李清，姜學(xué)軍

（沈陽理工大學(xué)，遼寧沈陽110159）

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高壓脈沖法測(cè)量微電阻

李清，姜學(xué)軍

（沈陽理工大學(xué)，遼寧沈陽110159）

通常情況下通過加電流測(cè)電壓的方法進(jìn)行電阻測(cè)量，但是測(cè)試電流過大會(huì)改變被測(cè)電阻的阻值，有些情況下甚至?xí)?duì)被測(cè)電阻造成不可恢復(fù)的損害。本設(shè)計(jì)采用高壓脈沖放電技術(shù)測(cè)量，利用瞬間擊穿電壓產(chǎn)生的波形分析并計(jì)算微電阻阻值，可以有效地避免對(duì)被測(cè)電阻造成的損害。

高壓脈沖；微電阻；測(cè)量

引言

在工程實(shí)踐中經(jīng)常會(huì)遇到對(duì)某些微小電阻進(jìn)行測(cè)量以檢測(cè)設(shè)備的質(zhì)量與性能的情況。比如檢測(cè)變壓器繞組的接觸電阻，當(dāng)接觸電阻為100Ω，流過的電流為100 A時(shí)，其損耗的功率會(huì)高達(dá)10W。微電阻的測(cè)量還用在眾多工業(yè)領(lǐng)域。一般的測(cè)量工具，如普通的萬用表其測(cè)量精度對(duì)于10Ω～100MΩ的電阻來說還是可以的，但用它測(cè)1Ω以下的電阻效果就很不理想。對(duì)于微電阻測(cè)量，是不能容忍這樣的誤差的。所以，微電阻測(cè)量的設(shè)計(jì)一定要充分考慮導(dǎo)線電阻和接觸電阻。被測(cè)電阻發(fā)熱的問題通常可以通過采用脈沖電流或減小測(cè)試電流的方式得到合理解決。

1　高壓脈沖技術(shù)

高壓脈沖技術(shù)是一種新興的技術(shù)，其工作原理是在時(shí)間維度上對(duì)脈沖能量進(jìn)行壓縮。大電流、高功率、高電壓的脈沖放電研究中都用到這個(gè)原理［1］。目前正在逐步向采礦、醫(yī)療、環(huán)保等眾多民用工業(yè)領(lǐng)域不斷發(fā)展［2］。本實(shí)驗(yàn)微電阻測(cè)量的具體實(shí)現(xiàn)設(shè)備為MARX發(fā)生器，它主要包括電容器、隔離電感和火花隙開關(guān)、隔離氣室及放置絕緣模塊和不銹鋼外殼三部分。下圖為其具體的工作電路：1）A側(cè)為負(fù)、B側(cè)為正時(shí)，二極管D1處于導(dǎo)通狀態(tài)、二極管D2處于截止?fàn)顟B(tài)，定義為負(fù)半周。電源經(jīng)二極管D1向電容器C1進(jìn)行充電，理論上不考慮干擾因素時(shí)，該半周內(nèi)，二極管D1可視為短路，將電容器C1充電到Vm，對(duì)應(yīng)的電流路徑及電容器C1的電路圖如圖1-1所示。2）A側(cè)為正、B側(cè)為負(fù)時(shí)，二極管D1處于截止?fàn)顟B(tài)、二極管D2處于導(dǎo)通狀態(tài)，電源經(jīng)電容器C1、二極管D1向電容器C2進(jìn)行充電，這時(shí)電容器C1的Vm加上二次側(cè)的Vm使電容器C2充電至最高值2 Vm，對(duì)應(yīng)的電流路徑及電容器C2的電路圖如圖1-2所示。

圖1　電容器電路圖

由于不可忽略的干擾電容器C2的電壓實(shí)際上無法在一個(gè)半周內(nèi)即充到2 Vm，只有在連續(xù)幾周充電后才會(huì)漸漸趨近于2 Vm，下面的電路說明同樣做這樣的假設(shè)以方便解釋說明。當(dāng)沒有變壓器的電源供應(yīng)器中使用半波倍壓器時(shí)，需要給電容器C1串聯(lián)一個(gè)限流電阻，目的是保護(hù)二極管不受剛開始充電時(shí)電源的涌流損害。當(dāng)在倍壓器的輸出并聯(lián)有一個(gè)負(fù)載的話，電容器C2上的電壓會(huì)在輸入處負(fù)的半周內(nèi)降低，在正半周內(nèi)被充到2 Vm。

2　微電阻測(cè)量

微電阻測(cè)量原理如下：電容器長時(shí)間充電，把電能儲(chǔ)存在電容器中，然后使電容器短時(shí)間放電，使負(fù)載得到很大的功率。實(shí)驗(yàn)裝置包括兩部分：一是由變壓器、調(diào)壓器、整流器、限流電阻和儲(chǔ)能電容組成的充電電路；一是由儲(chǔ)能電容，隔離間隙，傳輸線和負(fù)載組成的放電回路［3］。

2.1高壓脈沖測(cè)量微電阻

標(biāo)注數(shù)據(jù)說明：T為電流和電壓的周期時(shí)間；t為電流和電壓波分差。t1為電壓峰值左過零時(shí)間；t2為電流峰值左過零時(shí)間；t3為電壓峰值；T4為電流峰值；t5為電壓峰值右過零點(diǎn)時(shí)間；t6為電流峰值右過零點(diǎn)時(shí)間；t7為下一周期電壓峰值左過零時(shí)間；t8為下一周期電流峰值左過零時(shí)間；

波形處理：如圖2淺色波形為電壓波形，深色波形為電流波形，它們都帶明顯的毛刺兒，其主頻為250 kHz，用ORIGIN軟件進(jìn)行500 kHz低通濾波處理，得到平滑的波形。然后提取其每個(gè)周期電壓電流峰值，峰值時(shí)間及過零時(shí)間，如圖2所標(biāo)注的特征點(diǎn)。

圖2　檢測(cè)實(shí)驗(yàn)所得波形

2.2仿真結(jié)果

用MATLAB仿真軟件仿真設(shè)置對(duì)應(yīng)參數(shù)后，仿真結(jié)果顯示所測(cè)微電阻為4.05μΩ。

3　結(jié)語

實(shí)測(cè)夾具引起的最大電阻值18.734 1μΩ，最小電阻值13.619 6μΩ，平均值16.613 6μΩ；仿真計(jì)算得到夾具等其他電阻約4.054 9μΩ；焊縫電阻最大約18.734 1μΩ-4.054 9μΩ=14.679 2μΩ，最小約13.619 6μΩ-4.054 9μΩ=9.564 7μΩ，平均值約16.613 6μΩ-4.054 9μΩ=12.558 7μΩ。焊縫電阻值在12.558 7μΩ到9.564 7μΩ之間。

［1］鄧漫齡.ARM嵌入式Linux系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)［D］.北京：北京郵電大學(xué)，2009.

［2］劉衛(wèi).基于ARM架構(gòu)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)設(shè)計(jì)和應(yīng)用研究［D］.長沙：湖南大學(xué)，2008.

［3］徐學(xué)奎.微電阻直流雙電橋測(cè)量方法研究［J］.電子質(zhì)量，2006（8）: 5-7.

（編輯：王璐）

High Voltage Pulse Measurement Microresistivity

Li Qing，Jiang Xuejun
（Shenyang Ligong University，Shenyang Liaoning 110159）

Through the method of voltage and current measuring resistance measurements were performed，the test current congress to change the resistance value of a resistance to be measured and in some cases even cause unrecoverable damage resistance to be measured.This design by high voltage pulsed discharge measurement technology，produced by the instantaneous breakdown voltage waveform analysis and calculation of the micro resistance，can do it well.

High voltage pulse，Micro resistance measuring

TM934

A

2095-0748（2015）23-0078-02

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2015.23.35

2015-10-29

李清（1990—），女，山西榆社人，在讀研究生，就讀于沈陽理工大學(xué)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)專業(yè)。