交流可扩展的微电阻测量系统设计

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随着科学技术和工程实际的不断发展,在电气、石化、材料、半导体等行业领域对管道腐蚀测量和检测精度的要求越来越高,但是目前尚缺乏具有普适性的测量和检测方案。针对这一问题,结合对管道腐蚀监测方面数据采集、分析、记录等功能的实际需求,设计了一套可扩展通道的高性能通用型管道腐蚀监测数据采集系统。系统包括硬件电路的具体实现和配套计算机软件的设计开发。设计思路上采用电阻法实现对腐蚀信息的监测。由于传感器采用的是管道金属,整体阻值通常在毫欧级,要实现对阻值变化的较高监测分辨能力,系统的阻值变化分辨灵敏度需要达到微欧级。论文采用交流四线法实现电阻监测测量,涉及的硬件电路包括电源、交流电流源、差分放大电路、峰谷值检测电路以及系统用到的STM32处理器的主控电路和STM32各模块(ADC、DAC、USART等)的外围电路。论文中采用了美国国家仪器公司(NI)的Labview虚拟仪器软件做为计算机端程序开发工具,软件功能包括串口通信、文件IO、数字滤波及阿尔泰采集卡控制程序等。系统的核心设计思想在于选取参比传感器和腐蚀传感器的电阻比值信息对腐蚀情况进行监测,以阻值变化量作为具体评估对象。系统分别采用了提取交流信号峰峰值和对交流信号进行数字化锁定放大处理两种方式进行监测测量。论文中分析了使用系统进行的对传感器温升效应引起的阻值变化进行的监测实验,并对两种监测方式得到的监测结果进行了比对分析。从获得的实验数据看,设计的利用峰峰值做为测量对象得到的结果与基于采集卡的数字化锁定放大方式的到的测量结果在阻值变化分辨能力上基本—致,都能够达到微欧级的分辨能力。但是使用峰峰值采集的方式成本要远低于基于采集卡的测量方式,可以以较低的成本实现管线的多点测量。经试验验证和精度校准,采集系统的阻值变化分辨能力达到了预期值,可以实现对微欧量级电阻变化量的测量和监测。在电力测试、腐蚀监测、材料电学特性检测、金属膜测量等方面有很好的应用前景。
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