專利名稱：一種ptc熱敏電阻交流阻抗譜自動測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于元器件參數(shù)測試領(lǐng)域，特別涉及一種PTC熱敏電阻交流阻抗譜自動測
I式O
背景技術(shù)：
以微量稀土元素?fù)诫s而半導(dǎo)化的BaTiO3陶瓷在常溫下電阻值很低，但隨著溫度的升高，在居里點附近發(fā)生突變，電阻值急劇上升，產(chǎn)生顯著的PTC效應(yīng)。用該陶瓷制成的元件稱為正溫度系數(shù)(PTC)熱敏電阻，PTC熱敏電阻被廣泛應(yīng)用于家用電器、電力設(shè)施、電子設(shè)備以及汽車行業(yè)等眾多領(lǐng)域。電阻-溫度特性是PTC熱敏電阻的基本特性之一，它是指在規(guī)定的電壓下，PTC熱敏電阻器的零功率電阻值與電阻體溫度之間的關(guān)系。電阻-溫度特性的測量需要帶有智能接口的高精度、寬量程的電阻測量儀器，考慮到可靠性、穩(wěn)定性、易用性等因素，通常做法是采用國外廠商的臺式萬用表進(jìn)行系統(tǒng)集成。實際應(yīng)用中，PTC熱敏電阻經(jīng)常在交流電壓下工作，如馬達(dá)啟動器、過流保護器、發(fā)熱體等。研究表明由于晶界效應(yīng)的影響，在交流電壓下，PTC熱敏電阻不是純粹的歐姆電阻，而是容性電阻；PTC熱敏電阻的電阻值，隨測試頻率的增加而明顯下降，當(dāng)頻率高于一定值時(如IMHz)時，試樣的阻值失去正溫度特性。因此， 簡單地使用直流電阻來表征PTC熱敏電阻是不夠充分的。換言之，使用交流阻抗而非直流電阻來表征PTC熱敏電阻是可行的，具有高精度、寬量程、寬頻帶測量能力的阻抗測量儀也是必需的。盡管高性能的阻抗測量儀器可以通過訂購獲得，但它們也存在體積龐大、價格昂貴、操作復(fù)雜、使用不便等問題，顯然不適用于工業(yè)自動化檢測領(lǐng)域。溫度控制方面，傳統(tǒng)的方法是采用交流接觸器來控制電爐絲通斷電，供電電源也沒有采取隔離措施，此種方式溫控準(zhǔn)確度差、干擾大、可靠性差，溫升失控現(xiàn)象時有發(fā)生，嚴(yán)重時將導(dǎo)致測試設(shè)備過熱損壞。此外，電爐絲通電回路未有過流保護措施，也使得系統(tǒng)可靠性進(jìn)一步惡化，不適合長時間連續(xù)工作。通訊接口方面，傳統(tǒng)的測試設(shè)備配備有RS-232串行接口和LPT并行接口。通訊接口不統(tǒng)一造成系統(tǒng)連接復(fù)雜、不易擴展、通用性差。此外，目前主流商用計算機已經(jīng)取消了這兩種接口，即使部分工控計算機仍然保留了這兩種接口，但硬件配置偏低，且價格昂貴， 難以滿足實際使用需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種PTC熱敏電阻在不同頻率下的阻抗-溫度特性自動測試裝置，解決了現(xiàn)有測試設(shè)備存在的表征方法不客觀、阻抗測量儀器可用性差、溫控儀表可靠性低、各分立儀器通訊接口不統(tǒng)一等問題，可廣泛應(yīng)用于PTC熱敏電阻、半導(dǎo)體陶瓷、各種敏感元件的研究、測試、表征以及評價等。—種PTC熱敏電阻交流阻抗譜自動測試裝置，包括用于放置樣品的電熱爐，用于維持電熱爐恒溫以及防止過流的溫度控制及保護電路，用于測量樣品阻抗的阻抗測量電路，以及通過CAN總線分別與兩電路相接，用于接收用戶指令，控制兩電路完成對應(yīng)工作的主控機。進(jìn)一步地，所述阻抗測量電路包括交流激勵源、自動平衡電橋和矢量比檢測單元， 交流激勵源分別向自動平衡電橋和矢量比檢測單元提供同步的正弦測試信號和采樣時鐘， 自動平衡電橋在正弦測試信號激勵下產(chǎn)生電壓和電流矢量信號，矢量比檢測單元在采樣時鐘控制下完成對所述電壓和電流矢量的解調(diào)；進(jìn)一步地，所述矢量比檢測單元包括第一信號調(diào)理電路、第二信號調(diào)理電路和第一 SoC微控制器，第一信號調(diào)理電路和第二信號調(diào)理電路分別對電壓和電流矢量信號進(jìn)行放大、濾波和電平轉(zhuǎn)換，調(diào)理后的電壓和電流矢量輸入第一 SoC微控制器，第一 SoC微控制器對輸入的信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并由其內(nèi)置的數(shù)字相敏檢波器對A/D轉(zhuǎn)換后的電壓和電流信號序列作相關(guān)運算，得到樣品的阻抗模和相位。進(jìn)一步地，所述數(shù)字相敏檢波器對A/D轉(zhuǎn)換后的電壓和電流信號序列作相關(guān)運算，得到樣品的阻抗模和相位的具體實現(xiàn)方式為樣品的阻抗模
權(quán)利要求
1.一種PTC熱敏電阻交流阻抗譜自動測試裝置，包括電熱爐，用于放置樣品；溫度控制及保護電路，用于維持所述電熱爐恒溫以及防止過流；阻抗測量電路，用于測量樣品的阻抗；主控機，通過CAN總線分別與所述溫度及電流保護電路和所述阻抗測量電路連接，用于接收用戶指令，控制所述兩電路完成對應(yīng)工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PTC熱敏電阻交流阻抗譜自動測試裝置，其特征在于，所述阻抗測量電路包括交流激勵源、自動平衡電橋和矢量比檢測單元，交流激勵源分別向自動平衡電橋和矢量比檢測單元提供同步的正弦測試信號和采樣時鐘，自動平衡電橋在正弦測試信號激勵下產(chǎn)生電壓和電流矢量信號，矢量比檢測單元在采樣時鐘控制下完成對所述電壓和電流矢量的解調(diào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的PTC熱敏電阻交流阻抗譜自動測試裝置，其特征在于，所述矢量比檢測單元包括第一信號調(diào)理電路、第二信號調(diào)理電路和第一 SoC微控制器，第一信號調(diào)理電路和第二信號調(diào)理電路分別對電壓和電流矢量信號進(jìn)行放大、濾波和電平轉(zhuǎn)換， 調(diào)理后的電壓和電流矢量輸入第一 SoC微控制器，第一 SoC微控制器對輸入的信號進(jìn)行A/ D轉(zhuǎn)換，并由其內(nèi)置的數(shù)字相敏檢波器對A/D轉(zhuǎn)換后的電壓和電流信號序列作相關(guān)運算，得到樣品的阻抗模和相位。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的PTC熱敏電阻交流阻抗譜自動測試裝置，其特征在于，所述數(shù)字相敏檢波器對A/D轉(zhuǎn)換后的電壓和電流信號序列作相關(guān)運算，得到樣品的阻抗模和相位的具體實現(xiàn)方式為樣品的阻抗模|z|=凡.jz"2+a2，相位角0 = _-{^^-__{·^、，P, +aUJ UJ其中，艮為自動平衡電橋的量程電阻，1 N-IIr =一^ A cos{2m/N + θ) ■ cos{2m/N), r = i,uN 二〇1 N-IQr =一 A cos{2m/N + 0)-sm(2m/N), r = i,uN 二〇&和Qi分別為電流矢量信號的幅度和相位角，Al^n θ u分別為電流矢量信號的幅度和相位角，N為一個測試周期內(nèi)的采樣數(shù)，η為采樣點，cos η/Ν)和sinO^in/N)分別通過余弦查表法和正弦查表法獲取。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PTC熱敏電阻交流阻抗譜自動測試裝置，其特征在于，所述溫度控制和保護電路包含有供電模塊、過零觸發(fā)交流開關(guān)和電流采集模塊，它們與電熱爐的電爐絲依次電連接形成回路，過零觸發(fā)交流開關(guān)還連接第二 SoC微控制器的輸出端，第二 SoC微控制器的第一輸入端連接溫度采集模塊，第二 SoC微控制器的第二輸入端連接電流采集模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一所述的PTC熱敏電阻交流阻抗譜自動測試裝置，其特征在于，所述樣品與阻抗測量電路之間通過五端屏蔽端子相接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種PTC熱敏電阻交流阻抗譜自動測試裝置，包括用于放置樣品的電熱爐，用于維持電熱爐恒溫以及防止過流的溫度控制及保護電路，用于測量樣品阻抗的阻抗測量電路，以及通過CAN總線分別與兩電路相接，用于接收用戶指令，控制兩電路完成測量工作的主控機。本發(fā)明阻抗測量電路基于高速同步數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信號處理技術(shù)，既滿足高精度、寬量程、寬頻帶的測量要求，又具有體積小、造價低、操作方便等特點；溫度控制及保護電路、阻抗測量電路與主控機之間通過CAN總線實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊，實時性好、可靠性高；本發(fā)明可保證恒溫的測試環(huán)境，對被測樣品交流阻抗進(jìn)行多頻率點掃描測量，實現(xiàn)PTC熱敏電阻在不同頻率下的阻抗-溫度特性的全自動測試。
文檔編號G01R27/14GK102520257SQ201110402479
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月7日
發(fā)明者胡賓鑫, 黎步銀 申請人:華中科技大學(xué)