Mitta-anturin mittauselektroniikan kehittäminen teräksen puutislepinnoituksen ohjaukseen

Abstract

Työn tarkoituksena oli kehittää mittauselektroniikka puutislepinnoitusprosessin ohjaukseen. Mittauselektroniikalla on tarkoitus mitata pikoampeeriluokan virtoja mittaanturilta, jossa virtaa kuuma, noin 250 ºC asteinen kaasu. Mitta-anturin toiminta perustuu ioniliikkuvuusspektrometriaan. Työssä tutkitaan pikoampeeriluokan virtojen mittaamista sekä mittauskytkennöissä käytetyn virta-jännitemuuntimen ominaisuuksia ja mitoittamista. Työ tarkastelee myös T-kytkennän käyttöä vahvistimen takaisinkytkennässä. Jännitekertojakytkentöjä käsitellään teoreettisesti mitta-anturin biasjännitteiden luomiseksi vähäisellä piirilevypinta-alalla. Työssä suunniteltiin mittauselektroniikan esivahvistinprototyypit sekä mitta-anturin biasjännitekytkentä. Mitta-anturin kuumien olosuhteiden vuoksi on mittauselektroniikka siirrettävä etäämmäksi mitta-anturista. Prototyyppikytkennöillä sekä laboratoriomittauksilla selvitettiin mittauselektroniikan esivahvistimien siirtämiseen liittyviä ongelmia. Biasjännitekytkennän suunnittelussa pyrittiin kytkentä toteuttamaan mahdollisimman vähällä piirilevypinta-alalla. Mittauselektroniikka todettiin laboratoriomittausten perusteella toimivaksi puutislepinnoitusprosessissa suoritettavia koemittauksia varten.

The purpose of the thesis was to develop sensing device electronics for controlling wooddistillate steel plating process. The sensing device structure is based on ion mobility spectrometry where low-level currents are measured. In this application, hot gases flow through the sensing device, which makes low-level current measuring electronics hard to design. The thesis investigates the theory of measuring pikoamper-level currents. A current-tovoltage converter theory was examined for the design-work. Also the theory of a resistor tee-network in current-to-voltage converter feedback was investigated. Voltage multipliers were investigated to reduce printed circuit board area of a sensing device bias-voltage generation circuit. Prototype circuits of a sensing device preamplifier and bias-voltage generator were designed. Due to hot gas flow through the sensing device, prototypes must be placed far from it. Prototypes were tested in a laboratory to make sure that they work correctly. While designing bias-voltage generation circuit attention was paid to reduce printed circuit board area. Prototype circuits worked correctly according to laboratory tests. Prototypes can be used in test measurements of wood-distillate steel plating process.