專利名稱：多路熱敏電阻老化及熱時(shí)間常數(shù)測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電流、電壓測試領(lǐng)域，特別涉及一種多路熱敏電阻老化及熱時(shí)間常數(shù)測試裝置。
技術(shù)背景 熱敏電阻具有阻值變化范圍寬，測溫精度高，可靠性高等特點(diǎn)，在溫度測量，溫度補(bǔ)償及抑制浪涌方面應(yīng)用十分廣泛。熱敏電阻參數(shù)的測試對(duì)改善熱敏電阻元件的生產(chǎn)工藝、提高生產(chǎn)效率、保證生產(chǎn)質(zhì)量等都有重要的意義。目前工廠在測試熱敏電阻老化及熱時(shí)間常數(shù)時(shí)特別是負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻NTC時(shí)，均采用沸水煮、人工測試的方法，該測試方法測試用溫場不均勻、溫度不可調(diào)，測試數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，許多環(huán)節(jié)需要人工干預(yù)，效率非常低，不適用于對(duì)批量產(chǎn)品的檢測。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種多路熱敏電阻老化及熱時(shí)間常數(shù)測試裝置，解決了現(xiàn)有測試設(shè)備存在的溫場不均勻、溫度不可調(diào)、測量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、效率低的問題，適用于對(duì)大批量的熱敏電阻進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控測試和抽樣測試。一種多路熱敏電阻老化及熱時(shí)間常數(shù)測試裝置，包括高溫水槽機(jī)構(gòu)、低溫水槽機(jī)構(gòu)、樣品位置切換機(jī)構(gòu)、自動(dòng)給水單元和測量及控制單元，兩水槽機(jī)構(gòu)之間設(shè)有樣品位置切換機(jī)構(gòu)，兩水槽機(jī)構(gòu)分別連接一自動(dòng)給水單元，測量及控制單元電連接樣品。進(jìn)一步地，所述高溫和低溫水槽機(jī)構(gòu)包括水槽、處理器、信號(hào)調(diào)理模塊和溫度采樣模塊，溫度采樣模塊采集的水溫信號(hào)經(jīng)過信號(hào)調(diào)理模塊后傳送給處理器，處理器依據(jù)該信號(hào)進(jìn)行水溫控制保證水槽處于恒溫狀態(tài)。進(jìn)一步地，所述高溫和低溫水槽機(jī)構(gòu)還包括靠近水槽安放的攪拌電機(jī)。進(jìn)一步地，所述自動(dòng)給水單元包括相接的液位繼電器和電磁閥。進(jìn)一步地，所述樣品位置切換機(jī)構(gòu)從下往上依次包括伸縮氣缸、擺動(dòng)氣缸和樣品支撐平臺(tái)。進(jìn)一步地，所述測量及控制單元包括下位機(jī)、AD轉(zhuǎn)換模塊、程控采樣電阻陣列、和上位機(jī)，上位機(jī)向下位機(jī)傳送控制指令，下位機(jī)依據(jù)控制指令對(duì)伸縮氣缸、擺動(dòng)氣缸進(jìn)行控制以及在程控采樣電阻陣列中作電阻串聯(lián)組合，得到的電阻串聯(lián)組電連接樣品；樣品通電，電阻串聯(lián)組的電壓依次經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換模塊和下位機(jī)傳送給上位機(jī)，上位機(jī)作數(shù)據(jù)處理得到熱敏電阻阻值-時(shí)間曲線，進(jìn)而依據(jù)該曲線確定熱敏電阻老化性能及熱時(shí)間常數(shù)。進(jìn)一步地，所述樣品支撐平臺(tái)接有引線導(dǎo)桿。本實(shí)用新型的技術(shù)效果體現(xiàn)在本實(shí)用新型的一種多路熱敏電阻老化及熱時(shí)間常數(shù)自動(dòng)測試裝置，測試過程完全自動(dòng)化，測試用的溫度環(huán)境準(zhǔn)確、穩(wěn)定，測試結(jié)果在上位機(jī)上顯示，直觀明了，極大地提高了測試熱敏電阻老化及熱時(shí)間常數(shù)的效率，而且提供的實(shí)時(shí)檢測方式更能反映材料的抗老化特性。具體地講，高溫水槽機(jī)構(gòu)和低溫水槽機(jī)構(gòu)提供恒溫環(huán)境，每個(gè)水槽機(jī)構(gòu)配有自動(dòng)給水單元，能夠使槽內(nèi)介質(zhì)液位保持在一個(gè)固定的范圍內(nèi)，對(duì)于長時(shí)間做老化測試時(shí)的槽內(nèi)介質(zhì)損耗有很好的補(bǔ)給。樣品位置切換機(jī)構(gòu)優(yōu)選氣動(dòng)元件使測試樣品在高溫水槽和低溫水槽中來回切換，氣動(dòng)元件噪聲小，整個(gè)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)過程速度可自由調(diào)節(jié)且平穩(wěn)。測量及控制單元與被測樣品遠(yuǎn)離，避免了測試過程中的水蒸汽，同時(shí)測量數(shù)據(jù)完全在上位機(jī)上保存，并可以通過上位機(jī)軟件繪出熱敏電阻阻值-時(shí)間曲線以便直觀觀察熱敏電阻的抗老化性能。而且提供了多種測試方式，既可以實(shí)時(shí)監(jiān)測熱敏電阻阻值變化，又可以隨時(shí)做抽樣測試。整個(gè)測試過程完全自動(dòng)，不 需要人主動(dòng)干預(yù)，極大地提高了測試效率和準(zhǔn)確性。

圖I為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為高、低溫水槽機(jī)構(gòu)原理框圖；圖3為測量及控制單元原理框圖；圖4為程控采樣電阻陣列原理示意具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例進(jìn)行說明。如圖I所示，本實(shí)用新型包括高溫水槽機(jī)構(gòu)、低溫水槽機(jī)構(gòu)、樣品位置切換機(jī)構(gòu)、自動(dòng)給水單元和測量及控制單元。高溫水槽機(jī)構(gòu)和低溫水槽機(jī)構(gòu)由溫度控制箱I、水槽2、攪拌電機(jī)3組成。自動(dòng)給水單元由液位繼電器4、電磁閥5組成。樣品位置切換機(jī)構(gòu)由伸縮氣缸7、擺動(dòng)氣缸8以及樣品支撐平臺(tái)9、引線導(dǎo)桿10組成。測量及控制單元6放置在整個(gè)測試裝置的左上方位置。如圖2所示，所述高溫水槽機(jī)構(gòu)、低溫水槽機(jī)構(gòu)內(nèi)部控制電路由嵌入式MCU數(shù)控單元、信號(hào)調(diào)理模塊、16位AD采樣模塊、精密鉬電阻多點(diǎn)測溫模塊和攪拌電機(jī)3組成。精密鉬電阻均勻的分布在水槽的上、中、下位置，鉬電阻上的電信號(hào)，通過信號(hào)調(diào)理模塊后經(jīng)由AD采樣，將模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并經(jīng)過數(shù)字濾波后送給嵌入式MCU數(shù)控單元，在處理器溫控算法上采用專家PID對(duì)水槽溫度精準(zhǔn)控制，傳統(tǒng)的PID控制技術(shù)對(duì)于時(shí)變的，非線性的，包含許多未知參數(shù)或是帶有隨機(jī)干擾很難獲得良好的控制效果。專家PID算法克服了以上缺點(diǎn)，對(duì)傳統(tǒng)的PID控制情況再細(xì)分，可對(duì)復(fù)雜情況進(jìn)行更加有效和精準(zhǔn)地控制，克服了傳統(tǒng)PID易超調(diào)、穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)。所述自動(dòng)給水單元，其由液位繼電器4和電磁閥5組成。液位繼電器4伸出三個(gè)導(dǎo)線探頭插入水槽之中，依靠三個(gè)探頭衡量液位高低，并將開關(guān)信號(hào)傳輸給電磁閥控制介質(zhì)液體的補(bǔ)給。由于本裝置水槽內(nèi)溫度范圍很寬，-5攝氏度到150攝氏度，如果使用普通的液位傳感器，一方面?zhèn)鞲衅骱茈y適應(yīng)如此寬的工作溫度范圍，且在如此惡劣的高低溫環(huán)境中會(huì)出現(xiàn)傳感器失效問題；另一方面本裝置水槽容積小，而普通的液位傳感器體積大，安置不便。所以包含液位繼電器的自動(dòng)給水單元能夠適應(yīng)本裝置寬的工作溫度范圍，且伸入水槽中僅為三根導(dǎo)線，占用的體積小，最后相比普通的液位傳感器，使用液位繼電器節(jié)約了成本。所述樣品位置切換機(jī)構(gòu)米樣氣動(dòng)方式，包括一個(gè)伸縮氣缸7和一個(gè)擺動(dòng)氣缸8。擺動(dòng)氣缸8固定在伸縮氣缸7之上,擺動(dòng)氣缸8上端安放有一樣品支撐平臺(tái)9。每個(gè)氣缸配備有兩個(gè)磁性開關(guān)，這四個(gè)磁性開關(guān)提供的開關(guān)信號(hào)會(huì)傳遞給測量及控制單元的DSP，通過這4個(gè)開關(guān)信號(hào)DSP總能知曉氣缸是否轉(zhuǎn)到指定位置，從而適度調(diào)節(jié)氣缸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度使樣品準(zhǔn)確落入水槽內(nèi)，通過采用合適的轉(zhuǎn)動(dòng)速度可減少樣品在高低溫水槽中來回切換時(shí)所造成的液體飛濺，相比于傳統(tǒng)的機(jī)械擺臂控制，使用氣動(dòng)原件降低了實(shí)際使用過程中的噪聲，且整個(gè)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)過程很平穩(wěn)。樣品支撐平臺(tái)9接有引線導(dǎo)桿10，樣品的接線穿過引線導(dǎo)桿10與測量及控制單元6連接，引線導(dǎo)桿10可有效防止在樣品位置切換時(shí)樣品接線纏成一團(tuán)。如圖3所示，所述測量及控制單元6包括下位機(jī)、AD轉(zhuǎn)換模塊、程控采樣電阻陣列、上位機(jī)。下位機(jī)采用DSP，DSP與AD轉(zhuǎn)換模塊、程控采樣電阻陣列模塊和上位機(jī)電信號(hào)連接；程控采樣電阻陣列模塊輸出的電信號(hào)經(jīng)AD轉(zhuǎn)換模塊采樣、轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)送入DSP ；DSP接收上位機(jī)發(fā)出的控制命令，控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，并將采集到的數(shù)據(jù)送至上位機(jī)，由上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，并進(jìn)行R_t電阻時(shí)間曲線的繪制。DSP是數(shù)據(jù)處理中心，負(fù)責(zé)AD轉(zhuǎn) 換模塊、精密程控電阻陣列模塊的控制和對(duì)AD轉(zhuǎn)換模塊采樣數(shù)據(jù)的處理計(jì)算，氣缸的控制以及程序的實(shí)現(xiàn)。DSP選用TI公司的TMS320VC5402DSP，它具有體積小、成本低、高速和低功耗的特點(diǎn)，足以勝任熱敏電阻性能測試中大量數(shù)據(jù)的處理工作，其IO 口資源豐富，各模塊均通過IO 口連接至DSP。AD芯片選用TI公司的ADS8509，它具有精度高，采樣速度快，可以快速準(zhǔn)確的采集采樣電阻上的電壓信號(hào)。程序調(diào)試完成后燒入DSP中。所述的DSP、高速AD轉(zhuǎn)換模塊可順序?qū)?0路采樣電阻陣列上的電壓信號(hào)V1-V5q進(jìn)行采樣。然后通過串口將數(shù)據(jù)打包送入上位機(jī)，上位機(jī)以固定的時(shí)間時(shí)隔保存接收到的數(shù)據(jù)，并存入硬盤文件。由上位機(jī)軟件統(tǒng)一處理所采集的精密采樣電阻陣列上的電壓信號(hào)V1-V500供電電壓為穩(wěn)壓電源，已知為Vs，精密采樣電阻的值為R，由于各路熱敏電阻與精密采樣電阻均串聯(lián)且接于供電回路之中。根據(jù)分壓法可以計(jì)算各路的熱敏電阻的阻值。R1R (1=1,2,3-50)
i根據(jù)以上公式，上位機(jī)可以計(jì)算得出每路熱敏電阻的阻值。由于采樣率固定，即采樣的時(shí)間時(shí)隔是已知的。在熱敏電阻在高低溫環(huán)境中循環(huán)時(shí)，我們可以通過上位機(jī)繪制出每一路熱敏電阻Ri_t(i = 1,2,3... 50)電阻時(shí)間特性曲線。針對(duì)負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，先通過設(shè)定在目標(biāo)溫度Ti = Ta+ (Tb-Ta) *0. 632 (其中Ta為低溫水槽溫度，Tb為高溫水槽的溫度)時(shí)的零功率電阻，然后上位機(jī)采用某種算法，依照中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)發(fā)布的《直熱式負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器第I部分總規(guī)范》(GB/T 6663. 1-2007/IEC 60539-1 :2002)計(jì)算NTC熱敏電阻的環(huán)境變化引起的熱時(shí)間常數(shù)τ。DSP將數(shù)據(jù)打包上傳給上位機(jī)，上位機(jī)提供人機(jī)交流的友好界面，其通過RS232接口與DSP進(jìn)行通信，上位機(jī)部分主要用于數(shù)據(jù)接收、根據(jù)數(shù)據(jù)做出熱敏電阻的電阻時(shí)間曲線、以及根據(jù)設(shè)置的參數(shù)計(jì)算熱時(shí)間常數(shù)。本測試裝置既包含了傳統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測方式又提供了一種隨機(jī)抽樣檢測的方式，使得整套系統(tǒng)更加靈活和科學(xué)。如圖4所示，精密采樣電阻陣列由繼電器、多個(gè)O. 1%精度的金屬膜采樣電阻、高速模擬開關(guān)、電壓信號(hào)放大電路組成；采樣電阻一端通過高速模擬開關(guān)連接至電壓信號(hào)放大電路后再接入測量與控制單元的AD轉(zhuǎn)換模塊；三個(gè)繼電器控制與熱敏電阻串聯(lián)的電阻值。在電路設(shè)計(jì)上，精密采樣電阻陣列模塊可以很方便地拔插，增強(qiáng)了本套裝置的易用性。繼電器采用松下(Panasonic)制造的DS2E-M-DC3V，為抑制測試回路中的共模信號(hào)，電壓放大電路采用儀用放大器AD620。DSP可對(duì)繼電器進(jìn)行控制，當(dāng)控制一路繼電器吸合時(shí)，即將采樣電阻串入50路熱敏電阻的測試回路，高速模擬開關(guān)選擇的是安森美半導(dǎo)體(ONSemiconductor)公司的NLAS4684，該模擬開關(guān)具有O. 5 Ω導(dǎo)通電阻，且導(dǎo)通速度快。DSP控制這50路的模擬開關(guān)，選擇具體的某一路接入電壓放大電路，隨后被放大的電壓信號(hào)經(jīng)由AD轉(zhuǎn)換模塊最終被DSP采集。整個(gè)測試流程如下給自動(dòng)給水單元的電磁閥接上水管并供水，給兩氣缸供氣并接通電源，通過恒溫水槽的溫度控制箱來設(shè)定兩個(gè)水槽的高溫和低溫溫度。通過測量及控制單元來設(shè)置采樣電阻陣列單元串聯(lián)接入各路熱敏電阻的阻值、以及老化測試過程的間隔時(shí)間和循環(huán)次數(shù)。打開上位機(jī)軟件，設(shè)定用于熱時(shí)間常數(shù)計(jì)算的中間溫度時(shí)的電阻值。最后通過測量及控制單元上的開關(guān)，開啟測試。測試過程中，DSP會(huì)以一固定的采樣率對(duì)50路采樣電阻上的電壓進(jìn)行采樣，具體地，DSP先控制50路模擬開關(guān)選擇其中一路信號(hào)導(dǎo)通，將信號(hào)經(jīng)過電壓放大模塊后，再經(jīng)過測量及控制單元的AD轉(zhuǎn)換模塊，DSP讀取AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，然后再斷開這一路模擬開關(guān)，閉合下一路模擬開關(guān)并采集下一路的數(shù)據(jù)，依次采集50路，最后將這些數(shù)據(jù)打包貼上包標(biāo)識(shí)符后由RS232串口傳送給上位機(jī)軟件，上位機(jī)軟件在測試過程中將這些數(shù)據(jù)存放在用戶指定的文件中，另一方面，氣缸采用日本SMC公司的MGPL25-150-Z73和MSQA30R-A93，DSP按照設(shè)定的間隔時(shí)間和循環(huán)次數(shù)驅(qū)動(dòng)伸縮氣缸和擺動(dòng)氣缸，使掛接在樣品支撐平臺(tái)(增加了樣品支撐平臺(tái))9上面的樣品在高低溫水槽中循環(huán)測試。測量過程中和測試后，用戶都可以通過上位機(jī)軟件查看指定熱敏電阻樣品的R_t電 阻時(shí)間曲線，計(jì)算整個(gè)過程中熱時(shí)間常數(shù)的平均值。
權(quán)利要求1.多路熱敏電阻老化及熱時(shí)間常數(shù)測試裝置，包括高溫水槽機(jī)構(gòu)、低溫水槽機(jī)構(gòu)、樣品 位置切換機(jī)構(gòu)、自動(dòng)給水單元和測量及控制單元，兩水槽機(jī)構(gòu)之間設(shè)有樣品位置切換機(jī)構(gòu)， 兩水槽機(jī)構(gòu)分別連接一自動(dòng)給水單元，測量及控制單元電連接樣品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多路熱敏電阻老化及熱時(shí)間常數(shù)測試裝置，其特征在于，所 述高溫和低溫水槽機(jī)構(gòu)包括水槽、處理器、信號(hào)調(diào)理模塊和溫度采樣模塊，溫度采樣模塊采 集的水溫信號(hào)經(jīng)過信號(hào)調(diào)理模塊后傳送給處理器，處理器依據(jù)該信號(hào)進(jìn)行水溫控制保證水 槽處于恒溫狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多路熱敏電阻老化及熱時(shí)間常數(shù)測試裝置，其特征在于，所 述高溫和低溫水槽機(jī)構(gòu)還包括靠近水槽安放的攪拌電機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多路熱敏電阻老化及熱時(shí)間常數(shù)測試裝置，其特征在于，所 述自動(dòng)給水單元包括相接的液位繼電器和電磁閥。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多路熱敏電阻老化及熱時(shí)間常數(shù)測試裝置，其特征在于，所 述樣品位置切換機(jī)構(gòu)從下往上依次包括伸縮氣缸、擺動(dòng)氣缸和樣品支撐平臺(tái)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多路熱敏電阻老化及熱時(shí)間常數(shù)測試裝置，其特征在于，所 述測量及控制單元包括下位機(jī)、AD轉(zhuǎn)換模塊、程控采樣電阻陣列、和上位機(jī)，上位機(jī)向下位 機(jī)傳送控制指令，下位機(jī)依據(jù)控制指令對(duì)伸縮氣缸、擺動(dòng)氣缸進(jìn)行控制以及在程控采樣電 阻陣列中作電阻串聯(lián)組合，得到的電阻串聯(lián)組電連接樣品；樣品通電，電阻串聯(lián)組的電壓依 次經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換模塊和下位機(jī)傳送給上位機(jī)，上位機(jī)作數(shù)據(jù)處理得到熱敏電阻阻值_時(shí)間曲 線，進(jìn)而依據(jù)該曲線確定熱敏電阻老化性能及熱時(shí)間常數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的多路熱敏電阻老化及熱時(shí)間常數(shù)測試裝置，其特征在于， 所述樣品支撐平臺(tái)接有引線導(dǎo)桿。
專利摘要本實(shí)用新型公開了多路熱敏電阻老化及熱時(shí)間常數(shù)測試裝置，包括高溫水槽機(jī)構(gòu)、低溫水槽機(jī)構(gòu)、樣品位置切換機(jī)構(gòu)、自動(dòng)給水單元和測量及控制單元，兩水槽機(jī)構(gòu)之間設(shè)有樣品位置切換機(jī)構(gòu)，兩水槽機(jī)構(gòu)分別連接一自動(dòng)給水單元，測量及控制單元電連接樣品。本實(shí)用新型可保證恒溫的測試環(huán)境，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)水位補(bǔ)給和樣品位置切換，最終對(duì)數(shù)據(jù)作數(shù)字化處理，實(shí)現(xiàn)熱敏電阻老化及熱時(shí)間常數(shù)的全自動(dòng)化測試，解決了現(xiàn)有測試設(shè)備存在的溫場不均勻、溫度不可調(diào)、測量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、效率低的問題，適用于對(duì)大批量生產(chǎn)的熱敏電阻進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控測試或者抽樣測試。
文檔編號(hào)G01R31/00GK202383215SQ20112052489
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2011年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月14日
發(fā)明者劉明, 戴世龍, 胡賓鑫, 黃龍, 黎步銀 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)