前言：中文期刊網精心挑選了電阻測量論文范文供你參考和學習，希望我們的參考范文能激發你的文章創作靈感，歡迎閱讀。

電阻測量論文范文1

論文關鍵詞：電表，反常規用法

 

電表的反常規用法是近幾年高考的熱點問題，相對學生來講也恰恰是一個難點問題。電表的反常規用法一般有這么兩種設計方案，其一就是用電流表來測電壓，題目里往往把已知確定阻值的電流表當作電壓表使用或把一個電流表和一個定值電阻改裝為電壓表適用；其二就是用電壓表來測電流，解題時需要把確定阻值的電壓表當作電流表使用。

例1、現有一塊靈敏電流表 ，量程為200，內阻約為1000，要精確測出其內阻R1教育學論文教育論文，提供的器材有：

電流表 (量程為1mA，內阻R2=50)；電壓表(量程為3V，內阻RV約為3k)；

滑動變阻器R(阻值范圍為0~20)；定值電阻R0(阻值R0=100)；

電源E(電動勢約為4.5V，內阻很小)；單刀單擲開關S一個，導線若干。

(1)請將上述器材全部用上，設計出合理的便于多次測量的實驗電路圖，并保證各電表的示數超過其量程的1/3，將電路圖畫在圖示的虛框內。

(2)在所測量的數據中選一組，用測量量和已知量來計算 表的內阻，表達式為R1=I2(R0+R2)/I1，表達式中各符號表示的意義是I1表示 表的示數，I2表示表的示數，R2表示 表的內阻，R0表示定值電阻的阻值畢業論文開題報告。

解析：此題目的本意是要考查學生對伏安法測電阻原理的掌握情況，但是該題目中所給出的電壓表量程過大，只能用于保護電路使用。因此沒有合適的電壓表可以直接利用教育學論文教育論文，這時候我們必須依照伏安法測電阻的基本原理做出適當的改進，將電流表 和定值電阻R0改裝成電壓表，題目就迎刃而解了。

例2、從下面所給出的器材中選出適當的實驗器材，設計一電路來測量電流表A1的內阻r1。要求方法簡捷，有盡可能高的測量精度，并能測得多組數據。

電流表A1(量程100mA，內阻r1約40，待測)

電流表A2(量程50，內阻r2=750)； 電壓表V(量程10V，內阻r3=10k)；

電阻R1(阻值約100，作保護電阻用)； 滑動變阻器R2(總阻值約50)

電源E(電動勢1.5V，內阻很小)；電鍵S，導線若干

(1)在虛線方框中畫出電路圖，標明所用器材的代號。

(2)若選測量數據中的一組來計算r1，寫出所用的表達式并注明式中各符號的意義。

r1=r2I2/ I1 其中I1和I2分別表示A1和 A2的電流。

解析：本題給出了電壓表和電流表，若采用下圖所示的電路進行測量時教育學論文教育論文，電壓表的示數不到滿量程的1/20，測量值不準確，因為電表的示數沒有接近量程的一半或一半以上。

因此，用上圖所示的電路不能較準確的測量A1的內阻。這時候我們可以把已知電阻的電流表A2當做電壓表來使用，電流表A2兩端的電壓可以由其示數和內阻推算出來，A2兩端的電壓也就是A1兩端的電壓，這樣就可以較準確的測量出A1的內阻了畢業論文開題報告。

例3、使用以下器材測量一待測電阻Rx的阻值(900-1000)。電源E，具有一定內阻，電動勢約為9.0V；電壓表V1，量程為1.5V，內阻r1=750；電壓表V2，量程為5V，內阻r2=2500；滑動變阻器R，最大阻值約為100；單刀單擲開關K，導線若干。

(1)測量中要求電壓表的讀數不小于其量程的1/3,試畫出測量電阻Rx的一種實驗電路原理圖。

或

(2)若電壓表V1的讀數用U1表示，電壓表V2的讀數用U2表示教育學論文教育論文，則由已知量和測得量表示Rx的公式為Rx= U1r1 r2/( U2 r1—U1 r2)或(U2—U1 )r1/U1

解析：該題目還是測未知電阻Rx的阻值的，顯然本題目并沒有給出電流表，我們不難發現本題里面已知兩個電壓表，而且電壓表的內阻都是已知的，用電壓表的讀數除以本身的內阻就可得到通過自身的電流了，因此，我們完全可以把電壓表當電流表來使用。

總而言之，類似的實驗都是考查伏安法測電阻的基本原理，只要實驗目的明確，充分利用題目所給出的器材，不難找出解題思路。

（作者信息：吳志民 1980.06 男 漢 甘肅 中學一級 理學學士 課堂教學及課堂互動研究）

電阻測量論文范文2

關鍵詞：壓力傳感器，薄膜，敏感柵

 

隨著社會的發展，信息處理技術、微處理器和計算機技術的快速發展和廣泛應用，都需要在傳感器的開發方面有相應的進展。現在非電物理量的測試與控制技術，已越來越廣泛地應用于航天、航空、常規武器、船舶、交通運輸、冶金、機械制造、化工、輕工、生物醫學工程、自動檢測與計量、稱重等技術領域[1]，而且也正在逐步引入人們的日常生活中。免費論文參考網。可以說測試技術與自動控制技術水平的高低，是衡量一個國家科學技術現代化程度的重要標志。傳感器是信息采集系統的感應單元，所以，它是自動化系統和控制設備的關鍵部件，作為系統中的一個結構組成，在科技、生產自動化領域中的作用越來越重要[2]。

傳感器亦稱換能器，是將各種非電量（包括物理量，化學量，生物學量等）按一定的規律轉換成便于處理和傳輸的另外一種物理量（一般為電量、磁量等）的裝置[3]，它能把某種形式的能量轉換成另一種形式的能量。傳感器一般由敏感元件、傳感元件和測量電路3部分組成，有時還需加上輔助電源。免費論文參考網。其原理如圖1所示。

其中：①敏感元件直接感受被測物理量，如在應變式傳感器中為彈性元件；②傳感元件將感受到的非電量直接轉換成電量，是轉換元件，如固態壓阻式壓力傳感器；③測量電路是將傳感元件輸出的電信號轉換為便于顯示、控制和處理的有用電信號的電路，使用較多的是電橋電路。由于傳感器元件輸出的信號一般較小，大多數的測量電路還包括放大電路，有的還包括顯示器，直接在傳感器上顯示出所測量的物理量；④輔助電源是供給傳感元件和測量電路工作電壓和電流的器件。

國際電工委員會IEC則將傳感器定義為測量系統中的一種前置部件，它將輸入變量轉換成可供測量的信號[4]。傳感器是傳感器系統的一個組成部分，是被測量信號輸入的第一道關口。對傳感器在技術方面有一定的要求，而同時亦要考慮盡可能低的零點漂移、溫度漂移及蠕變等[5]。近年來，傳感器有向小型化、集成化、智能化、系列化 、標準化方向發展的趨勢[6]。

電阻式傳感器的工作原理是將被測的非電量轉換成電阻值，通過測量此電阻值達到測量非電量的目的。這類傳感器大致分為兩類：電阻應變式和電位計式。利用電阻式傳感器可以測量形變、壓力、力、位移、加速度和溫度等非電量參數。

壓力傳感器是將壓力這個物理量轉換成電信號的一種電阻應變式傳感器。傳統的電阻應變式壓力傳感器是一種由敏感柵和彈性敏感元件組合起來的傳感器[7]。如圖2所示，將應變片用粘合劑粘貼在彈性敏感元件上，當彈性敏感元件受到外施壓力作用時，彈性敏感元件將產生應變，電阻應變片將它們轉換成電阻變化，再通過電橋電路及補償電路輸出電信號。它是目前應用較多的壓力傳感器之一，因具有結構簡單、使用方便、測量速度快等特點而廣泛應用于航空、機械、電力、化工、建筑、醫學等諸多領域。

傳統的電阻應變式壓力傳感器的電阻敏感柵是刻錄在一層絕緣脂薄膜上，而薄膜又通過粘結劑粘合到彈性基片上，由于彈性元件與粘結劑及絕緣脂膜之間的彈性模量不同，彈性元件的應變不能直接傳遞給敏感柵，而是要通過粘結劑、絕緣脂膜才能到達敏感柵，從而產生較大的蠕變和滯后，影響傳感器的靈敏度、響應度、線性度等性能。另外，由于粘結劑不能在高溫條件下使用，這也使它的應用范圍受到限制。

為了消除絕緣薄膜層和粘結劑層對傳感器性能的影響，可以嘗試采用真空鍍膜方法及光刻技術，在彈性元件上直接刻錄敏感柵，彈性元件與敏感柵直接接觸，以克服常規工藝導致的滯后和蠕變大的缺陷。另外，如果彈性材料和結構選擇恰當，還可制成耐高溫、耐腐蝕的全隔膜式薄膜壓力傳感器。

一、器件研制

采用真空鍍膜技術在彈性基片上蒸鍍一層約300nm金屬柵材料的薄膜，用半導體光刻技術，在彈性基片上直接形成電阻敏感柵，最后利用耐高溫、耐酸堿腐蝕的環氧樹脂粘結劑，將制作好的芯片封裝在工件中，組成壓力傳感器探頭。經過熱老化、電老化，待封裝應力趨于穩定后，進行電性能測試。

在制作薄膜電阻應變式壓力傳感器中，采用的工藝流程如圖3所示。

電阻測量論文范文3

關鍵詞：單片機；交流阻抗特性；等效電路參數

中圖分類號：TP216 文獻標識碼 A   本文由wWW. DyLw.NeT提供，第一 論 文 網專業寫作教育教學論文和畢業論文以及服務，歡迎光臨DyLW.neT

Design of Equivalent Circuit Parameter Analyzer for

Two Port Passive Circuit

TANG Zhengming1 ， ZHANG Sanmei2 ， Zeng Jing1

（1 School of Electronic Information and Engineering， China West Normal University， Nanchong Sichuan 637009，China；

2 Experiment Center， China West Normal University， Nanchong Sichuan 637009， China）

Abstract： Equivalent circuit parameter is very important for the process of circuit analysis and design. Based on the refined numerical algorithm of AC impedance， a digital equivalent circuit parameter analyzer is designed. In this system， MCU is used to control frequency synthesizer to generate excitation signal. By adjusting the capacitance and current trends ， the load impedance characteristic is determined. Finally， the AC impedance and equivalent circuit parameter are displayed， which can be obtained under different operating frequency.

Keywords： MCU； AC Impedance Characteristics； Equivalent Circuit Parameters

0引 言

電路交流阻抗隨信號源的頻率變化，其具體表現為一定電阻R、電容C和電感L的串聯、并聯或混聯在給定信號頻率下所得到的等效阻抗。頻率相對較高時，電路還可能產生相對較大的寄生電容、電感，從而出現寄生阻抗。如何快捷準確地獲取電路在不同工作頻率下的等效電路參數，對電路的分析與設計來說有著特殊重要的現實意義[1]。

已有的交流參數測試儀，其測量對象主要鎖定在對交流電路頻率、有效值、功率，或者單個元件阻值、電感量、電容量的測試，而對交流阻抗的智能化測量的探討研究仍舊較少，且未曾涉及到負載為黑盒子電路（其可能為RLC元件，某用電器或電路模塊，以下統稱為負載電路）的等效參數測量[2-6]。本設計所實現的電路交流等效電參數分析儀的核心即為交流阻抗特性分析，通過采用單片機產生激勵信號，能分析出給定工作頻率下負載電路的交流阻抗特性，并進一步得到其等效電路參數。

1硬件電路

系統原理框圖如圖1所示。主要電路模塊包括單片機（MCU）、放大電路、整流濾波電路、含雙可調電容的RC振蕩器等[7-8]。

圖1 等效電參數分析儀原理圖

Fig.1 Schematic diagram of equivalent circuit parameter analyzer

MCU的型號為MSP430F169。放大電路用于將采集到的弱信號放大，再送入整流濾波電路，便于單片機（MCU）接收識別，放大電路型號為AD620。整流濾波電路，用于將采樣信號轉化為單向脈動波并濾除附帶產生的雜波信號，使有用信號免受干擾，易于下一級電路的操作處理。可變電容C結合555定時電路模塊構成RC振蕩器，所產生的信號頻率送入單片機識別，進而確定出接入電路的電容值。其中，可調電容C與電路的連接通過開關控制，該可調電容C為特制的雙可調電容（構成RC振蕩器的電容與接入測量電路的電容相同，并由同一旋鈕控制調節），這樣，可在隔離電路影響的情況下，獲得接入電路電容的精確值。 為定值電阻，主要起限流作用，如當電路串聯諧振時，使電路電流不至于過大，損壞儀器。 為采樣電阻，為小阻值錳銅電阻，用于將負載電流轉換為電壓信號，再送入放大電路。 為負載電路。

2算法設計

根據有效值、功率因素的計算結果[9]，可得到電路總阻抗

（1）

其中， 、 、 分別表示電路電壓有效值、電流有效值、功率因素。 的正負與負載的特性有關，若負載為非電容性；則 ，若負載為非電感性則 。令 ，則有

（2）

系統采用調節可變電容C并結合單片機采集到的電流大小變化情況的方法，確定（2）中的正負符號，即實現負載阻抗特性的判定。由于可調電容與被測負載并聯，設被測負載的電導和電納分別為 和 ， 可調電容電納為 ，其等效電路如圖2所示。

圖2 阻抗特性的判斷原理圖

Fig.2 Schematic diagram for the judgement of impedance characteristic當端電壓有效值恒定時，電流有效值

（3）

即： （4）

可見，當 與 同號，即被測負載為電容性時，電容增大，電流 單調上升；而當 與 異號，即被測負載為電感性負載時，電容增大，電流 將先減小而后增大。因此，單片機可根據電容調節過程中采集到電流變化情況，判斷出負載的阻抗特性。在此基礎上，設負載 的等效阻抗為 ，由于測量電路為可調電容C與負載 并聯，然后再與定值電阻 串聯，根據電路串并聯關系，則有：

（5）

聯立（1）-（2）和（5），在已判斷得到負載的特性的情況下，便可以解出 中的電阻R和電抗X。結合頻率值即可得

（6）

（7）

因此，對于給定負載（如某單元電路），該測試儀能夠獲得給定工作頻率下的交流等效電路參數，便于電路的分析與設計。

3 系統測試

系統設計完成后，通過鍵盤設定激勵信號幅值和頻率，調節電容旋鈕，即可讀出負載的等效電路參數。首先測試并選取了三個R、L、C電路元件，其參數值分別為10，10mH，1uF。再將電路元件安插在萬用板上，借助萬用板連接線使其形成簡單的串聯電路和并聯電路，并同時具有典型的二端口結構，然后分別測試了信號頻率為1KHz時，負載的等效電路參數。用 Idealization（I）和Test （T）分別表示理論值和測量值，結果如表1所示。

表1 測試結果

Tab.1 Test results

電阻（） 電感（mH） 電容（uF） 串聯（；uF） 并聯（，mH）

I T I T I T I T I T

10 10.02 10 10.33 1 0.97 10 ； 1.65 9.97；1.59 9.91；0.15 10.04；0.23

測量 結果表明，在1KHz頻率下，所搭建的串聯電路具有阻容特性，而并聯電路具有阻感特性。等效電路參數測量結果與理論值存在一定差異的可能原因主要在于：除工藝等因素外，導線等所引入的分布阻抗。

4 結束語

本文設計了一種電路交流等效電參數分析儀，可用于完成無源二端口電路的等效電參數測量。在測量交流等效參數時（特別在用作RLC測試儀的情況下），若測量頻率較高，分布參數影響將較為顯著，對低標稱值元件的測量尤為不利。如何減小分布參數對測量結果的影響，還有待進一步研究。

參考文獻：

[1]陳鵬，李固，邊雁，等.采用RLC激勵的EMAT圓柱探頭設計參數分析[J].傳感器與微系統2012，31（2）：77-80.   本文由wWW. DyLw.NeT提供，第一 論 文 網專業寫作教育教學論文和畢業論文以及服務，歡迎光臨DyLW.neT

[2]王秀霞 電阻電容電感測試儀的設計與制作[J].電子技術，2012，30（2）：47-49.

[3]任斌， 余成， 陳衛等.基于頻率法和 MCU 的智能 RLC測量儀研制[J].微計算機信息，2007，23（10）：129-130.

[4]陳小橋，黃恩民，張雪濱，等.基于單片機與 AD9851 的信號發生器[J].實驗室研究與探索2011，30（8）：98-102.

電阻測量論文范文4

論文關鍵詞：實驗，教學，評估

 

《物理課程標準》大力倡導探究性教學，因此新課改教材中安排了許多探究實驗。筆者發現在實際的探究過程中，相當一部分教師只重視實驗過程和實驗結論的得出，而忽視了“評估”環節。致使實驗不夠完善且嚴重束縛了學生的批判性思維和創新思維的發展。其實評估就是對探究行為和獲取信息的可靠性、科學性從更嚴密的角度反思的過程，是不可缺少的探究要素。下面以“探究實驗”為例談一下實驗教學中“評估”的作用：

一、評估實驗設計，優化實驗方案

在設計實驗的過程中，為了達到實驗目的，可有不同的實驗方案。由于實驗儀器精確度不同或實驗方法不同導致實驗誤差也不同。為了使實驗結果更精確，在實驗過程中應引導學生評估實驗方案，比較每一種方案的優劣，使實驗方案達到最優化。例如：在探究“用天平和量筒測鹽水密度”的實驗中，學生設計了多種實驗方案，典型的有如下三種：

方案一：①用天平稱出空燒杯的質量m1；②將鹽水倒入燒杯中，用天平測出燒杯和鹽水的總質量m2；③將燒杯中的鹽水全部倒入量筒中，測出鹽水的體積V；④求出鹽水的密度ρ=（m2-m1）／V。

方案二：①用天平稱出空燒杯的質量m1；②將適量鹽水倒入量筒中，測出鹽水的V；③將量筒中的鹽水全部倒入燒杯中，用天平測出燒杯和鹽水的總質量m2；④求出鹽水的密度ρ=（m2-m1）／V。

方案三：①將鹽水倒入燒杯中，用天平測出燒杯和鹽水的總質量m1；②將部分鹽水倒入量筒中，用天平測出燒杯和剩余鹽水的總質量m2，同時測出倒出鹽水的體積V；③求出鹽水的密度ρ=（m1-m2）／V。

上述三個實驗方案測量結果的精確度是不同的，方案一中向量筒中倒鹽水不可能將鹽水全部倒盡，燒杯內壁要殘留一些鹽水，使測量的鹽水體積偏小，密度偏大；方案二中向燒杯中倒鹽水不可能將鹽水全部倒盡初中物理論文，量筒內壁要殘留一些鹽水，使測量的鹽水質量偏小，密度偏小；方案三則不存在前兩種方案的弊端，測量結果更接近真實值。

二、評估操作細節，改進操作方法

在進行探究實驗的過程中，學生的操作過程并不是那么順利，有的小組由于操作方法不當，而有的小組由于實驗操作技能差，不能成功的完成實驗。通過對實驗操作細節進行評估，可提高學生實驗操作技能，確保實驗成功。

例如：在探究“摩擦力大小與哪些因素有關”的實驗中，在分析數據時發現各小組實驗數據差異較大。此時積極引導學生評估并改進實驗操作：實驗時彈簧測力計不易保持勻速，運動中的彈簧測力計也不易讀數。進一步引導學生改進：把彈簧測力計用手拉的那端固定在一固定處，人的拉力作用在木塊下端的木板上，當拉動下端的木板運動時，上端的木塊相對下端的木板發生相對運動，木塊受到木板施加的滑動摩擦力。而木塊所受到的滑動摩擦力的大小與木板的運動速度并沒有關系，只要木塊相對木板有發生相對運動，木塊所受的即為滑動摩擦力。根據二力平衡可知，彈簧測力計的示數等于木塊所受的滑動摩擦力的大小論文服務。實驗中彈簧測力計是靜止的也容易讀數，實驗誤差小。

三、評估實驗現象（數據），規范操作習慣

在探究實驗時可能有一些意外的實驗現象（數據）被學生觀察到，教師應及時引導學生評估實驗現象（數據），加深學生對實驗規范的認識，甚至獲取意外的收獲，使實驗得到深化。例如：在“用電流表測電流”的實驗中，某同學按電路圖接好電路，閉合開關后，發現電流表A1的示數比電流表A2的示數要大一些。于是他認為：當電流通過燈泡時，由于燈泡要消耗電能，所以電流在流動過程中將逐漸變小。　實際上，電流表的示數不同，可能有多種原因，如電流表使用了不同量程、電流表在接入電路之前沒有調零等情況有關。這就需要我們根據實驗現象，及時的審視我們的操作規范和操作習慣，得到真正有效的數據。

四、評估實驗結論，提高歸納能力

由于學生自身學業水平的不足和對實驗方法的掌握不熟練，學生通過對記錄表中數據的計算、分析、比較后得到的結論， 往往具有片面性甚至是錯誤的，這就需要我們對實驗結論進行評估，以得到具有普遍性的規律和結論，并逐步提高學生的歸納能力。

例如某小組探究“杠桿的平衡條件”所記錄的數據，發現動力與動力臂的和等于阻力與阻力臂的和，由此他得出杠桿的平衡條件是：動力+動力臂＝阻力+阻力臂， 實驗數據本身沒有問題，結論的數學關系也成立。但是物理意義不成立，兩個不同的物理量不能夠直接相加。造成學生誤解的原因是利用特殊的數據得出了特殊的數學關系，實驗數據應該充分考慮到特殊性和一般性初中物理論文，試驗的時候，要盡量利用一般的數據進行測量，以便得到正確的實驗結論，特殊的實驗數據有助于對問題的理解，但不能對于特殊數據依賴。

五、評估實驗功能，拓展思維空間

為了達到某一實驗目的，我們都設計相應的實驗來進行。如果我們用逆向思維來思考，是不是同一實驗可以達到多個實驗目的，使實驗潛能得到最大限度的發揮，同時也拓展了學生的思維空間。例如：探究“用電壓表和電流表測小燈泡電阻”的實驗，實驗中需測出小燈泡兩端的電壓和通過小燈泡的電流，然后利用公式R=U／I求出電阻，最后取多次測量的平均值。但根據公式P=UI，上述實驗測出來的物理量也可測小燈泡的電功率，只不過應調節變阻器使小燈泡兩端電壓低于額定電壓、等于額定電壓、高于額定電壓，測量結果不取多次測量的平均值。細心的同學不知是否還發現，每次求出的小燈泡的電阻值是不同的，且小燈泡越亮電阻值越大。這說明小燈泡電阻與溫度有關，溫度越高，電阻越大，可見此實驗還可研究電阻與溫度的關系，真可謂一舉三得。

綜上所述，在實驗教學中積極引導學生評估，能極大地提高學生的探究能力，對于深化實驗、完善實驗、拓展實驗有著重要作用。今后我們將更加努力地創新實驗教學，為物理教學改革貢獻自己的一份微薄之力。

電阻測量論文范文5

關鍵詞：電流檢測、羅氏線圈、通斷試驗

中圖分類號：TM152文獻標識碼： A

研究現狀

近年來，我國低壓電器行業出現了巨大的變化，低壓電器的檢測技術也隨之被推向了快速發展的階段。這就對試驗檢測設備的試驗和測量速度、精度都提出了更高的要求。傳統的試驗方式中，電流檢測裝置主要采用帶有鐵心的電磁式電流互感器，其體積大、頻帶窄、防爆絕緣困難，且在大電流下鐵心磁路易飽和，對測量結果產生較大的誤差[1]。而近年來，隨著電氣技術和計算機技術的普遍應用，國內外普遍采用了精度更高、更為可靠的數據測量，其中優勢比較明顯的就是運用羅柯夫斯基線圈(Rogowski線圈，以下簡稱羅氏線圈)技術的測量方式[2]。

羅氏線圈作為電流傳感元件，具有測試頻帶寬、無磁飽和、結構簡單等一系列優點，成為測量脈沖電流的理想元件[3]。本文首先闡述了羅氏線圈結構特點，通過感應電勢、電磁等參數推導，得出羅氏線圈等效電路計算方法，從而得出羅氏線圈的基本設計流程，設計出滿足低壓電通斷試器驗要求的羅氏線圈。

1 羅氏線圈的結構特點

羅氏線圈的骨架芯由非磁性材料制成，截面均勻并具有環形結構，在制作羅氏線圈時，線圈沿骨架芯均勻緊密纏繞足夠匝數后，再在線圈的末端接上終端電阻，用Rs表示。羅氏線圈的另一特點即“回繞”結構，也就是當線圈沿著閉合曲面環繞到終點后，需要回繞至起點。

如果用于測量大電流，羅氏線圈通常選用空心骨架芯，而如果測量一個小的穩態電流時，則骨架芯通常會選擇鐵磁材料，目的是使感應信號的強度增強。這種“回繞”的結構是羅氏線圈的關鍵特征，在實際使用中，我們應根據羅氏線圈所要測量的目標和工作場所來確定骨架芯選用何種材料[4]。

2羅氏線圈的參數

2.1 羅氏線圈的感應電勢

設羅氏線圈一次被測主電路電流為，匝數為，線圈直徑為，線圈二次側測量電路電流為，匝數為，纏繞的小線匝直徑為，可推導羅氏線圈感應電動勢為[5]：

=-=-=-M(1)

式中為一次回路和二次回路的互感為：

(2)

其中：其中為真空磁導率；

S為小線匝截面： S=

=

由此可知，羅氏線圈的感應電勢與被測電流的變率成正比，被測電流導體和羅氏線圈之間的互感就是其比例系數，由此可見，當采用羅氏線圈進行測量以期望獲得被測電流的物理量時，必須先將羅氏線圈二次回路通過后續積分電路進行還原處理。

2.2羅氏線圈結構和電磁參數

設b是羅氏線圈骨架芯外徑，a是內徑，為骨架中心半徑。與線圈的互感系數和自感系數有關。推算的方法有取算術平均值、幾何平均值和取加權幾何平均值幾種方法，其中取加權幾何平均值是最復雜的，但也是精度最高的，公式為[6]：

= (3)

羅氏線圈骨架芯截面形狀分為矩形和圓形兩種，下面以矩形線圈的結構參數和電磁參數為例進行分析，以了解它們之間的影響以及它們羅氏線圈的動態特性之間的關系。

當骨架芯為矩形截面時，c和h分別表示羅氏線圈的軸向高度和徑向厚度，D是直徑。則一匝磁通可表示為[7]：

(4)

可推得線圈的互感系數為：

= (5)

其中為矩形橫截面積：

(6)

把互感系數為理論值，則矩形截面時線圈的互感系數與自感系數的相對誤差即可得出：

(7)

(8)

由以上推論可以看出，對于矩形截面骨架芯的羅氏線圈來說，與互感系數和自感系數的相對誤差有關的參數是線圈的參數徑向厚度h和中心半徑，而和軸向高度c沒有關系。

綜上所述，對于矩形截面骨架芯的羅氏線圈，在互感系數的相對誤差符合要求并且別的尺寸參數不變時，可以改變軸向高度c，以提高磁通量從而可以顯著增加感應信號的強度。

2.3 羅氏線圈等效電路計算

以矩形截面骨架芯為例，推導下羅氏線圈結構參數和線圈內阻之間的關系，設（a、b分別為截面內外徑），綜合推導[8]推出線圈內阻表達式：

(9)

其中是線圈所纏繞導線的直徑，是導線的電阻率。

如果線圈小線匝采用緊密纏繞方式時，此時可以認為：

(10)

帶入(9)式可得：

(11)

以表示線圈的自感系數、為內阻、代表分布電容，為線圈終端電阻。和分別表示被測電流和線圈感應電流，的端電壓用表示。可推導出如下各式：

(12)

(13)

(14)

將(12) 、(13) 、(14)聯立化簡可得：

(15)

綜合參考羅氏線圈穩態誤差[10],可得出最佳取值：

(16)

2.4 羅氏線圈分布電容的分析計算

由羅氏線圈最佳終端電阻公式可以看出，線圈的分布電容對于分析羅氏線圈的動態特性具有重要意義，對的預先簡單的估算可以有效縮短羅氏線圈的設計周期，降低設計成本。

在此以矩形截面圓柱體形狀的羅氏線圈為例，在實際的羅氏線圈中，其骨架芯的內徑a和外徑b的差值是很小的，也就是說h值比較小。羅氏線圈可以看做一個圓柱形電容器，因為其外層屏蔽層和線圈的一端連接并接地，所以羅氏線圈組成的電容器兩極就是線圈本身導電電路和屏蔽層。

如果不考慮邊緣效應，可以把介質里的每點的電場看做均勻分布，方向與半徑方向一致。如果不計電場的切向分量，按照對稱的關系，各處電場的方向與導線方向垂直。

羅氏線圈的分布電容表達式為[11]：

(17)

其中是羅氏線圈導線的直徑，為真空介電常數，表示絕緣層介質相對介電常數。

3 羅氏線圈的設計

通過以上對羅氏線圈各參數的分析計算，我們可以理出設計羅氏線圈的一個基本思路，主要流程具體步驟如下：

1、綜合分析被測對象特點，如頻率、幅值大小等特性；

2、分析選擇線圈骨架芯，確定適合截面；

3、優選羅氏線圈結構參數；

4、推算線圈匝數n和線圈芯線的直徑；

5、推算線圈的自感系數、互感系數

6、推導線圈內阻；

7、推導羅氏線圈分布電容；

8、優選羅氏線圈的終端電阻；

9、結合上述結論，以試驗系統的需求為標準，通過不斷的實踐考核，不斷改進設計，完善細節。

4 總結

本章主要是通過對羅氏線圈的參數分析，并結合相關參考資料的分析，系統總結出羅氏線圈的構造特性，從而歸納出羅氏線圈的基本設計流程，據此設計出滿足低壓電器通斷試驗要求的羅氏線圈。

【參考文獻】

[1] 方鴻發. 低壓電器及其測試技術[M]. 機械工業出版社,1982

[2] 張郁. 一種基于低頻補償的脈沖大電流測試方法研究[D].南京理工大學碩士論文. 2014

[3] 丁正平. 低壓大容量試驗和測試技術水平綜述[J]. 低壓電器,1994(1):3-11

[4] 羅蘇南, 田朝勃, 趙希才. 空芯線圈電流互感器性能的分析[J]. 中國電機工程學報. 2004, 24(3):107~113

[5] 王其生. 用羅柯夫斯基線圈組成電流互感器[C]. 第四屆全國智能電器研討會論文集, 2000:59~64

[6] 張紅嶺. Rogowski 線圈的研究與設計[D]. 河北: 燕山大學碩士論文. 2006.4~5

[7] 鄒積巖, 段雄英, 張鐵. 羅柯夫斯基線圈測量電流的仿真計算及實驗研究[J].

電工技術學報. 2001, 16(1):81~84

[8] 黃浩, 陸繼明, 毛承雄, 利瓦伊波. Rogowski 線圈結構參數仿真研究[J].Proceedings of the EPSA. 2004,

[9] 邱紅輝. 電子式互感器的關鍵技術及其相關理論研究[D]. 大連: 大連理工大學碩士論文. 2008:5~6

電阻測量論文范文6

【關鍵詞】 擴展卡爾曼濾波觀測器 異步電機轉子轉速檢測 魯棒性

交流異步電動機具有結構堅固，造價低廉，工作可靠等突出優點。為了解決電機斷電情況下再啟動時產生的極大力矩損害電機的問題，高性能電機驅動系統通常采用矢量控制等驅動控制策略，這些控制策略需要了解轉子的速度以實現磁場定向。為了克服機械式傳感器給系統帶來的缺陷，轉子轉速檢測技術應運而生。

作為轉子轉速檢測技術的一種，擴展卡爾曼濾波器（EKF）由R.E.Kalman在1960年提出[1]，之后在各個領域獲得了廣泛的應用。擴展卡爾曼濾波器實際上是一個全階狀態觀測器，通過使用含有噪聲的信號對非線性系統進行實時遞推獲得最優狀態估計。由于其可實現性強、方法簡單、收斂迅速等優點，逐漸成為非線性系統狀態估計中應用廣泛的算法。EKF法避免了微分運算，采用一種迭代形式進行非線性估計，通過調節誤差協方差陣來調節狀態估計的收斂速度[2-3]。 此外，與其它轉速估計算法相比，擴展卡爾曼濾波器法有非常強的抗干擾能力。由于EKF是建立在系統的隨機過程模型上，因此針對交流異步電機模型的非線性性和不確定性，EKF估計性能優越，表現出較好的魯棒性和抗噪能力，成為目前異步電機轉速估計問題研究的熱點[4-5]。

文獻[6]利用擴展卡爾曼濾波器，將轉子轉速看成一個狀態量，通過測量電機定子側的端電壓和電流在線估計電機轉子速度，文章研究了采樣周期、濾波器參數和電機參數對轉速在線估計性能指標的影響，通過仿真實驗對比分析證明該方法進一步優化了用擴展卡爾曼濾波器對電動機轉速的辨識。

由于電機是一個非線性、多變量、強耦合的系統，電機參數也會受到溫度及磁場的影響，因此如何獲得準確的電機參數，建立較為精確的數學模型，在異步電機的高動態性能控制系統中顯得尤為重要。許多學者也進行了參數變化對矢量控制影響的分析，文獻[7]中 C.Attaianese等對參數變化產生的無速度傳感器轉速估計的影響進行了研究，通過推導異步電機的轉速表達式，把轉速表示成電機參數的因變量，進而分析電機各參數變化對轉速估計的影響。

本論文的主要工作就是設計實現EKF觀測器對轉子轉速的檢測，對EKF對于電機參數變化之魯棒性進行分析及改進。

1 EKF觀測器的設計與實現

EKF觀測器方程建立，EKF原理是基于非線性系統，利用估計誤差實時修正觀測器的增益矩陣（K），以得到優化的狀態估計向量。EKF觀測器在建立方程的過程中引入了噪聲量，以下系統狀態方程的表達[8]：

上式中w（t）與v（t）為方差為Q（t）和R（t）、零均值的高斯白噪聲。我們將其表達為：

，

觀測器的建立分為三步：

初始化：，

預測：

更新：

定義狀態方程如下：

，

，

式中F（t）與H（t）為函數f的雅克比矩陣：

，

EKF觀測器Simulink建模下圖為異步電機與EKF觀測器Simulink模型。

2 加入電機參數估算器的EKF原理

加入定子電阻估算器的EKF原理，為了優化EKF對于定子電阻值變化的魯棒性，我們向系統中添加定子電阻估算器，即將電機定子電阻添加到電機狀態向量中。

我們設定：

我們注意到在中只有變量中存在電機定子電阻Rs量。同時加入定子電阻、電感估算器的EKF原理為了完善EKF觀測系統，在這一節中我們將要建立一個同時對異步電機定子電感值實時檢測的系統。這個系統與前面加入定子電阻估算器的EKF觀測器合二為一。在上兩節方程的基礎上我們設定：

因此：

3 仿真和實驗結果

異步電機參數如下：定子電阻Rs=26.9mΩ，定子電感Ls= 6.67mH，轉子電阻Rr=6mΩ，轉子電感Lr=6.67mH，互感M= 6.5mH，電機轉動慣量J=20kg.m2，摩擦系數fv=0.1N.m.s，電機極數p=2。在EKF觀測器的設計中，雖然是基于電機確定性的方程，但存在定子電流和定子電壓的測量誤差，這些不確定性和測量誤差都納入協方差矩陣Q和R中。本論文中對EKF觀測器實現的仿真中： Q（t）=diag（1，1，1，1，5000），R（t）=diag（0.52，0.52）。誤差協方差預報陣的初始值P0=diag（0，0，0，0，24649）。在加入Rs估算器為改進EKF觀測器魯棒性的仿真實驗中：Q（t）=diag（1，1，1，1，106，10（0）6），R（t）=diag（0.52，0.52），P0=diag（0，0，0，0，10000，100）。在加入Rs與Ls估算器為改進EKF觀測器魯棒性的仿真實驗中：QRs（t）=diag（1，1，1，1，107，105），QLs（t）=diag（1，1，1，1，100），R（t）=diag（0.52，0.52）， P0Rs=diag（0，0，0，0，10000，0），P0Ls=diag（diag（0，0，0，0，1）。在電機斷電的過程中定子電阻會隨時間的推移而發生變化，本論文在驗證EKF觀測器對電機參數變化之魯棒性的試驗中設定定子電阻為實際值的1.2倍，在通過加入Rs估算器對EKF觀測器進行改進的的仿真實驗中定子電阻設定為由1.3Rs至Rs的線性變化。

圖1為EKF觀測器在無電機參數變化的情況下對轉子轉速信息檢測的實驗結果，驗證了EKF觀測器的可行性。

4 結語

本文研究了基于EKF觀測器的異步電機轉子轉速檢測方法對于電機參數變化之魯棒性并提出了優化方案。在EKF觀測器系統中添加電機參數估算器，實時對對應變量進行更新以優化觀測器增益矩陣能夠很好的解決該參數對觀測器效率的影響。仿真結果顯示，在觀測器系統中添加定子電阻及定子電感估算器之后EKF觀測器可精確估計轉子轉速及相對應的電機參數，但觀測速度有所下降，因此在實際應用中應該考慮電機參數估算器與EKF觀測器系統相關參數耦合的影響，以達到提升EKF觀測效率提升的目的。

參考文獻：

[1]R. E. Kalman，A new approach to linear filtering and prediction problems.Taransaction of the ASME-Journal of Basic Engineering[J]，1960：35-45.

[2]Barut Murat，Bogosyan O.Seta， Gokasan Metin.An EKF-based estimator for the speed sensorless vector control of induction motors[J].Electric Power Components and Systems，2005，33（7）：727-744.

[3]Fea-Jeng Lin.Application of EKF and RLS estimators in induction motor drive[C].PESC'96 Record，27th Annual IEEE，1996，1：713-718.

[4]張猛，肖曦，李永東.基于擴展卡爾曼濾波器的永磁同步電機轉速和磁鏈觀測器[J].中國電機工程學報，2007（36）：36-40.

[5]Barut Murat，Bogosyan O.seta，Gokasan Metin.EKF based estimation for direct vector control of induction motors[C].IECON Proceedings，2002，2：1710-1715.

[6]Young-Seok Kim，Sang-Uk Kim，Lee-Woo Yang.Implementation of a speed-sensorless control of induction motor by reduced-order extended Kalman filter[C].APEC'95，Conference proceedings， 1995，1（10）：197-203.

[7]C.Attaianese，G.Fusco，I.Maronfiu.and A.Perfetto.Parameter sensitivity of speed estimation in speed sensorless induction motor drives[C].Advanced Motion Control.AMC'96-MIE.Proceedings，1996，1：162-167.