高精度直流微電阻測(cè)試儀的研究與開發(fā)-----理論研究
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設(shè)折算到放大電路輸入端的直流誤差信號(hào)為△u：
雖然該直流誤差信號(hào)也會(huì)被放大電路放大，但當(dāng)測(cè)試電流方向發(fā)生變化（倒向）
的時(shí)候，放大后的直流誤差信號(hào)的大小和極性并不會(huì)發(fā)生變化，由此可以將其同待測(cè)信號(hào)區(qū)分開來(lái)18‘，只要進(jìn)行兩次測(cè)量并將結(jié)果相減即可。下面具體說(shuō)明。當(dāng)測(cè)試電流為十Is時(shí)，電流自上而下流過待測(cè)電阻Rx，此時(shí)：
這樣，直流誤差源的影響就被消除了，采用四線制測(cè)量的整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)如圖3所示，其中，四線制測(cè)量方法可以消除導(dǎo)線電阻的影響，電流倒向可以消除折算到
放大電路輸入端的直流誤差信號(hào)
的影響’，。，。2.4電流源選擇
測(cè)量電阻最根本的原理基于歐姆定律，即加電流測(cè)電壓的方法。由于待測(cè)電阻阻值很微弱，測(cè)試電流通過其產(chǎn)生的電壓也必然很微弱，因此，微電阻測(cè)量中電流源的選取是非常重要的。目前工程上通常選用的電流源有兩種，分別是脈沖大電流源和恒流源，它們各有優(yōu)缺點(diǎn)，下面就具體的脈沖電流與恒電流作為電流源的選擇進(jìn)行原理分析和比較。
2.4.1脈沖大電流作為電流源
大電流測(cè)量法是工程上常用的一種測(cè)量微電阻的方法，理論研究表明電阻阻值與電阻溫度、電流通過的時(shí)間的關(guān)系為：
從以上兩式可以看出，電阻的阻值增加與溫度的變化呈線性關(guān)系，而電阻溫度的變化又與通過電阻的電流及時(shí)間有關(guān)。要使大電流通過電阻且使阻值的變化很小，就應(yīng)使用脈沖大電流；利用脈沖大電流法測(cè)量微電阻，電流的大小和脈寬應(yīng)根據(jù)電阻的阻值大小和放大器的性能決定〔‘“。硬件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是控制脈沖時(shí)序，電流源要工作在較大的電流下，電流開啟時(shí)間必須嚴(yán)格控制。一旦出現(xiàn)開啟時(shí)間過長(zhǎng)，就可能造成測(cè)試裝置的損壞或被測(cè)觸點(diǎn)的損壞。同時(shí)，數(shù)據(jù)采集時(shí)序要求嚴(yán)格，應(yīng)在電流源開啟時(shí)間內(nèi)，開啟放大器，在放大器放大倍率調(diào)整穩(wěn)定后，A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣。如果時(shí)序不合適，就會(huì)嚴(yán)重影響精度。顯然，為了提高測(cè)量準(zhǔn)確度，可使用大電流以提高信噪比，但需考慮電阻的負(fù)載效應(yīng)，同時(shí)對(duì)時(shí)序的控制要求也很高。
在微電阻測(cè)量過程中，選擇合適的測(cè)量電流是很重要的，這是因?yàn)楸粶y(cè)電阻的溫度系數(shù)一般都很高，測(cè)量電流過大會(huì)引起導(dǎo)線發(fā)熱產(chǎn)生熱誤差，從而造成測(cè)量值產(chǎn)生偏差。恒流源是一種受環(huán)境影響小、抗噪聲能力強(qiáng)的可靠穩(wěn)定的電流源，在具體的恒電流電路設(shè)計(jì)中應(yīng)進(jìn)行換檔調(diào)電流從而可以測(cè)量不同范圍的微小電阻的阻值。
2.4.2恒流源電路方案
常見的恒流源電路方案有：脈沖調(diào)寬式、線性負(fù)反饋方式等。
脈沖調(diào)寬式恒流源通過改變調(diào)整器的工作脈沖寬度達(dá)到恒流的目的。目前廣泛應(yīng)用于空間技術(shù)、計(jì)算機(jī)、通訊、家電等領(lǐng)域中。這種恒流源調(diào)整器工作在開關(guān)狀態(tài)、功率損耗小、效率高達(dá)70哈95%，但紋波電流大，輻射干擾強(qiáng)、恒流精度低。
線性負(fù)反饋式恒流源通過改變調(diào)整器的工作電壓，使其輸出電流保持恒定，具有失真小、穩(wěn)定度高、紋波小等特點(diǎn)，但功率損耗大、效率較低，主要應(yīng)用于高精度場(chǎng)合。在本課題的研究中，經(jīng)綜合比較，線性負(fù)反饋式恒流源受環(huán)境影響小、抗噪聲能力強(qiáng)、精度高，滿足課題要求，所以采用線性負(fù)反饋式恒流源。
采用線性負(fù)反饋式恒流源測(cè)量微電阻的思路是：恒流源電流通過微電阻，經(jīng)信號(hào)調(diào)理后進(jìn)行信號(hào)采集，然后輸出顯示。由于通常的直流恒流源電流較小，微電阻測(cè)量中的電壓信號(hào)會(huì)淹沒在噪聲中而無(wú)法提取，所以先應(yīng)進(jìn)行恒流源擴(kuò)展，使其大到信號(hào)能提取出來(lái)；接著進(jìn)行信號(hào)調(diào)理中的信號(hào)放大，然后進(jìn)行信號(hào)采集和A/D轉(zhuǎn)換，最后顯示測(cè)量結(jié)果“l(fā)].在下一章節(jié)將會(huì)著重的分析與設(shè)計(jì)測(cè)試儀恒流源的電路。
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