高壓脈沖法測量微電阻

李清，姜學軍

（沈陽理工大學，遼寧沈陽110159）

?

高壓脈沖法測量微電阻

李清，姜學軍

（沈陽理工大學，遼寧沈陽110159）

通常情況下通過加電流測電壓的方法進行電阻測量，但是測試電流過大會改變被測電阻的阻值，有些情況下甚至會對被測電阻造成不可恢復的損害。本設計采用高壓脈沖放電技術測量，利用瞬間擊穿電壓產生的波形分析并計算微電阻阻值，可以有效地避免對被測電阻造成的損害。

高壓脈沖；微電阻；測量

引言

在工程實踐中經常會遇到對某些微小電阻進行測量以檢測設備的質量與性能的情況。比如檢測變壓器繞組的接觸電阻，當接觸電阻為100Ω，流過的電流為100 A時，其損耗的功率會高達10W。微電阻的測量還用在眾多工業領域。一般的測量工具，如普通的萬用表其測量精度對于10Ω～100MΩ的電阻來說還是可以的，但用它測1Ω以下的電阻效果就很不理想。對于微電阻測量，是不能容忍這樣的誤差的。所以，微電阻測量的設計一定要充分考慮導線電阻和接觸電阻。被測電阻發熱的問題通常可以通過采用脈沖電流或減小測試電流的方式得到合理解決。

1　高壓脈沖技術

高壓脈沖技術是一種新興的技術，其工作原理是在時間維度上對脈沖能量進行壓縮。大電流、高功率、高電壓的脈沖放電研究中都用到這個原理［1］。目前正在逐步向采礦、醫療、環保等眾多民用工業領域不斷發展［2］。本實驗微電阻測量的具體實現設備為MARX發生器，它主要包括電容器、隔離電感和火花隙開關、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側為負、B側為正時，二極管D1處于導通狀態、二極管D2處于截止狀態，定義為負半周。電源經二極管D1向電容器C1進行充電，理論上不考慮干擾因素時，該半周內，二極管D1可視為短路，將電容器C1充電到Vm，對應的電流路徑及電容器C1的電路圖如圖1-1所示。2）A側為正、B側為負時，二極管D1處于截止狀態、二極管D2處于導通狀態，電源經電容器C1、二極管D1向電容器C2進行充電，這時電容器C1的Vm加上二次側的Vm使電容器C2充電至最高值2 Vm，對應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的電壓實際上無法在一個半周內即充到2 Vm，只有在連續幾周充電后才會漸漸趨近于2 Vm，下面的電路說明同樣做這樣的假設以方便解釋說明。當沒有變壓器的電源供應器中使用半波倍壓器時，需要給電容器C1串聯一個限流電阻，目的是保護二極管不受剛開始充電時電源的涌流損害。當在倍壓器的輸出并聯有一個負載的話，電容器C2上的電壓會在輸入處負的半周內降低，在正半周內被充到2 Vm。

2　微電阻測量

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

2.1高壓脈沖測量微電阻

標注數據說明：T為電流和電壓的周期時間；t為電流和電壓波分差。t1為電壓峰值左過零時間；t2為電流峰值左過零時間；t3為電壓峰值；T4為電流峰值；t5為電壓峰值右過零點時間；t6為電流峰值右過零點時間；t7為下一周期電壓峰值左過零時間；t8為下一周期電流峰值左過零時間；

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軟件進行500 kHz低通濾波處理，得到平滑的波形。然后提取其每個周期電壓電流峰值，峰值時間及過零時間，如圖2所標注的特征點。

圖2　檢測實驗所得波形

2.2仿真結果

用MATLAB仿真軟件仿真設置對應參數后，仿真結果顯示所測微電阻為4.05μΩ。

3　結語

實測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系統的研究與實現［D］.北京：北京郵電大學，2009.

［2］劉衛.基于ARM架構的嵌入式系統開發平臺設計和應用研究［D］.長沙：湖南大學，2008.

［3］徐學奎.微電阻直流雙電橋測量方法研究［J］.電子質量，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計算機系統結構專業。