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會員注冊飛機上，通常利用機體作為一根供電導線。為了保證飛機的正常供電，要求從機頭到機尾的機體電阻必須小于0.005歐姆，即5毫歐姆，才不至于影響飛機的正常供電。
以往對于特低電阻值的測量通常采用比較的方法，即手動調節電橋平衡，在精密電阻箱上得到讀數，此方法既慢又不準確。即使采用6位半的高精度數字表直接測量電阻，其電阻測量的分辨率也只能達到10毫歐姆。這說明測量機體電阻是一個比較困難的超低阻值測量問題。
2 系統設計與誤差分析
將測試線路及測試儀內部的線路電阻考慮在內時，電阻值的測量范圍要達到100毫歐姆；為了準確測量出機體電阻，分辨率要達到0.1毫歐姆。
從理論上說采用24bit的A/D轉換器，若輸入量程為5V，則分辨率可達：
LSB=5/(224-1)=0.29微伏
即1mA電流流過1毫歐姆電阻產生的1微伏電壓降也能測量出來。但這省略了一個前提：被測量信號的信噪比必須非常高。如果線路的噪聲達到1mV，那么即使1A電流在1毫歐姆電阻上產生的1mV電壓信號也檢測不出來。
根據需要測量的電阻值范圍和對被測量信號信噪比的要求，設計的系統原理結構如圖1所示。
圖1 測試系統原理圖
測試系統的誤差分為量化誤差Δd和模擬誤差Δm兩部分。可表示為：
Δd=A/D轉換器的積分非線性誤差INL+A/D轉換器的微分非線性誤差DNL+量化誤差LSB
Δm=被測量的電阻*比例誤差系數+系統常數誤差十隨機誤差
上式中決定比例誤差系數的主要因素是恒流源精度、各個環節的溫漂和增益誤差等。決定系統常數誤差的主要因素是系統內部線路、測試線路和各個環節的調零。決定隨機誤差的主要因素是隨機接觸電阻、系統噪聲和外部干擾。
3 關鍵電路選型
3.1 低漂移大電流精密恒流源電路
理論和元器件數據資料表明，以齊納二極管為基準的精密電壓參考源的性能優于以能帶為基準的恒流源，因此采用高性能的精密電壓參考源間接得到需要的精密相流源。電路如圖2所示。
圖2 高精密低溫漂恒流源電路
REF102是10V精密電壓參考源，精度為±0.0025V，溫漂為2.5ppm/℃max，可滿足本系統電阻測量的要求。OPA111精密運算放大器作為電壓跟隨器，使得REF102的GND端和放大器的同相端相等，即R*為高精度、低溫漂的精密電阻，則流過RL的電流為精密恒定電流。整個電路等效為恒流源電路。
恒流源擴展電路如圖3所示，運算放大器工作在開環狀態，由于同相端和反相端的壓差幾乎為零，運算放大器的偏置電流可以忽略不計，因此恒流源電流在NR上的壓降與VMOS場效應管的源極電流在R上的壓降必定相等。當選擇
I1=1mA,NR=999R時
則Is=999*I1=999mA
所以I0=I1+Is=1mA+999mA=1.000A
選擇NR、R為高精度低溫漂電阻，OPA602為精密運算放大器，則擴展后輸出的電流是精密恒流源。
3.2 A/D轉換與單片機系統
由于測試量程要達100毫歐、分辨率要小于0.1毫歐，所以A/D轉換器的二進制編碼數至少要達到1000個，相當于10位的A/D轉換器。考慮到噪聲的影響以及A/D轉換器的差分非線性DNL、積分非線性NL和量化誤差LSB，選擇16位的串行接口A/D轉換器ADS7809。設定其輸入量程為10V，則分辨率為0.1525mV。當被測量的電阻最大值為100毫歐，恒流源電流為1A時，被測電阻上的壓降為0.1V。為提高測試的精度，將此信號放大100倍達到10V，則理論上0.1毫歐的電阻可產生10mV的電壓降，A/D轉換后的讀數可達65LSB，可充分保證測量的精度。
圖3 精密擴展恒流源電路
4 關鍵誤差的消除
4.1 硬件濾波電路
由于機體是一個大的導體，其感應的干擾信號很強，機上設備工作時也會產生較大的干擾。而機體電阻是一個比較穩定的值，在恒流源的激勵下產生的電壓信號是比較穩定的信號，理論上近似如直流。因此在將測量信號加到A/D轉換器之前先經過一個有源低通濾波器，設定較低的截止頻率可濾除一切交流干擾。
4.2 軟件濾波
為進一步提高系統抗干擾和噪聲的能力，保證測試的精度，對獲得的測量值進行數字濾波處理，即進行256次測量后取平均值。經過軟、硬件濾波處理后的系統誤差僅僅±1LSB。
4.3 測試連接線及其與機上測試點隨機接觸電阻的消除
恒流源電流流經的系統內部線路電阻和連接飛機的測試導線的導線電阻可達三十幾毫歐，可作為系統常數誤差予以消除。
難以消除的誤差是隨機誤差，來自于測試線路與機上連接點的隨機接觸電阻。每次測量時，擰緊測試線的力度不同、接觸表面的清潔度不同，其接觸電阻完全是隨機的，變化范圍可達幾個毫歐。為此采用如圖4所示的測試連接電路予以消除。
圖4 消除隨機誤差的測試連接圖
測試原理是四線測試法。選擇L1~L4四根導線為相同導線電阻的鍍銀導線。M1、M2為機上測試連接點。在同一個測試點上擰緊兩根測試線，L1和L2，L3和L4。導線的另一端接至測試接線盒的接觸電阻小于0.05毫歐的φ6鍍金接線柱。采用手動連接活動鍍金接線片的辦法，構成三種測試狀態：R+接T1、R―接N1，測量出L1、L2及接觸點M1的接觸電阻；R+接N2、R―接T2，測量出L3、L4及接觸點M2的接觸電阻。將這兩個電阻值取平均值作為測試線路的系統誤差。最后測出R+接N2、R―接N1的電阻值，減去上述測得的測試線路系統誤差，即得到機體電阻值。
5 測試軟件流程圖
如圖5所示，單片機采用查詢方式響應測試鍵控。用4個鍵對應四個測試狀態，且及時顯示測試結果以便于操作者判斷。程序判斷四個電阻測試完后，自動修正各種誤差，顯示并打印出所測得的機體電阻值，并附帶其他信息，以便于保存和驗證。
圖5 鍵控流程圖
6 結論
針對待測電阻和測試線路的特點，設計了超高精度、超低漂移的精密恒流源，巧妙地采用了四線測試法消除了難以克服的隨機接觸電阻的影響，經過元器件的反復選型和測驗，最后達到滿足測試需求的效果。可準確地測出1厘米長的粗導線的導線電阻值。此設備已成功用于飛機機體電阻的測量和大功率開關電器額定功率的檢測。
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