件的参数，得到接触电阻上的电流分布；当测试接触金属接头之间的接触电阻时，根据输入电压和回路电流获得所述闭合回路的总电阻，并根据所述总电阻以及限流电阻，计算得到接触电阻。

采用前述的金属接触测试方法和测试回路，可以准确的测试金属接头表面的接触电阻值分布情况，避免了四线法测试方法中接线难、测试准确性差、无法测试接触电阻的分布等缺点，提高金属接触电阻测试准确性。

更进一步地，本申请公开的金属接触测试方法和测试回路结构简单，操作容易，为电气设备、元件等的性能及正常工作提供支撑，可广泛应用。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中四线法测试接触电阻的原理图；

图2是本申请实施例中一种金属接触电阻的是方法的流程示意图；

图3是本申请一个实施例中一种测试回路的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。

本申请提供了一种金属接触电阻测试方法和测试回路，以解决现有技术中无限靠近接触区域的接线方式以表征接触电阻在实际操作中非常困难，无法将测试线准确的接到金属接触电阻所产生的所有区域，导致测试结果不够准确的问题。

本申请是根据电磁感应现象，当电路中有交变的电流产生时，将在电路周围产生磁场。因此，如果能准确的捕捉到流过接触电阻的电流所产生的磁场，通过“安倍环路定律”得到接触电阻上的电流分布，然后通过“欧姆定律”，即可得到接触电阻的数值分布。

参照图2，图2示出了一种金属接触电阻测试方法，所述方法用于测量接触金属的接头之间(图3所示的单个金属接头测试)形成的接触电阻，具体的，所述方法包括：

步骤S1，在待测接触金属的两端分别接入限流电阻，在所述限流电阻之间通入电压，形成闭合回路。

其中，所述限流电阻的作用是限制所在回路的电流的大小，以防电流过大破坏待测接触金属表面，所述限流电阻可采用现有的限流电阻，具体结构本申请不做具体限定。在两个限流电阻连线之间通入特定电压，该电压应小于待测金属表面氧化膜的击穿值。

本步骤的目的是将待测接触金属的与两个限流电阻连接，然后通入特定电压，使其形成闭合回路，回路中有电流产生，电流将会使待测接触金属的接触部分产生变化的磁场。

步骤S2，在所述接触电阻处放置霍尔元件，利用霍尔元件感应接触电阻的磁场分布，并根据霍尔电压和电流，计算得到接触电阻处的磁场强度。

其中，所述霍尔元件的作用是测量步骤S1中闭合回路通入电压之后接触电阻处产生的磁场，霍尔元件可使用现有的灵敏度较高的霍尔元件，以准确获得接触电阻处的磁场强度。

可选的，所述磁场分布的获取可通过霍尔电压公式变换式得到，即所述根据霍尔电压和电流，计算得到磁场强度，采用以下公式计算：

其中，B为磁场强度，U为霍尔电压，I₁为通过霍尔元件的电流，n为载流子浓度，q电荷电量；d为霍尔元件材料厚度。

其中，霍尔电流可通过测试磁场时施加一定的电流值得到。

步骤S3，根据所述磁场强度以及霍尔元件的参数，得到接触电阻上的电流分布。

本步骤是计算接触电阻上的电流分布，根据安培环路定理在稳恒磁场中，磁感应强度沿任何闭合路径的线积分，等于这闭合路径所包围的各个电流的代数和乘以磁导率，得到接触电阻上的电流分布。

因此，所述根据所述磁场强度以及霍尔元件的参数，得到接触电阻上的电流分布，采用以下公式计算：

其中，I₂为接触电阻上的电流分布，μ₀为磁导率，

为磁感应强度B沿任何闭合路径的线积分，l为接触金属的周长。

步骤S4，当测试接触金属接头之间的接触电阻时，根据输入电压和回路电流获得所述闭合回路的总电阻，并根据所述总电阻以及限流电阻的阻值，计算得到接触电阻。

本步骤中，根据欧姆定律，同一电路中，通过某段导体的电流跟这段导体两端的电压成正比，跟这段导体的电阻成反比，其中，回路电流可根据直接测量得到。因此，所述根据输入电压和回路电流获得所述闭合回路的总电阻，采用以下公式计算：

V＝IR；

其中，V为输入电压，R为闭合回路的总电阻，I为回路电流。

本申请实施例公开了一种金属接触电阻测试方法，所述方法包括：在待测接触金属的两端分别接入限流电阻，通入特定电压，形成闭合回路，在所述接触电阻处放置霍尔元件，利用霍尔元件感应接触电阻处的磁场分布，并根据霍尔电压和电流，计算得到接触电阻的磁场强度；根据所述磁场强度以及霍尔元件的参数，得到接触电阻上的电流分布；当测试接触金属接头之间的接触电阻时，根据输入电压和回路电流获得所述闭合回路的总电阻，并根据所述总电阻以及限流电阻，计算得到接触电阻。

采用前述的方法，可以准确的测试金属接头表面的接触电阻值分布情况，避免了四线法测试方法中接线难、测试准确性差、无法测试接触电阻的分布等缺点，提高金属接触电阻测试准确性。

更进一步地，本申请公开的金属接触测试方法和测试回路结构简单，操作容易，实用性强，为电气设备、元件等的性能及正常工作提供支撑，可广泛应用。

本申请实施例还提供了一种金属接触电阻测试回路，所述测试回路用于实现前述公开的测试方法。参照图3所示，图3是测试待测接触金属的接头之间的一种测试回路，所述测试回路包括：

待测接触金属、第一限流电阻、第二限流电阻、电压发生装置和霍尔元件；

所述待测接触金属之间产生接触电阻，待测金属的两端分别连接第一限流电阻和第二限流电阻，第一限流电阻和第二限流电阻另一端连接至电压发生装置，形成回路；所述电压发生装置用于使回路中产生电流，进而使得接触电阻产生变化的磁场；

所述接触电阻处设置所述霍尔元件，所述霍尔元件的中心正对接触电阻中心，所述霍尔元件用于感应到接触电阻表面的磁场分布。

图3中，V表示输入电压。

对于测试回路实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以各部件的参数以及作用描述的比较简单，相关之处参见方法实施例中的说明即可。

以上的仅是部分接触电阻测试的实施方式及原理，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (5)

1.一种金属接触电阻测试方法，其特征在于，所述金属接触电阻测试方法用于测量接触金属接头之间形成的接触电阻，所述金属接触电阻测试方法包括：

在待测接触金属的两端分别接入限流电阻，在所述限流电阻之间通入电压，形成闭合回路；

在所述接触电阻处放置霍尔元件，利用霍尔元件感应接触电阻的磁场分布，并根据霍尔电压和电流，计算得到接触电阻处的磁场强度；

根据所述磁场强度以及霍尔元件的参数，得到接触电阻上的电流分布；

当测试接触金属接头之间的接触电阻时，根据输入电压和回路电流获得所述闭合回路的总电阻，并根据所述总电阻以及限流电阻的阻值，计算得到接触电阻。

2.根据权利要求1所述的金属接触电阻测试方法，其特征在于，所述根据霍尔电压和电流，计算得到磁场强度，采用以下公式计算：

其中，B为磁场强度，U为霍尔电压，I₁为通过霍尔元件的电流，n为载流子浓度，q电荷电量；d为霍尔元件材料厚度。

3.根据权利要求1或2所述的金属接触电阻测试方法，其特征在于，所述根据所述磁场强度以及霍尔元件的参数，得到接触电阻上的电流分布，采用以下公式计算：

其中，I₂为接触电阻上的电流分布，μ₀为磁导率，

为磁感应强度B沿任何闭合路径的线积分，l为接触金属的周长。

4.根据权利要求3所述的金属接触电阻测试方法，其特征在于，所述根据输入电压和回路电流获得所述闭合回路的总电阻，采用以下公式计算：

V＝IR；

其中，V为输入电压，R为闭合回路的总电阻，I为回路电流。

5.一种金属接触电阻测试回路，其特征在于，所述测试回路用于实现权利要求1-4任一项所述的金属接触电阻测试方法，所述金属接触电阻测试回路包括：

待测接触金属、第一限流电阻、第二限流电阻、电压发生装置和霍尔元件；

所述待测接触金属之间产生接触电阻，待测金属的两端分别连接第一限流电阻和第二限流电阻，第一限流电阻和第二限流电阻另一端连接至电压发生装置，形成回路；所述电压发生装置用于使回路中产生电流，进而使得接触电阻产生变化的磁场；

所述接触电阻处设置所述霍尔元件，所述霍尔元件的中心正对接触电阻中心，所述霍尔元件用于感应到接触电阻表面的磁场分布。

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