微电流测量实例

01、电路图及说明

用电池供电，微功耗设计；

电池选9V，用低压差低功耗的HT7150三端稳压成5V，自耗电<4uA；

然后用双运放的一半，把5V分成±2.5V双电源，这部分耗电<22uA；

R3和R4把-2.5V分压成100mV作为标准电压，由R5=100G提供测试用的1pA标准电流。这部分耗电5uA；

最后，双运放的另一半接成经典负反馈I-V转换电路，这部分耗电16uA；

运放采用LMC6062AIN，很便宜的东西，典型Ib=10fA，典型Vos=100uV，耗电32uA；

运放也可以用LMC6042AIN，很便宜的东西，典型Ib=2fA，典型Vos=1000uV，耗电20uA；R6提供保护，不至于因偶然输入过压而导致运放损坏；

R7是反馈电阻，C4是反馈电容，用于抵消输入电容的影响，提高响应时间，同时也与R7一起提供一定的时间常数。

合计耗电<47uA，一节9V充电电池（350mAh）可以使用7000多个小时。如果换用LMC6042AIN，总耗电<35uA，电池可以使用10000小时。

02、仿真

电路很简单，预期会很顺利，但实际上很艰难。大概是Multisim对于超高阻部分做的不好。

可以看到，仿真软件把主运放的Vos取了0.35mV，另外也肯定加入了Ib的影响，最后的输出有一点偏差，很正常。

03、准备材料、元件

除了个别元件比较难找外，其余都是很常见的。

特殊的元件，主要是100G的电阻。

04、元件布局

先裁减好万能板，主要元件排布一下。上边是电源，右下是输入，左下是输出。

05、制作输入隔离岛

此处为关键部位，隔离岛需要高度绝缘。

采用优质BNC插座，确认绝缘部分是特富龙材料，这是常见的最好的绝缘材料，电阻率可以超过10的15次方欧姆-厘米。

不仅如此，BNC插座的外皮，要强制在地电位，这样与中心导体的电位差就很小（<1mV），这样才能保证漏电不超过0.1fA。

06、输入岛岛芯的制作

这部分要实现良好的机械支撑和电气绝缘，同时要尽量减少体积以免不必要的输入电容和感染，这样就直接在中心导体上焊接成四叉，分别接输入、反馈电阻Rf、反馈电容Cf、运放输入/保护电阻。

漏电流测试方法

测量接地漏电流漏电比对人墙MD（地），容易理解和考虑漏电流接地端子的电流。上的MD（红色和黑色），您认为图左侧的代码表示你的手或脚测量正常状态 ?连接? 连接到墙上的插座适配器· 2P 3P 3P插头连接到被测设备ME。插入之间的地面和地面终端适配器导致3P · 2P墙的MD，测量电流从插入被测ME设备的3P接地引脚泄漏。开关电源极性连接到墙上的插头转接器转换成半旋转3P · 2P。

?测量? 打开电源测试ME设备，对MD（最好的测量范围从最高量程）输出电压测量。其结果是除以1kΩ的当前记录测量（因为它可能被转换成测量μAMV）。再次切换极性，测量功率，并具有重要价值的测量。 ?决定? 另一种形式，无论附加，0.5毫安大致正常单一故障条件（一电源线开路）测量 ?连接? 删除连接2P 3P ·正常情况下，适配器，该适配器只有一个刀片极2P 3P连接· 2P剥离（漏电电流∵ 单一故障条件下，只有电力导线断开one 。）壁挂2P插头插座条。开关电源极性连接到墙上插座旋转2P半条。交换式电源供应断开的导线连接到其他2P刀片更换地带极适配器3P · 2P。

?测量? 打开电源测试ME设备，对MD（最好的测量范围从最高量程）输出电压测量。其结果是除以1kΩ的当前记录测量（因为它可能被转换成测量μAMV）。极性开关电源，开关电源的测量4供应断开的导线，最大测量值。 ?决定? 另一种形式连接，正常值小于1mA无关。外部泄漏电流测量测量正常状态 ?连接? 连接到墙上的插座适配器· 2P 3P 3P插头连接到被测设备ME。3P · 2P适配器地线连接到地面的墙。 ME的设备金属部件测试（如果外部覆盖着绝缘设备，如铝箔贴为20cm × 10CM部分）之间插入墙壁和地面终端的医师，设备的测试ME外观测量泄漏电流。开关电源极性连接到墙上的插头转接器转换成半旋转3P · 2P。

数显式测量电路设计报告.doc

数显式测量电路设计报告北京化工大学信息科学与技术学院自动化专业课程设计题目数显式β测量电路说明书_________________页图纸_________________页班级自控1202 姓名徐越学号2012014059 同组人郭腾龙指导教师曹晰2014年9月11日目录一课程设计的任务及基本要求二逻辑框图设计三逻辑电路的设计及参数计算四安装调试步骤及遇到的问题五印刷线路板设计六体会及建议七参考文献八附录（元件使用说明）九附图（框图逻辑图印刷线路板图）一、课程设计的任务及基本要求目的设计一个β数显式测量电路，以方便测量一个NPN三极管的β值要求1.可测量NPN硅三极管的电流放大系数β199，测试条件为1IB10μA，允许误差±2；2）14VVCE16V，且对不同b值的三极管，VCE的值基本不变。 2.用两只数码管分别用来显示十位和个位，发光二极管用来显示百位，其亮状态和暗状态分别表示1和0。 3.数字显示器。显示的数字应当清晰，显示周期的长短要适合，应大于人眼的滞留时间（0.1s）。 4.设B、C、E三个插孔，当北侧三极管插入时，打开电源，显示器即显示该三极管的β值。

5.限定使用的主要元器件如下所示通用型集成运放LM324 高阻型集成运放LF351 通用型集成电压比较器LM311 集成定时器NE555 2/5十进制计数器74LS90 BCD七段译码器74LS47 双D上升沿触发器74LS74 六施密特反相器74LS14 四2输入与非门CC4011 共阳极LED七段数码管二、逻辑框图设计三、逻辑电路的设计及参数计算1. β/Vx转换电路（1）采用固定偏置电流电路由测试条件10 uA,可选择合适的、2采用运放构成的电压并流负反馈，使Vx∝VXβIBR2 VX 极性为正由测试条件由β199时，取Vx最大值为13V，则可得到R2 为了平衡，R3略小于R2 2.压控振荡器（1）积分器、电压比较器的选择351高阻型；311专用电压比较器（转换速度快）（2）积分器中的D1使正向积分与负向积分的回路不通、时间不同。 R9R4′为能实现压控振荡，并忽略正向积分时间。（3）后接的43k电阻的作用（4）积分器输出的V1波形 3.计数时间产生器电路（1）计数时间Tc须经反相器（4011）引出，因为译码器的消隐信号的相位是低电平有效。（2）555定时器的VC2和VO的波形（3）计数时间与压控振荡器的输出相与（经与非门和反相器）4.计数、译码、显示电路（1）译码器采用47输出低电平有效，后接共阳极数码管；（2）90清零信号高电平有效，因此在使用

微弱电流检测的设计

毕业设计微电流检测器设计指导教师讲师学院名称工程学院专业名称自动化论文提交日期2011年5月论文答辩日期2011年5月答辩委员会主席____________ 评阅人____________ 摘要

近年来,微弱电流信号检测技术在信号处理、电视技术、测量技术、通信技术、信息运算多媒体技术以及一般的电子电路设计等领域得到了非常广泛的应用，并极大地促进了相关技术领域的迅速发展,例如军事侦察、物理学、化学、电化学、生物医学、天文学、地学、磁学等。随着科学技术的发展，对微弱信号进行检测的需要日益迫切，微弱信号检测是发展高新技术、探索及发现新的自然规律的重要手段，对推动相关领域的发展具有重要的意义。微弱是相对于噪声而言的，所以只靠放大并不能检测出微弱信号，只有在有效地抑制噪声的条件下增大微弱信号的幅度,才能提取出有用信号。因此,必须研究微弱信号检测的理论方法和设备,包括噪声的来源和性质,分析噪声产生的原因和规律以及噪声的传播途径,有针对性地采取有效措施抑制噪声。本设计制作的微电流检测电路,是以A T89S52芯片为核心实现对微电流信号进行检测并显示,利用两个斩波稳零式高精度运放ICL7650组成的放大模块电路,实现I/V转换,将微电流信号转换成为电压信号,而两个相同高精度运放可以实现对电压信号的一二级放大,经两级放大后的电压通过ADC0809采样、A/D转换后传送给单片机AT89S52,之后单片机经过一些运算编程后控制,将所要测得弱电流信号在LCD1602显示出来。能实现对1uA 到2500uA微电流的实时检测。关键词：弱电流检测 AT89S52 ICL7650 ADC0809

单摆实验周期测量电路设计方案

沈阳航空航天大学课程设计（说明书）单摆实验周期测量电路的设计班级34010104 学号2013040101164 学生姓名周兴荣指导教师滕金玉

沈阳航空航天大学课程设计任务书课程名称数字逻辑课程设计课程设计题目单摆实验周期测量电路的设计课程设计的内容及要求：一、设计说明与技术指标在物理实验中，通常采用人工计时测量单摆单位时间内摆动次数，测量单摆摆动的周期时间，拟采用时钟电路配合触发电路测量单位时间单摆摆动次数，具有方便快捷、方便准确的特点，其原理框图如图1所示。二、设计要求图1单摆实验计数器电路原理框图 1．电源输出电压为：+5V。2．最大定时时间100S，摆动开始时，触发时间计时，测量5个单摆整周期时间停止，通过5个周期的时间得出一个整周期的时间。3．计数显示用LED数码管。 4．根据技术指标，通过分析计算确定电路和元器件参数。5．画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。三、实验要求 1．根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路，用multisim软件仿真。 2．进行实验数据处理和分析。四、推荐参考资料 1. 童诗白，华成英主编．模拟电子技术基础．[M]北京：高等教育出版社，2013年五、按照要求撰写课程设计报告

成绩评定表：指导教师签字： 2015 年7 月19 日

一、概述步入新纪元，高科技的发展如火如荼，各行各业百废俱兴，方便、快捷、高效成为高科技发展所要解决的问题。在单摆实验周期测量时一定有不少人深有体会，高中或初中的单摆实验在记录单摆周期时间时使用的是电子秒表，当然这还需要手动，我们在开始计时时和结束计时要尽可能的同步于单摆，可想而知实际同步那是不可能实现，但在要求高精度的实验中要这样做，也绝不可能。单摆实验周期测量的数字电路出现可以解决使用秒表计时时出现的计时不同步的的问题，这样便可以减少误差甚至没有误差，为测量单摆实验周期提供更加精准的计时时间。本文介绍了基于单摆试验周期测量电路的设计，在硬件方面上使用了一个十六进制的74161N计数器和三个十进制的74160N计数器芯片，一个D触发器芯片，也同时使用了四个LED管与555定时器等。实验设计分为计数部分与计时部分，十六进制计数器芯片连接的LED数码管显示的是单摆第一次经过最低点记数开始，以后每次经过最低点的次数，开关则是每次最低点闭合一次单摆计数器计数一次，LED并显示。555定时器产生1S的时钟信号脉冲，用于三个并联74160N计数器芯片的记时，并同时在三个与之相连的LED管上显示时间。当74161N为零时记时芯片是被清零的，这保证了记时的同步性。根据实验要求设置记时的最大值为X，则可当记时为(X+1)时进行记时置零，同时实验要求记录A个周期内的时间，在单摆计数显示数等于（2A+1）时使用三输入与门从计数芯片部分产生高电平触发D触发器，Q*出来便是低电平与个位记时芯片的ENP端相连，对于74160N芯片ENP端低电平时则保持此芯片的的状态，这样当计数部分走到（2A+1），此时也就是A 个周期时停止记时，所记录的便为A个周期的时间。然后便用记时显示的时间除以A就得到我们所求的时间。

微电流检测资料

目录 1、设计背景 (1) 2、设计方案选择 (1) 2.1典型的微电流测量方法 (1) 2.1.1开关电容积分法[1] (1) 2.1.2运算放大器法 (2) 2.1.3场效应管+运算放大器法 (2) 2.2总体设计方案 (3) 3、具体设计方案及元器件的选择 (4) 3.1稳流信号源问题 (4) 3.2I/V转换及信号滤波放大 (5) 3.2.1前级放大 (5) 3.2.2滤波及后级放大电路 (6) 3.2.3运算放大器的选取 (6) 3.3量程自动转换 (6) 3.4信号采集处理 (7) 4、软件仿真结果 (8) 5、参考资料 (9)

微电流测试电路设计 1、设计背景微电流是指其值小于-6 10A的电流,微电流检测属于微弱信号检测的一个分支，是一门针对噪声的技术,它注重的是如何抑制噪声和提高信噪比。该技术在军事侦察、物理学、化学、电化学、生物医学、天文学、地学、磁学等许多领域具有广泛的应用。我们所研究的微电流检测主要针对电力系统中的绝缘材料，因为现代国民经济对电力供应的依赖性日益增大，电力系统的规模、容量也在不断扩大。而电气设备的绝缘材料往往是电力系统中的重要组成部分，绝缘材料的漏电流情况严重会造成电力系统的重大损失。微电流检测是通过对泄漏电流的测量来评估绝缘材料状况的有效方法。近年来,针对微弱电流的信噪改善比SNIR已能达到1了，目前国内做得比较好的单位是南京大学,其独家生产的ND-501型微弱信号检测实验综合装置己被国内至少76家高等院校使用。但其产品价格昂贵,少则几千元,多则几万元，例如HB-831型pA级电流放大器、HB-834型四通道pA级电流放大器、HB-838型八通道pA级电流放大器的售价分别为4100元/台、13000元/台、22000元/台。所以，研制高精度、寿命长、成本低、电路简单的微电流检测仪具有重要的现实意义及理论参考价值。为了达成目标，我们需要重点考虑以下几个问题： 10 A（本设计要求）的稳流信号源的实现（1）如何获得实验信号，即电流为12 问题；（2）如何将微弱电流信号转换成易于操作的信号；（3）怎样将微弱信号提取放大；（4）如何实现量程的自动转换问题；（5）将实际中的模拟信号转换成数字信号；（6）实现对数字信号的处理和显示。 2、设计方案选择 2.1典型的微电流测量方法 2.1.1开关电容积分法[1] 开关电容式微电流测量方法的前级是在利用开关电容实现电流向电压转换的同时对电压信号进行调制和放大，达到微伏级；后级电路通过选频放大电路实

基于单片机气体流量测量仪设计

目录引言 (1) 1总体方案设计 (2) 1.1 本设计的任务 (2) 1.2总体设计框图 (2) 2 系统的硬件电路设计 (3) 2.1 硬件模块介绍 (3) 2.1.1 CPU (AT89S51) (3) 2.1.3电源设计 (8) 2.1.4键盘设计 (9) 2.1.5复位电路设计 (10) 2.1.6 A/D转换电路 (10) 2.1.7 步进电机控制接口电路 (14) 2.1.8 气体流量采集原理 (16) 2.2总原理图 (18) 2.3 PCB图 (19) 3 系统软件设计 (19) 3．1 主程序设计 (20) 3．2 流量控制子程序 (20) 3．3 中断服务子程序 (25) 3．3．1 设定值输入程序 ................................ 错误！未定义书签。3．3．2 定时器中断子程序 . (27) 3．3．3 数码管显示子程序 (28) 3．3．4 步进电机控制程序 (29) 4结论 (30) 致谢 (31)

基于单片机气体流量测量仪设计摘要：本设计电路是以AT89S51单片机为控制核心。它除了具备微机CPU的数值计算功能外，还具有灵活强大的控制功能，以便实时检测系统的输入量、控制系统的输出量，实现自动控制。整个系统硬件部分包括气体流量测量，自激式A/D转换器，按键电路，驱动电路，时序电路，和8段译码器，LED数码显示器。在配合用汇编语言编制的程序使软件实现，实现气体流量智能转换的基本功能。本控制电路成本低廉，功能实用，操作简便，有一定的实用价值。本文从3个方面展开论述，首先是硬件电路的描述；接着软件部分的设计；最后实现功能。关键词：AT89S51单片机流量控制数码管 LED数码显示引言目前单片机的应用已深入到国民经济的各个领域，对各行各业的技术改造和产品的更新换代起着推动作用，以前没有单片机时，气体流量测量仪也能做，但是只能使用复杂的模拟电路，然而这样做出来的产品不仅体积大，而且成本高，并且由于长期使用，元器件不断老化，控制的精度自然也会达不到标准。在单片机产生后，我们就将控制这些东西变为智能化了，我们只需要在单片机外围接一点简单的接口电路，核心部分只是由人为的写入程序来完成。这样产品的体积变小了，成本也降低了，长期使用也不会担心精度达不到了。当今社会，随着科学技术的快速发展，自动控制在人们的生活中可以说“无孔不入”，小到遥控儿童玩具，大到冰箱空调的智能化，都体现了科学技术的进步。特别是单片机（Single－Chip Microcomputer SCM）技术的应用，不但降低了生产成本，同时也方便了消费者，使操作简洁、安全。单片机的应用使许多复杂的事情，都能够简单、方便的实现了。用单片机控制的器件，充分发挥单片机体积小，价格便宜，功耗低，可靠性好等特点，充分发挥了单片机的控制优势。本设计可用于气体流量控制，方便了广大用户。本设计是一个具有自动控制气体输入的气体流量测量仪。由时钟电路、显示电路、驱动电路、控制电路四部分组成。现代机关企业以，特别是家庭对暖气、液化气等的需求逐渐增多，供暖、供气的自动控制为这些企业节省了大量的人力物力。本设计实现了这些功能，给供暖及其他相关企业带来方便，整体性好，人性化强、可靠性高，实现了对气体流量控制的智能化。

微弱电流信号检测记录

微弱电流信号检测记录 (2012-02-14 11:19:12) 标签：杂谈目录零、序一、微弱电流测试器的指标二、微弱电流测试所需要的条件三、微弱电流计四、高阻电阻五、微弱电流计放大器的基本电路六、微弱电流标准源七、微弱电流计的测试八、微弱电流测试仪器DIY汇总九、微弱电流测试器DIY 十、改进与应用二、微弱电流计放大器的基本电路 1、微弱电流放大的基本电路弱电流的基本电路是反向放大器的形式，即I-V转换电路。先看一个实例，来自ICH8500的数据表。

放大器接成典型的反向放大器，但没有输入电阻，其实是一个电流-电压变换器，并有几点不同： a、有保护（Guard，作用见下） b、反馈电阻Rfb非常大，为10的12次方欧姆，即1T c、有个反馈电容Cfb，用来与输入等效电容分压，提高响应时间。在一个实际采用ICH8500的电路板上，该电容采用了470pF的聚苯乙烯（反馈电阻用了30G）反馈电阻Rf（或叫Rfb）的选择。这是一个关键元件，一方面取决于所要求的灵敏度和噪音，另一方面与其他元件和电阻的来源情况有关。上述电路的Rfb非常大达到1T，因此1pA的输入电流就会引起1V的输出，即灵敏度是1V/pA，这样用2V的电压表，就可以实现满度2pA的微电流计，甚至可以用200mV的电压表事项满度200fA的超微电流计。 Rfb也与电流噪音密切相关，越大则理论噪音越小，很多静电计选100G，这样理论噪音极限大概是0.25fArms，而K642选择了1000G，噪音就更小了。当然，Rfb不能取得太大，因为运放的偏置电流Ib是完全流过这个电阻的，产生压降，也产生噪音、温度系数等弊病，所以Rfb要与运放匹配，最好Ib×Rfb 小于满度输出的1%，至少<10%。否则，当没有输入的时候，Ib就要全部流过Rfb，

电气设备泄漏电流测试方法及注意事项

电气设备泄漏电流测试方法及注意事项? ? ??测量泄漏电流的原理和测量绝缘电阻的原理本质上是完全相同的，而且能检出缺陷的 (1)试验电压高，并且可随意调节，容易使绝缘本身的弱点暴露出来。因为绝缘中的某些缺陷或弱点，只有在较高的电场强度下才能暴露出来。 (2)泄漏电流可由微安表随时监视，灵敏度高，测量重复性也较好。 (3)根据泄漏电流测量值可以换算出绝缘电阻值，而用兆欧表测出的绝缘电阻值则不可换算出泄漏电流值。 (4)可以用i=f(u)或i=f(t)的关系曲线并测量吸收比来判断绝缘缺陷。泄漏电流与加压时间的关系曲线如图1-1所示。在直流电压作用下，当绝缘受潮或有缺陷时，电流随加压时间下降得比较慢，最终达到的稳态值也较大，即绝缘电阻较小。 1. 测量原理对于良好的绝缘，其泄漏电流与外加电压的关系曲线应为一直线。但实际上的泄漏电流与外加电压的关系曲线仅在一定的电压范围内才是近似直线，如图1-2中的OA段。若超过此范围后，离子活动加剧，此时电流的增加要比电压增加快得多，如AB段，到B点后，如果电压继续再增加，则电流将急剧增长，产生更多的损耗，以致绝缘被破坏，发生击穿。在预防性试验中，测量泄漏电流时所加的电压大都在A点以下。将直流电压加到绝缘上时，其泄漏电流是不衰减的，在加压到一定时间后，微安表的读数就

等于泄漏电流值。绝缘良好时，泄漏电流和电压的关系几乎呈一直线，且上升较小；绝缘受潮时，泄漏电流则上升较大；当绝缘有贯通性缺陷时，泄漏电流将猛增，和电压的关系就不是直线了。通过泄漏电流和电压之间变化的关系曲线就可以对绝缘状态进行分析判断。2. 影响测量结果的主要因素 (1)高压连接导线由于接往被测设备的高压导线是暴露在空气中的，当其表面场强高于约20kV/cm时，沿导线表面的空气发生电离，对地有一定的泄漏电流，这一部分电流会流过微安表，因而影响测量结果的准确度。一般都把微安表固定在试验变压器的上端，这时就必须用屏蔽线作为引线，用金属外壳把微安表屏蔽起来。电晕虽然还照样发生，但只在屏蔽线的外层上产生电晕电流，而这一电流就不会流过微安表，防止了高压导线电晕放电对测量结果的影响。根据电晕的原理，采取用粗而短的导线，并且增加导线对地距离，避免导线有毛刺等措施，可减小电晕对测量结果的影响。 (2)表面泄漏电流（a）未屏蔽（b）屏蔽反映绝缘内部情况的是体积泄露电流。但是在实际测量中，表面泄露电流往往大于体积泄漏电流，这给分析、判断被试设备的绝缘状态带来了困难，因而必须消除表面泄漏电流对真实测量结果的影响。消除的办法是使被试设备表面干燥、清洁、且高压端导线与接地端要保持足够的距离；另一

电化学分析系统中pA_A微电流测量

第25卷第11期电子测量与仪器学报 Vol. 25 No.11 · 972 · JOURNAL OF ELECTRONIC MEASUREMENT AND INSTRUMENT 2011年11月本文于2011年9月收到。 DOI: 10.3724/SP.J.1187.2011.00972 电化学分析系统中pA~μA 微电流测量王俊 (福州大学至诚学院, 福州 350002) 摘要: 为了提高电化学分析系统的分析速度和测量的准确度。探究如何对电化学分析系统中,既有慢变化又有快变化的pA~μA 范围的微电流进行快速、准确的测量。基于定阻式I/V 转换的方法,对pA~μA 范围的微电流,设置了由微机控制的多个电流量程及自动调零电路,以及从软?硬件上进行抗工频干扰的设计。实现对宽范围微电流测量的量程快速搜索?转换,提高了电化学分析系统中pA~μA 范围微电流测量的准确度? 关键词: 微电流; 测量; pA~μA; 电化学分析系统中图分类号: TH399 文献标识码: A 国家标准学科分类代码: 460.40 pA~μA micro-current measurement in electrochemical analysis system Wang Jun (Zhicheng College, Fuzhou University, Fuzhou 350002, China) Abstract: In order to improve the speed of analysis and the accuracy of measurement in electrochemical analysis system, the fast-speed and accurate measurement of micro current of pA~μA range in both slow and fast change was researched. Based on the constant resistance I/V conversion method, for the pA~μA micro-current measurement range, a number of current computer control and automatic zero-adjusting circuit was set up, and anti-frequency interference design of software and hardware were carried out. The fast search and conversion in wide micro current measurement range were realized. Thereby the scope of pA~μA micro-current measurement accuracy is enhanced. Keywords: micro-currents; measurements; pA~μA; Electrochemical analysis system 1 引言应用在电化学、生物电化学和生命科学等作为物质组分分析和测量的电化学分析系统。随着超微电极技术的突破性进展, 使用具有信?噪比高、反应速度快等优良电化学特性的微电极、超微电极作为电化学分析系统的传感器, 大大提高了该系统对微小量测量的准确度[1-2]。微电极、超微电极由于化学反应所生成的微电流(极化电流), 其范围为pA~μA, 对该范围的微电流测量, 正是文中要讨论的。把反映被测物质含量的微电流信号, 经过电流—电压转换, 形成相应的电压信号。利用计算机技术对产生的电压信号进行一系列的数据处理, 电化学分析系统可以较容易实现最优化选择, 实现数据处理过程的全部自动化, 但系统的分析速度和测量的准确度之关键在于对微电流的测量。鉴于微电极、超微电极其尺寸及表面形状、测试它们的化学反应体系及其控制电位(电压)的波型、扫描速度以及电化学分析方法等不同, 其极化电流峰值大小差别很大, 达几个数量级[3]。微电极一般为nA~μA, 超微电极一般为pA~nA, 极化电流的时间曲线和电位曲线也不同。有的变化较缓慢, 有的变化较快, 有的曲线的频谱还包含工频50 Hz 频率分量, 而且测试环境往往是高阻抗, 工频干扰尤显严重, 对测量小至pA 级微电流的元器件的温、湿度影响很大。因此, 要快速、准确地测量电化学分析系统中pA~μA 微电流难度较大[9]。电化学分析系统中测量的微电流可小至pA 级, 要实现对既有慢变化的, 又有快变化的pA~μA 宽范围微电流量程自动地快速搜索、转换有以下难点:

流量检测-装置系统设计课程设计

专业综合课程设计课题：流量计检测装置设计学院：城南学院班级：机电0701班指导老师：陈书涵学号：2007 学生:邹娟一检测系统背景介绍流量计广泛应用于工业生产和人民生活当中，但大都存在体积大、精度低、价格贵等缺点．本文设计的电子巴(靶式)智能流量计，于六十年代开始应用于工业流量测量，主要用于解决高粘度、低雷诺数流体的流量测量，先后经历了气动表和电动表两大发展阶段，SBL系列智能靶式流量计是在原有应变片式靶式流量计测量原理的基础上，采用了最新型电容力传感器作为测量和敏感传递元件，同时利用了现代数字智能处理技术而研制的一种新式流量计量仪表。其主要由测量管、受力元件(靶片)、感应元件(电容式力传感器，压力传感器，温度传感器)、传递部件、微控制器及其显示和输出部分组成．由于采用了压力工作温度补偿，大大提高了测量精度。

二检测系统设计方案本作品是一款基于C8051F系列单片机为核心的流量计，给出了硬件组成和软件设计．设计以C8051F单片机为控制模块，选用电子靶式流量传感器，信号调理电路、通信电路、LCD显示等电路．在软件上进行了压力和温度补偿．设计的流量计精度高，抗干扰能力强，使用方便．三检测系统硬件结构系统的硬件电路以C8051F206单片机为控制核心，主要有信号的输入通道、微控制器及外围电路、红外通信接口和RS一485通信接口和人机交互界面等部分组成，如图1所示．图1 以C8051F206单片机为核心的硬件框图 ① C8051F206的A／D转换模块 C8051F206的A／D转换模块是利用C8051F206的片内12位分辨率的ADC转换模块和可编程增益放大器．当工作在100ksps 的最大采样速率时，提供真正的12位精度和±2 L SB的模数

测量放大电路的设计

测量放大电路的设计作者：【摘要】：测量放大器能够将微弱的电信号进行放大，在生活中应用也十分广泛，如在自动控制领域，往往需要用电压信号进行控制，也就必然离不开电压测量放大器，由于测量放大器应用十分广泛，因而现在已经有集成的测量放大器供使用了。本次设计就是围绕测量放大器展开的，测量放大器主要是通过运用集成运放将所测量的信号进行不失真的放大，并且不对所测量的电路产生影响，这就是需要放大器有高的输入电阻和较高的共模抑制比。【关键字】：放大电路二阶高通有源滤波器二级低通有源滤波器一、设计技术与要求：如图所示，测量放大器由基本测量放大器、二阶高通有源滤波器、二阶低通有源滤波器三部分组成。 1、性能技术指标：（1）输入阻抗Ri>1m? （2）电压放大倍数Au≥1000（即输入信号Ui-p=1mv时，输出信号Uop-p>1v （3）频带宽度B=10?10KHZ （4）共模抑制比Kcmr>80dB 二：基本测量放大电路如下图：放大器电路有两个同相放大器和一个基本差动放大电路组合而成；该电路具有输入阻抗高、电压增益容易调节，输出不包含共模信号等优点。若不接R时，该电路由于引入了串联负反馈，所以其差模输入电阻Rid和共模输入电阻Ric都很大；当接入电阻R后，由于R很小，则R与Rid(或Ric)并联后，该电路的差模输入电阻Rid≈2R，共模输入电阻Ric≈R/2。其中RL是负载电阻。基本放大电路有（前置放大电路组成）下：

图（1） 1其中放大倍数： Aud1==1+2R2/R1=81 Aud1’==1+2R2/R1=31

2其中放大倍为： Aud2==Rf/R3=20 由上可知在前置放大电路中，总的放大倍数为： Aud==Aud1·Aud2=81·20=1620 Aud==Aud1’·Aud2=31·20=620 由以上电路图（2）可观察到，Ri1是一个高输入阻抗的模块的组合放大电路，即输入电阻 Ri1=∞Ω>1MΩ 但由于引入了电阻R，因此，其引入的R达到要求的指标，两个R串联电阻之和2R满足： R>0.5MΩ 为了有更好显示效果，取标称值R=1.2MΩ。同时，共模抑制比K CMR ，由于放大电路由两级放大电路组成，K CM R1 表示第一级放大电路的共模抑制比， K CMR2 表示第二级放大电路的共模抑制比，即该型运放的共模抑制比，则 K CMR = K CM R1 ·K CMR2 其中，K CM R1=Aud1/Auc1，K CMR2 = Aud2/Auc2。又Aud1≥1，K CM R1 ≥1，因此有; Aud1≈1+2R2/R1=81，Aud1==1+2R2/R1=31， Auc1≈1 则有K CM R1=Aud1/Auc1≈Aud1≈81，K CM R1 =Aud1/Auc1≈Aud1≈31，

流量检测电路设计课程设计

第一章流量测量装置单元 1.1节流装置节流变压降流量计的工作原理是，在管道内装入节流件，流体流过节流件的时候流束收缩，于是在节流件前后产生差压，对于一定的形状和尺寸的节流件，一定的测压位置和前后直管段情况，一定参数的流体，节流见前后的差压随流量的改变而改变俩者之间有确定的关系，因此可一通过差压来测量流量。节流件常用的有孔板和喷嘴，本实验中采用孔板。节流式流量计通常由能将流体流量转换成差压信号的节流装置及测量差压并显示流量的差压计组成．标准节流装置包括节流件及其取压装置、节流件上游侧第一个阻力件、第二个阻力件、下游侧第一个阻力件以及在它们之间的直管短段，节流装置如图1-1所示。图1-1整套节流装置示意 1.2 节流件安装标准孔板的开口直径d 是一个重要的尺寸，应实际测量，孔板的安装要求如下：（1）节流件前后的直管段必须是直的，不得有肉眼可见的弯曲。（2）安装节流件用得直管段应该是光滑的，如不光滑，流量系数应乘以粗糙度修正稀疏。（3）为保证流体的流动在节流件前1D 出形成充分发展的紊流速度分布，而且使这种分布成均匀的轴对称形，所以

1）直管段必须是圆的，而且对节流件前2D范围，其圆度要求其甚为严格，并且有一定的圆度指标。具体衡量方法：（A）节流件前OD，D/2，D，2D4个垂直管截面上，以大至相等的角距离至少分别测量4个管道内径单测值，取平均值D。任意内径单测量值与平均值之差不得超过±0。3% （B）在节流件后，在OD和2D位置用上述方法测得8个内径单测值，任意单测值与D比较，其最大偏差不得超过±2% 2）节流件前后要求一段足够长的直管段，这段足够长的直管段和节流件前的局部阻力件形式有关和直径比β有关，见表1（β=d/D, d为孔板开孔直径，D为管道内径）。（4）节流件上游侧第一阻力件和第二阻力件之间的直管段长度可按第二阻力件的形式和β=0。7（不论实际β值是多少）取表一所列数值的1/2 （5）节流件上游侧为敞开空间或直径≥2D大容器时，则敞开空间或大容器与节流件之间的直管长不得小于30D（15D）若节流件和敞开空间或大容器之间尚有其它局部阻力件时，则除在节流件与局部阻力件之间设有附合表1上规定的最小直管段长1外，从敞开空间到节流件之间的直管段总长也不得小于30D（15D）。 1.3 取压方式取压方式采用法兰取压装置，法兰取压装置如图1-2所示，孔板夹在俩个特质的法兰之间，其间加俩片垫片，厚度不超过1mm，上游取压中心线与节流装置的距离l=25.4mm下游取压中心线与节流装置的距离l=25.4mm，取压孔必须符合单独钻孔取压的全部要求，取压孔中心线必须与管道中心线垂直。图1-2 法兰取压

电流检测方法

电流检测方法 1 传统的电流检测方法 1. 1 利用功率管的RDS进行检测( RDS SENSIN G) 当功率管(MOSFET) 打开时,它工作在可变电阻区,可等效为一个小电阻。MOSFET 工作在可变电阻区时等效电阻为: 式中:μ为沟道载流子迁移率; COX 为单位面积的栅电容;V TH 为MOSFET 的开启电压。如图1 所示,已知MOSFET 的等效电阻,可以通过检测MOSFET 漏源之间的电压来检测开关电流。这种技术理论上很完美,它没有引入任何额外的功率损耗,不会影响芯片的效率,因而很实用。但是这种技术存在检测精度太低的致命缺点: (1) MOSFET 的RDS本身就是非线性的。 (2) 无论是芯片内部还是外部的MOSFET ,其RDS受μ, COX ,V TH影响很大。 (3) MOSFET 的RDS随温度呈指数规律变化(27～100 ℃变化量为35 %) 。可看出,这种检测技术受工艺、温度的影响很大,其误差在- 50 %～ + 100 %。但是因为该电流检测电路简单,且没有任何额外的功耗,故可以用在对电流检测精度不高的情况下,如DC2DC 稳压器的过流保护。图1 利用功率管的RDS进行电流检测

1. 2 使用检测场效应晶体管(SENSEFET) 这种电流检测技术在实际的工程应用中较为普遍。它的设计思想是: 如图2 在功率MOSFET两端并联一个电流检测FET ,检测FET 的有效宽度W 明显比功率MOSFET 要小很多。功率MOSFET 的有效宽度W 应是检测FET 的100 倍以上(假设两者的有效长度相等,下同) ,以此来保证检测FET 所带来的额外功率损耗尽可能的小。节点S 和M 的电流应该相等,以此来避免由于FET 沟道长度效应所引起的电流镜像不准确。图2 使用场效应晶体管进行电流检测在节点S 和M 电位相等的情况下,流过检测FET的电流IS 为功率MOSFET 电流IM 的1/ N ( N 为功率FET 和检测FET 的宽度之比) , IS 的值即可反映IM 的大小。 1. 3 检测场效应晶体管和检测电阻相结合如图3 所示,这种检测技术是上一种的改进形式,只不过它的检测器件不是FET 而是小电阻。在这种检测电路中检测小电阻的阻值相对来说比检测FET 的RDS要精确很多,其检测精度也相对来说要高些,而且无需专门电路来保证功率FET 和检测FET 漏端的电压相等,降低了设计难度,但是其代价就是检测小电阻所带来的额外功率损耗比第一种检测技术的1/ N 2还要小( N 为功率FET 和检测FET 的宽度之比) 。此技术的缺点在于,由于M1 ,M3 的V DS不相等(考虑VDS对IDS的影响), IM 与IS 之比并不严格等于N ,但这个偏差相对来说是很小的,在工程中N 应尽可能的大, RSENSE应尽可能的小。在高效的、低压输出、大负载应用环境中,就可以采用这种检测技术。

微电流测量

微电流测量（nA级交流、直流）一、直流微电流测量基于I-V变换的弱电流测量方法是常用的弱电流检测方法，其中的反馈电流放大型测量电路结构较简单，转换的线性较好，电路频率响应特性较好，在加入有效的硬件和软件抗干扰措施后，可以提高测量精度和稳定性。因此测量的电路是按照基于反馈式电流放大器型I-V转换原理进行设计，其基本电路如图1所示。图1 I/V转换原理图假定运放为理想运放，利用运算放大器的虚地概念和结点电流代数和为0的定律得出 (1) 输出电压V o与测量电流I s成线性比侧关系，比例系数为R f，因此根据放大要求选取R f值即可获得所需的放大倍数。电流测量电路整体框架如图2，其中反馈电流放大电路采用的是两级放大方式。图2 电路整体框图由于待测电流信号为10-9A，所需放大倍数较高，若采用一级放大，则需要R f约为1010Ω。当R f过大时会产生较大的电阻热噪声电流，增大了分布电容，同时要求运放的输入电阻更大以减小分流；根据式(1)，一级放大后信号与输人为反相，所以采用两级放大电路，这样可以通过调整每一级放大倍数，来选择阻值适当的R f，减小由R f引起的误差；并通过两次电压反相，使放大电路的最终输出电压与输入信号同相，两级放大电路如图3。

图3 两级放大电路图为减小噪声干扰和运算放大器负担，通常要求输出电压应比运算放大器的噪声电压值至少大两个数量级或更高；但输出电压太大，必然要增大R f，同时增大对运算放大器性能的要求。所以第一级放大器输出电压应设计为50～100mV，由式(1)，R f应为100MΩ。图3中C f表示R f引入的杂散电容，通常为0.5pF。当R f为100MΩ时，电路的截止频率约为0.3kHz，严重影响放大电路的频率响应特性。为改进频率响应，可以引入补偿电容C来消除C f的影响。根据运算放大器以及流入节点电流与流出节点电流相等特性，得出（2）由于R f1为kΩ级电阻，其杂散电容可忽略，可得（3）代入式(2)，拉式变换并消去V x(s)后，得出传递函数为（4）为消除C f影响，取RC=R f C f，得（5）由式(3)可知，截止频率为无穷大，理论上频带已经扩展到整个区域，因此频率响应得到改善。通过RC网络补偿可改善系统的动态特性，实际中100kHz 的带宽完全可以达到。但因为电路中还有其他的杂散电容，不可能被简单的RC 网络完全补偿。为减小由大电阻引入的噪声电流和分布电容，R f可采用T型网络结。第二级放大电路将第一级输出电压信号进一步放大，并反向输出，保证最终电压输出与检测的电流输入同相。第二级放大倍数为10倍，由式(1)，取R f/R1为10。为消除背景噪声影响，在运放输出端和A/D转换电路之问加入双T型50Hz 信号带阻滤波器将这个主要干扰谐波成分滤除，其电路如图4。

位移电涡流传感器测量电路设计)

成绩评定：_______ 传感器技术课程设计题目位移电涡流传感器测量电路设计

电涡流传感器由于具有对介质不敏感、非接触的特点, 广泛应用于对金属的位移检测中。为扩大电涡流传感器的测量范围, 采用恒频调幅式测量电路, 引用指数运算电路作为非线性补偿环节。利用Matlab计算软件辅助设计了直径为60mn电涡流传感器探头,并结合测量电路进行实验。实验结果表明最大测量范围接近90mm验证了该系统工作的稳定性，证明设计达到了预期效果。关键词: 电涡流传感器; 测量电路;大位移; 线性化

一、设计目的-------------------- 1 二、设计任务与要求- --------------------- 1 2.1 设计任务 ---------------------- 1 2.2 设计要求 ---------------------- 1 三、设计步骤及原理分析--------------- 1 3.1 设计方法----------------------- 1 3.2 设计步骤 ---------------------- 2 3.3 设计原理分析 -------------------- 6 四、课程设计小结与体会--------------- 6 五、参考文献- ------------------------- 6

一、设计目的 1. 了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。 2. 了解电涡流传感器的前景及用途二、设计任务与要求 2.1设计任务扩大电涡流传感器的测量范围，采用恒频调幅式测量电路，引用指数运算电路作为非线性补偿环节。验证了该系统工作的稳定性，证明设计达到了预期效果。 2.2设计要求 1. 工作在常温、常压、稳态、环境良好； 2. 设计传感器应用电路并画出电路图； 3. 应用范围：测量物体的位移。三、设计步骤及原理分析 3.1设计方法电涡流传感器具有体积小、非接触、对介质不敏感的特点，被广泛应用于对金属位移等的测量中。尽管用电涡流传感器非接触测量位移已经得到广泛的应用但是测量位移的线性范围受到传感器线圈直径的限制，位移测量范围为线圈直径的1/3~1/5,大直径的传感器，其测量范围最大可以接近到直径的1/2。在许多领域希望能进一步扩大传感器的测量范围，以满足大位移的非接触测量。文中采用指数运算电路作为非线性补偿环节来改善传感器原有的传输特性，扩大传感器测量范围。由电磁感应定律可知：闭合金属导体中的磁通发生变化时，就会在导体中产生闭合的感应电涡流，阻碍磁通量的变化。如图1所示,传感线圈由交流信号激励在产生焦耳热的同时，又要产生磁滞损耗，它们造成交变磁场能量的损失，进而使传感器的等效阻抗Z发生变化。影响阻抗Z的因素有被测导体的电导率、磁导率、线圈的激励频率f及传感器与被测导体间的位移x等,只要保证这些影响因素只有位移x变化,其他都保持不变,则传感器

物理实验的基本方法及数据处理基本方法

摘要：物理学是实验性学科，而物理实验在物理学的研究中占有非常重要的地位。本文着重介绍工科大学物理实验蕴涵的实验方法，提出工科大学物理实验的新类型。并介绍相关的数据处理的方法。关键词：大学物理实验方法数据处理正文：一、大学物理实验方法实验的目的是为了揭示与探索自然规律。掌握有关的基本实验方法，对提高科学实验能力有重要作用。实验离不开测量，如何根据测量要求，设计实验途径，达到实验目的？是一个必须思考的重要问题。有许多实验方法或测量方法，就是同一量的测量、同一实验也会体现多种方法且各种方法又相互渗透和结合。实验方法如何分类并无硬性规定。下面总结几种常用的基本实验方法。根据测量方法和测量技术的不同，可以分为比较法、放大法、平衡法、转换法、模拟法、干涉法、示踪法等。（一）比较法根据一定的原理，通过与标准对象或标准量进行比较来确定待测对象的特征或待测量数值的实验方法称为比较法。它是最普遍、最基本、最常用的实验方法，又分直接比较法、间接比较法和特征比较法。直接比较法是将被测量与同类物理量的标准量直接进行比较，直接读数直接得到测量数据。例如，用游标卡尺和千分尺测量长度，用钟表测量时间。间接比较法是借助于一些中间量或将被测量进行某种变换，来间接实现比较测量的方法。例如，温度计测温度，电流表测电流，电位差计测电压，示波器上用李萨如图形测量未知信号频率等。特征比较法是通过与标准对象的特征进行比较来确定待测对象的特征的观测过程。例如，光谱实验就是通过光谱的比较来确定被测物体的化学成分及其含量的。（二）放大法由于被测量过小，用给定的某种仪器进行测量会造成很大的误差，甚至小到无法被实验者或仪器直接感觉和反应。此时可以先通过某种途径将被测量放大，然后再进行测量。放大被测量所用的原理和方法称为放大法。放大法分累计放大法、机械放大法、电磁放大法和光学放大法等。 1、累计放大法在被测物理量能够简单重叠的条件下，将它展延若干倍再进行测量的方法称为累计放大法。例如，在转动惯量的测量中用秒表测量三线摆的周期。

微电流测量总结

直流微电流前置放大器的研究 Ib是运放的偏置电流，当Ib大于Is，则Is信号被淹没，将无法测量，由以上分析可以看出，影响微电流测量的首要因素是运放的偏置电流Ib，其次是噪声电压和零点漂移。微电流放大器要满足以下两个条件：（1）放大器输入阻抗要足够大，即Ri要远远大于Rf，Ri表示运放输入阻抗，Rf表示反馈电阻（2）噪声和漂移要小于被测信号电流，即信噪比要高，否则输出的噪声电压或漂移电压将使输出的信号电压淹没或使输出信号难以辨别放大器的灵敏度：直流微电流放大器能有效放大的最小电流。 I-V变换式直流微电流放大器的灵敏度一般能达到10-15 因此可知电阻Rf的数值越大，放大器的灵敏度越高。但是由于电阻本身的热噪声及分布电容跟电阻阻值成正比，Rf增大时漂移及噪声亦随之上升。所以当Rf足够大时，再继续增加Rf的数值，并不能使放大器的灵敏度继续提高。增大Rf还受到下面两方面的限制：（1）当Rf过大时，要求放大器的输入阻抗更大，否则将对信号有很大的分流作用。由于放大器的输入阻抗是有限的，所以当Rf大到一定程度后，将不会有效的增加灵敏度。（2）Rf过大时，放大器的响应时间要增长。在I-V变换式直流微电流放大器中，输入待测电流后，放大器的输出电压不是立刻就达到稳定值，而是需要一定的时间，这就是放大器的响应时间Tc。决定响应时间的因素有：放大器的输入电容、反馈电阻Rf、反馈电阻Rf两端的电容C等

减小噪声及干扰的措施（1）在I-V变换式直流微电流放大器的设计中，运放的选择至关重要，主要考虑以下几个参数。一、偏置电流Ib足够小；二、失调电压Vos要足够小；三、输入阻抗要足够大；四、温漂及噪声系数要尽量小。（2）电路设计工艺一、引线合理二、屏蔽密封三、电源及接地提高测量精度的措施及电路设计（1）基流补偿电路在许多情况下，输入电流包含有较大的本地电流（基流或初始电流），如运算放大器的偏置电流等。常用的基流补偿电路有两种：串联补偿和并联补偿电路串联补偿：