專利名稱：電容器高溫老化系統(tǒng)校準(zhǔn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電子測試與計量技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種電容器高溫老化系統(tǒng) 校準(zhǔn)裝置。
背景技術(shù)：
電容器高溫老化系統(tǒng)是電容器篩選的主要設(shè)備，在施加一定的溫度等應(yīng)力條件 下，提供必要的電子信號使電容器工作從而使有缺陷的電容器加速失效，以加速暴露電容 器的固有缺陷而不破壞它的完整性，從而達(dá)到電容器篩選的目的。電容器高溫老化系統(tǒng)需要定期進(jìn)行現(xiàn)場校準(zhǔn)，否則不但不能起到應(yīng)有的老化作 用，反而會因為老化設(shè)備性能異常而給正在進(jìn)行高溫老化試驗的電容器器件注入新的隱患。然而，目前大多數(shù)使用電容器高溫老化系統(tǒng)的廠家僅對老化系統(tǒng)的高溫試驗箱的 溫度進(jìn)行了校準(zhǔn)，而對更重要的電源電壓、漏電流等參量未進(jìn)行校準(zhǔn)，其結(jié)果就直接影響到 電容器篩選的準(zhǔn)確性與可靠性，這是一種不全面的校準(zhǔn)方式，同時也是非常危險的。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是設(shè)計一種能全面校準(zhǔn)電容器高溫老化系統(tǒng)的各項參數(shù)，而且 快速、方便、可行并滿足量值溯源要求的電容器高溫老化系統(tǒng)校準(zhǔn)裝置。本實用新型電容器高溫老化系統(tǒng)校準(zhǔn)裝置，包括機箱1、專用校準(zhǔn)板5以及溯源 到國家/國防基準(zhǔn)的外接儀表，所述機箱1內(nèi)設(shè)置有控制器2、數(shù)據(jù)采集模塊3以及交換開 關(guān)模塊4 ；所述控制器2通過機箱1中的PXI總線與數(shù)據(jù)采集模塊3及交換開關(guān)模塊4進(jìn)行 連接，并使用該連接傳輸控制信號；所述數(shù)據(jù)采集模塊3的第一正端、第一負(fù)端、第二正端 以及第二負(fù)端均與交換開關(guān)模塊4進(jìn)行連接；所述交換開關(guān)模塊4，包括第一正端、第一負(fù) 端、第二正端、第二負(fù)端、兩個公共端以及若干個通道端，分別與外接儀表以及專用校準(zhǔn)板5 的相應(yīng)端點連接；所述外接儀表的電子負(fù)載6的第一正端以及第一負(fù)端與老化試驗電源的 輸出端連接；所述外接儀表的鉬熱電阻7與交換開關(guān)模塊4的通道端連接。所述機箱1為PXI總線機箱，如美國NI PXI-1042系列8槽機箱。所述控制器2為模塊化儀器專用的控制器(controller)，安裝有Labview虛擬儀 器校準(zhǔn)軟件?？刂破?要求1G以上內(nèi)存、2. 0GHz以上處理速率，如美國NI PXI-8108控制 器。校準(zhǔn)軟件包括三個主要的功能模塊溫度校準(zhǔn)模塊、漏電流校準(zhǔn)模塊和電源校準(zhǔn)模塊， 這三個模塊分別對高溫試驗箱、漏電流測試電路、老化試驗電源進(jìn)行校準(zhǔn)。所述數(shù)據(jù)采集模塊3采用六位半以上規(guī)格的PXI數(shù)字多用表模塊，如美國M PXI-4072六位半數(shù)字多用表模塊。所述交換開關(guān)模塊4采用兩塊64路以上的交換開關(guān)，并要求單路最大電流500mA 以上，如美國NI PXI-2527多路復(fù)用器模塊。所述專用校準(zhǔn)板5由以下幾類部件組成PCB板、電阻、牛角插座、散熱器、接線柱等。PCB板的輪廓與接口模仿高溫老化板進(jìn)行設(shè)計，電阻使用錫焊法固定于PCB板上，散熱 器使用硅膠將大功率電阻固定，若干牛角插座通過PCB板上的導(dǎo)線分別與PCB板接口以及 電阻相連，接線柱與PCB板接口的Vcc相連。校準(zhǔn)時使用排線將相關(guān)的測試信號由牛角插 座引出至交換開關(guān)模塊4，數(shù)據(jù)采集模塊3通過另外一條連接線與專用校準(zhǔn)板5的接線柱相 連。所述外接儀表，包括電子負(fù)載6和鉬熱電阻7。本實用新型電容器高溫老化系統(tǒng)校準(zhǔn)裝置是這樣實現(xiàn)的交換開關(guān)模塊4通過連 接線與電子負(fù)載6、鉬熱電阻7、專用校準(zhǔn)板5以及老化電源輸出端口相連，將電壓、電阻等 信號接到數(shù)據(jù)采集模塊3的輸入端，校準(zhǔn)軟件通過PXI總線對數(shù)據(jù)采集模塊3以及交換開 關(guān)模塊4的主要參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，完成信號的量化并輸入至控制器2中，再由校準(zhǔn)軟件進(jìn)行數(shù) 據(jù)處理并實時計算出電容器高溫老化系統(tǒng)的各種參數(shù)，包括溫度的均勻度、波動度和溫度 偏差，以及老化電源的電壓和老化通道的漏電流等參數(shù)，并將測量結(jié)果保存并以圖表的方 式直觀的顯示出來，從而實現(xiàn)對老化設(shè)備的校準(zhǔn)。本實用新型電容器高溫老化系統(tǒng)校準(zhǔn)裝置的優(yōu)點是將自動化測試技術(shù)應(yīng)用于 設(shè)備校準(zhǔn)中，可對老化系統(tǒng)的溫度、漏電流、電源電壓等參數(shù)進(jìn)行全面校準(zhǔn)，并可同時對多 數(shù)個待校準(zhǔn)老化通道進(jìn)行參數(shù)校準(zhǔn)工作，故在對所有參數(shù)全面校準(zhǔn)的同時還提高了校準(zhǔn)效 率，確保了老化設(shè)備的可靠性，真正實現(xiàn)了系統(tǒng)的量值溯源，并使校準(zhǔn)過程自動化，減小了 人為操作對校準(zhǔn)結(jié)果的影響，填補了我國在此項技術(shù)的空白，顯著的有益效果是1)設(shè)計了專用校準(zhǔn)板，實現(xiàn)了對老化系統(tǒng)所有老化工位的漏電流參數(shù)的校準(zhǔn)；2)采用虛擬儀器技術(shù)實現(xiàn)了校準(zhǔn)過程的自動化，提高了校準(zhǔn)效率；3)采用模塊化儀器實現(xiàn)了校準(zhǔn)裝置的便攜性；4)對不同型號的老化系統(tǒng)，僅需重新設(shè)計專用校準(zhǔn)板和校準(zhǔn)軟件，校準(zhǔn)裝置的硬 件部分不需要重新配置，使得校準(zhǔn)裝置具備了通用性；5)利用控制器強大的軟硬件資源，可以進(jìn)行比較好的數(shù)據(jù)處理，同時也可提高測 量的分辨率和準(zhǔn)確性。

圖1為電容器高溫老化系統(tǒng)校準(zhǔn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為校準(zhǔn)裝置的軟件平臺的流程圖。圖3為專用校準(zhǔn)板的工作原理圖。圖4為交換開關(guān)模塊的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。圖5為老化試驗電源的校準(zhǔn)連線圖。圖6為高溫試驗箱的校準(zhǔn)連線圖。圖7為漏電流的校準(zhǔn)連線圖。
具體實施方式
根據(jù)圖1-7所示，一種電容器高溫老化系統(tǒng)校準(zhǔn)裝置，包括機箱1、專用校準(zhǔn)板5 以及溯源到國家/國防基準(zhǔn)的外接儀表，所述機箱1內(nèi)設(shè)置有控制器2、數(shù)據(jù)采集模塊3和 交換開關(guān)模塊4 ；所述機箱1為美國M PXI-1042系列8槽機箱；所述控制器2為美國NIPXI-8108控制器，NI PXI-8108控制器通過機箱1中的PXI總線與數(shù)據(jù)采集模塊3及交換 開關(guān)模塊4進(jìn)行連接；所述數(shù)據(jù)采集模塊3為美國OT PXI-4072六位半數(shù)字多用表模塊，交 換開關(guān)模塊4為美國NI PXI-2527多路復(fù)用器模塊，NI PXI-4072六位半數(shù)字多用表模塊的 第一正端、第一負(fù)端、第二正端以及第二負(fù)端均與NI PXI-2527多路復(fù)用器模塊進(jìn)行連接； 所述NI PXI-2527多路復(fù)用器模塊，包括第一正端、第一負(fù)端、第二正端、第二負(fù)端、兩個公 共端以及若干個通道端，分別與外接儀表以及專用校準(zhǔn)板5的相應(yīng)端點連接；所述專用校 準(zhǔn)板5，與老化系統(tǒng)的接口一致，包括多個用以測試不同漏電流值的精密電阻以及引出漏電 流參數(shù)的插座；所述外接儀表的電子負(fù)載6的第一正端以及第一負(fù)端與老化試驗電源的輸 出端連接；所述外接儀表的鉬熱電阻7與NI PXI-2527多路復(fù)用器模塊的通道端連接。所述控制器2安裝有Labview虛擬儀器校準(zhǔn)軟件。校準(zhǔn)軟件包括三個主要的功能 模塊溫度校準(zhǔn)模塊、漏電流校準(zhǔn)模塊和電源校準(zhǔn)模塊。1、便攜式模塊化儀器組如圖1所示，本裝置的硬件部分由外接儀表、模塊化儀器組以及專用校準(zhǔn)板5組 成，其中的模塊化儀器組為主要校準(zhǔn)儀器，包括數(shù)據(jù)采集模塊3、交換開關(guān)模塊4以及控制 器2，這些模塊均基于PXI總線，并置于PXI總線機箱1中，由此實現(xiàn)了主要校準(zhǔn)儀器的便攜 性。2、校準(zhǔn)軟件本實用新型中的校準(zhǔn)軟件的流程圖如圖2所示校準(zhǔn)軟件首先完成數(shù)據(jù)采集模塊 3和交換開關(guān)模塊4的檔位、量程、采樣方式、掃描通道等參數(shù)的設(shè)置；并控制交換開關(guān)模塊 4對測量通道進(jìn)行切換，控制數(shù)據(jù)采集模塊3對直流電壓、交流電壓、電阻等信號進(jìn)行采樣； 將采樣后得到的數(shù)據(jù)送至控制器2進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析與處理，主要是被采集來的信號進(jìn)行溫 度均勻度、波動度和溫度偏差的計算、老化電源電壓的分析、老化通道的漏電流計算；數(shù)據(jù) 的顯示與保存用于對所測量的信號以直觀的圖表等形式輸出，并將測量結(jié)果數(shù)據(jù)保存至文 件進(jìn)行存儲。校準(zhǔn)軟件包括三個主要的功能模塊溫度校準(zhǔn)模塊、漏電流校準(zhǔn)模塊和電源校準(zhǔn) 模塊，這三個模塊分別對高溫試驗箱、漏電流測試電路、老化試驗電源進(jìn)行校準(zhǔn)。3、專用校準(zhǔn)板根據(jù)電容器高溫老化系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和老化原理，設(shè)計并制作符合老化系統(tǒng)接口 的專用校準(zhǔn)板5，根據(jù)需要，在專用校準(zhǔn)板5上設(shè)計模擬負(fù)載電路，并使用排線形式將相關(guān) 的測試信號引出。校準(zhǔn)時通過排線將測試信號引至交換開關(guān)模塊4。該校準(zhǔn)板的原理圖如 圖3所示，其中的虛線表示連接交換開關(guān)模塊4和專用校準(zhǔn)板5接口的專用連接線。校準(zhǔn) 板上設(shè)有n組電阻，每一組電阻用來對一個漏電流測試點進(jìn)行校準(zhǔn)；Rn表示一組共m個相 同型號的電阻，每個電阻分別對應(yīng)一個通道，電阻在電路板上串聯(lián)在通道中；同一組電阻通 過校準(zhǔn)板上的接口連接到高溫老化系統(tǒng)中，測量時數(shù)據(jù)采集模塊3利用交換開關(guān)模塊4進(jìn) 行通道間的切換，每次先測量Rn兩端的電壓值，再測量Rn的電阻值。4、動態(tài)可重構(gòu)交換開關(guān)模塊該交換開關(guān)模塊4能夠按照需求設(shè)置為特定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并開閉指定的信號通 道，將需要的信號傳遞給數(shù)據(jù)采集模塊3進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并交由控制器2進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、分析 及結(jié)果顯示、存儲處理等操作。分別按校準(zhǔn)軟件的三個功能模塊進(jìn)行設(shè)計的交換開關(guān)模塊
54的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖4所示，其中Switchl和Switch2表示裝置中的兩個交換開關(guān)，"4-ffire 16X 1”和“1-Wire 64X 1”是交換開關(guān)模塊4拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的名稱，圓括號內(nèi)的字符表示在指定 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中用到的交換開關(guān)模塊4的通道名稱。(1)校準(zhǔn)老化試驗電源對老化電源的校準(zhǔn)，需要采用如圖5所示的方式對交換開關(guān)模塊4進(jìn)行配置，其 中圓括號內(nèi)的字符表示交換開關(guān)模塊4的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。Switch2的C0M0-與1WREF0之間，以 及C0M1-與1WREF1之間的虛線，表示在這種拓?fù)湎拢珻0M0-與1WREF0是連通的，C0M1-與 1WREF1也是連通的。其中1WREF0和1WREF1表示交換開關(guān)模塊4的兩個公共端，C0M0+表 示第一正端，C0M0-表示第一負(fù)端，C0M1+表示第二正端，C0M1-表示第二負(fù)端，chn表示通 道號。圖中的DMM表示數(shù)據(jù)采集模塊3，圖中所有實線均表示導(dǎo)線，其中與老化電源相連的 兩根導(dǎo)線上加有香蕉接頭。交換開關(guān)模塊4配置完畢后，直接利用數(shù)據(jù)采集模塊3便可測 量老化試驗電源的電源電壓和紋波等參量。(2)校準(zhǔn)高溫試驗箱校準(zhǔn)高溫試驗箱時，本裝置的連線方式如圖6所示。圖中所有實線均表示導(dǎo)線，其 中高溫箱內(nèi)導(dǎo)線端的鉬熱電阻7用實心圓表示。chl與cM之間的省略表示一共有9個通 道，Switch2的這9個通道通過4線接法分別與9個鉬熱電阻7相連。其中圓括號內(nèi)的字 符表示交換開關(guān)模塊4的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。交換開關(guān)模塊4配置完畢后，利用校準(zhǔn)軟件可控制數(shù)據(jù)采集模塊3利用四線法測 量鉬熱電阻7的阻值，并利用數(shù)學(xué)模型將其轉(zhuǎn)換為溫度值，測量完畢后，校準(zhǔn)軟件再次利用 相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型自動計算出溫度均勻度、溫度波動度和溫度偏差。(3)校準(zhǔn)漏電流校準(zhǔn)漏電流的連線方式如圖7所示。其中，Switch2的C0M0-與1WREF0之間，以 及C0M1-與1WREF1之間的虛線，表示在這種拓?fù)湎?，C0M0-與1WREF0是連通的，C0M1-與 1WREF1也是連通的。圖中所有實線均表示導(dǎo)線，其中與專用校準(zhǔn)板5的VCC端相連的導(dǎo)線 上加有香蕉接頭。chl與chm之間的省略表示一共有m個通道，Switchl的這m個通道通過 排線與專用校準(zhǔn)板5上的插座連接。圓括號內(nèi)的字符表示交換開關(guān)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。校準(zhǔn)的基本方法是在通道內(nèi)串聯(lián)電阻，利用校準(zhǔn)裝置測量此電阻值以及電阻兩端 的電壓，從而計算出電流值。以一塊老化板為單位，一次校準(zhǔn)覆蓋一塊校準(zhǔn)板上的m個通 道。校準(zhǔn)的一輪操作包括1)插入專用校準(zhǔn)板5，自動測試m個通道電壓；2)切斷老化電源， 拔出專用校準(zhǔn)板5，自動測試m個通道電阻，并自動計算m個通道的漏電流值；3)利用排線 切換到下一組電阻。每一輪測試對應(yīng)一組相同型號的電阻，一共有k組電阻，即需進(jìn)行k輪 測試(k代表漏電流校準(zhǔn)時測試點的數(shù)量)。5、漏電流的校準(zhǔn)采取測量電壓和電阻的方式先利用數(shù)據(jù)采集模塊3測量專用校準(zhǔn)板5上電阻兩端的電壓，再測量同一電阻的 電阻值，利用電壓/電阻得出相應(yīng)的電流值，這種方式使得對小電流的測量結(jié)果更加準(zhǔn)確。本實用新型不限于以上一個實施例，而可以基于多個不同型號模塊的組合實現(xiàn)多 個實施例。
權(quán)利要求一種電容器高溫老化系統(tǒng)校準(zhǔn)裝置，包括機箱(1)，其特征在于還有專用校準(zhǔn)板(5)以及溯源到國家/國防基準(zhǔn)的外接儀表，所述機箱(1)內(nèi)設(shè)置有控制器(2)、數(shù)據(jù)采集模塊(3)以及交換開關(guān)模塊(4)；所述控制器(2)通過機箱(1)中的PXI總線與數(shù)據(jù)采集模塊(3)及交換開關(guān)模塊(4)進(jìn)行連接；所述數(shù)據(jù)采集模塊(3)的第一正端、第一負(fù)端、第二正端以及第二負(fù)端均與交換開關(guān)模塊(4)進(jìn)行連接；所述交換開關(guān)模塊(4)，包括第一正端、第一負(fù)端、第二正端、第二負(fù)端、兩個公共端以及若干個通道端，分別與外接儀表以及專用校準(zhǔn)板(5)的相應(yīng)端點連接；所述外接儀表的電子負(fù)載(6)的第一正端以及第一負(fù)端與老化試驗電源的輸出端連接；所述外接儀表的鉑熱電阻(7)與交換開關(guān)模塊(4)的通道端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容器高溫老化系統(tǒng)校準(zhǔn)裝置，其特征在于所述控制器(2) 為模塊化儀器專用的控制器，安裝有虛擬儀器校準(zhǔn)軟件；所述校準(zhǔn)軟件包括三個主要的功 能模塊，即溫度校準(zhǔn)模塊、漏電流校準(zhǔn)模塊和電源校準(zhǔn)模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容器高溫老化系統(tǒng)校準(zhǔn)裝置，其特征在于所述專用校準(zhǔn) 板(5)由以下幾類部件組成PCB板、電阻、牛角插座、散熱器、接線柱等；PCB板的輪廓與接 口模仿高溫老化板進(jìn)行設(shè)計，電阻使用錫焊固定于PCB板上，散熱器使用硅膠將大功率電 阻固定，若干牛角插座通過PCB板上的導(dǎo)線分別與PCB板接口以及電阻相連，接線柱與PCB 板接口的Vcc相連；校準(zhǔn)時使用排線將相關(guān)的測試信號由牛角插座引出至交換開關(guān)模塊 (4)，數(shù)據(jù)采集模塊(3)通過另外一條連接線與專用校準(zhǔn)板(5)的接線柱相連。
專利摘要一種電容器高溫老化系統(tǒng)校準(zhǔn)裝置，包括機箱(1)，還有專用校準(zhǔn)板(5)以及溯源到國家/國防基準(zhǔn)的外接儀表，所述機箱(1)內(nèi)設(shè)置有控制器(2)、數(shù)據(jù)采集模塊(3)以及交換開關(guān)模塊(4)。其優(yōu)點是將自動化測試技術(shù)應(yīng)用于設(shè)備校準(zhǔn)中，可對老化系統(tǒng)的溫度、漏電流、電源電壓等參數(shù)進(jìn)行全面校準(zhǔn)，并可同時對多數(shù)個待校準(zhǔn)老化通道進(jìn)行參數(shù)校準(zhǔn)工作，故在對所有參數(shù)全面校準(zhǔn)的同時還提高了校準(zhǔn)效率，確保了老化設(shè)備的可靠性，真正實現(xiàn)了系統(tǒng)的量值溯源，并使校準(zhǔn)過程自動化，減小了人為操作對校準(zhǔn)結(jié)果的影響，填補了我國在此項技術(shù)的空白。
文檔編號G01R35/00GK201654216SQ20102011508
公開日2010年11月24日 申請日期2010年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月9日
發(fā)明者劉文捷, 張明虎, 李強, 李軒冕 申請人:中國船舶重工集團公司第七○九研究所