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纤维检验专用高阻标准装置研究 　　1 纤维检验专用高阻标准装置的研制目的 　　棉花是关系国计民生的重要战略物资，也是涉及农业和纺织工业两大产业的重要商品。棉花含水的多少不仅影响棉纤维的物理特性和化学特性，而且还影响着棉花收购、加工、储运及纺织加工，影响着棉花交易的重量。因此，棉花水分检验历来是作为棉花公量检验的主要项目。搞好棉花水分检验对于准确计重、合理结算和方便使用有着重要的意义。 　　棉花中的水分通常用回潮率来表示。回潮率测试方法分为直接法和间接法两类。直接法是根据棉花回潮率定义公式分别测得棉花所含水分的重量和试样的干重，然后进行计算而得，如烘箱法。间接法是利用棉纤维的某些性质，如电阻、介电常数等，在纤维含水不同时具有不同数值特性，通过标定这些特性与棉花所含水分的关系，间接测量而直接读出所含水分的数值。现在多采用的是电阻式原棉回潮率测试方法，即根据棉纤维在不同回潮率下，具有不同电阻值的特性，在试样的质量、密度、极板面积和极板电压试验条件一定时，利用棉纤维的电流与电阻值成反比的关系，测量流过棉纤维的电流值。原棉回潮率高时，其电阻值低、电流大；原棉回潮率低时，其电阻值高，电流小。通过标定原棉水分与电流的对应关系，间接得出棉纤维的回潮率值。 　　由此可以看出纤维的电阻值是衡量纤维物理特性及含水量的重要指标。纤维高阻标准装置就是用于测量纤维电阻或以电阻为主的纤维专用计量器具的量值溯源及统一。 　　根据纤维电阻检测实际工作需要，纤维高阻标准装置主要技术指标为： 　　电阻测量范围：（102～1012）Ω；测量不确定度：0.03%～3%，k=2。 　　2 电阻测量方法的选择与实现 　　电阻测量方法主要有恒流法和恒压法，恒流法一般用于测量阻值小于1 MΩ的电阻。而对于高值电阻，由于测量时的工作电流很小，采用恒流源方式，就要求电压表的输入阻抗相对于被测高阻要足够高，否则，受到绝缘阻抗、泄漏电流及电磁干扰等的影响，将引入较大的测量不确定度。 因而经常采用恒压法进行。 　　考虑到纤维水分检测的实际电阻测量范围，高阻装置将电阻测量分为两部分。对于低值电阻（ 　　3.2.2 完善的屏蔽保护的设计 　　带电物体接近被测电路的输入端时，就会发生静电耦合和干扰。在高阻测量时，电荷不能迅速衰减，就可能产生不稳定的测量结果。采用完善的屏蔽技术可以有效地避免静电干扰对高阻测量回路的影响，提高测量的稳定性和准确度。 　　本系统采用了三层屏蔽的整机屏蔽结构。第一层屏蔽主要是电路电源部分的屏蔽。这个屏蔽主要是电路部分的模拟电源和数字电源的屏蔽，功能是防止模拟电路数字电路之间的干扰。第二层屏蔽主要是G端屏蔽。这个屏蔽连接着电路板的屏蔽罩以及信号输入线的外屏蔽层和屏蔽端。同时还可以和被试品的G端屏蔽形成统一屏蔽。第三层屏蔽是大地的屏蔽，这个屏蔽连接着供电电源的地线。同时也可以和被试品的地线形成统一屏蔽。 　　3.2.3 偏置电流的消除 　　在测量输入端开路时，由于不是理想的电路，会有输入偏置电流的产生。输入偏置电流叠加到被测电流上，测量的是两个电流值和，将会引入测量误差。如图6所示，输入偏置电流叠加到被测电流上，所以测量的电流值是两个电流值和： 　　IM=IS+IOFFSET 　　图6 偏置电流叠加示意图 　　从测量结果中减去输入偏置电流的方法就是有效地清零。本系统采用软件监控的方法消除了偏置电流引入的测量误差，即在开路的情况下使读数达到稳定，然后启动开路清零功能。建立零位值以后，以后的测量结果就是实际测量值和该零位值之差。 　　3.2.4 软件抗干扰设计 　　在对模拟信号的采样即A/D转换中都会带来各种干扰，干扰除外部因素外，有时往往还有内部原因。这些瞬间干扰会在模拟信号上叠加一定幅度的尖峰干扰信号。对于这些干扰信号，仅靠硬件措施还不能完全达到满意的效果，采取一定的软件滤波方式可在不增加成本的基础上取得较好的结果。 　　本系统采用的是算术平均值滤波，把25个采样数据作为一个滤波周期，不仅达到了滤波突发干扰信号的作用，而且对50Hz的工频干扰也有良好的作用。采用该方法后，输出数据的稳定性得到了极大的提高。 　　4 软件系统功能设计与实现 　　通过RS232通讯，上位机利用LabVIEW测试软件， 实现了自动测量控制。根据所出具的证书要求，通过人机对话形式，自动完成相应测试点的校准，同时软件根据要求自动判断所测试点是否合格，并生成相应的原始记录和校准证书。校准证书格式为PDF格式，测试完成后，数据将不能被更改，对于校准体系的管理具有极大的公正性。 　　4.1 测试步骤 　　开机预热半小时后，先进行仪器内部各个量程清零。 　　低阻部分（102Ω～105Ω）在测量端短路状态下，用电阻箱校准时，先将测试线连接电阻箱，将电阻箱盘