專利名稱：敏感元件伏安特性測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種敏感元件的靜態(tài)伏安特性測試裝置，該裝置特別適合于熱敏電阻靜態(tài)伏安特性測試。
背景技術(shù)：
伏安特性是敏感元件的重要特性。即在25℃的靜止空氣中，加在敏感元件兩引出端的電壓與達到熱平衡的穩(wěn)態(tài)條件下的電流之間的關(guān)系，即敏感元件在實際工作狀態(tài)下的電壓—電流特性。該特性反映了敏感元件在工作狀態(tài)下的情況。目前國內(nèi)對伏安特性的測試主要使用萬用表人工逐點測量記錄，然后使用人工或者電腦進行數(shù)據(jù)處理。該測試方法效率低下，并且很難避免由于人工測量所造成的誤差和錯誤，嚴(yán)重影響了敏感元件的靜態(tài)伏安測試，并成為國內(nèi)敏感元件產(chǎn)品進一步發(fā)展的一個瓶頸問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種敏感元件伏安特性測試裝置。該測試裝置可進行高速、連續(xù)、自動、多工位的測試。
為達到上述目的，本發(fā)明采取的解決方案是計算機通過并行打印接口輸出控制信號，該控制信號通過譯碼器譯碼控制通道切換和電壓/電流切換，并讀取測試狀態(tài)，通道切換控制通道切換開關(guān)Kn，使第n個敏感元件的測試回路導(dǎo)通，同時，并行打印接口輸出的控制信號又通過譯碼器譯碼控制程控電源輸出需要的測試電壓，通過RS232串行接口控制智能萬用表切換測試檔，并將讀取測試的數(shù)據(jù)輸入計算機。
本發(fā)明的優(yōu)點是1.完全自動化，不需人工干預(yù)就可進行多工位同時測量。
2.采用過流檢測保護電路，提高了測試裝置的安全性及使用壽命。
3.利用該裝置可進行數(shù)據(jù)處理及進行自動繪制曲線，給用戶直觀的感覺，便于操作。
附圖發(fā)明

圖1是本發(fā)明的一種實施例的結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是圖1中加入自動檢測保護電路的結(jié)構(gòu)框圖。
圖3是圖1中程控電源一種實施例的具體電路圖。
圖4是圖2中自動檢測保護電路一種實施例的具體電路圖。
圖5是測量控制程序的流程圖。
具體實施例方式
如圖1所示，計算機1通過并行打印接口3輸出控制信號，該控制信號通過譯碼器2譯碼控制通道切換6和電壓/電流切換7，并讀取測試狀態(tài)，通道切換6控制通道切換開關(guān)Kn，使第n個敏感元件的測試回路導(dǎo)通，同時，并行打印接口3輸出的控制信號又通過譯碼器2譯碼控制程控電源5輸出需要的測試電壓，通過RS232串行接口4控制智能萬用表8切換測試檔，并將讀取測試的數(shù)據(jù)輸入計算機1。
n為測試裝置中敏感元件的個數(shù)，為一個或多個，該裝置實現(xiàn)了多工位的同時測量。
在上述圖1中，敏感元件僅以熱敏電阻PTCR為例，很容易看出，對其它敏感元件，如光敏元件、濕敏元件等都是適用的。
在測試裝置中我們可采取三級保護措施，第一級保護措施是在程控電源5的接入端接有空氣自動開關(guān)K；第二級保護措施是每只樣品的測試回路中接有熔斷器FUn；第三級保護措施為軟件保護，即當(dāng)程序檢測到某通道電流超過最小電流Imin的兩倍時，通過并行打印接口3控制通道切換開關(guān)Kn自動切斷該測試回路。
為了實現(xiàn)電壓的自動控制切換，設(shè)計了如圖3的程控電源5。程控電源5為一變壓器，其初級兩端接工頻電壓，次級輸出接到被測敏感元件的兩端。變壓器采用二進制輸出，即1V，2V，4V，…，512V等，通過二進制編碼實現(xiàn)測試電壓的程控輸出，當(dāng)只有繼電器J1閉合時，輸出電壓為1V；當(dāng)繼電器Jn1、Jn2、Jn3、Jn4、Jn5閉合時，輸出電壓為(2(n1-1)+2(n2-1)+2(n3-1)+2(n4-1)+2(n5-1))V。比如，只需十只繼電器即可實現(xiàn)1V到1023V的電壓輸出。
為了使該測試裝置更為安全可靠，在敏感元件的測試回路中接有過流檢測保護電路9，如圖2所示。
圖4為過流檢測保護電路9的一種實施例的具體電路圖，其結(jié)構(gòu)為，運算放大器11的正輸入端通過電阻R1接到敏感元件與采樣電阻R0的連接點，通過兩個反向連接的穩(wěn)壓二極管Z1、Z2接地，輸出端與負輸入端相接，并通過二極管D1、可變電阻R2接地。運算放大器12的正輸入端接到可變電阻R2的移動端，負輸入端接入由計算機并行接口3控制的D/A轉(zhuǎn)換器10的輸出端，D/A轉(zhuǎn)換器10輸出比較電壓U，運算放大器12輸出端通過電阻R3接到可控硅SCR的射極，可控硅SCR的陰極接地。光電耦合器13的發(fā)光器的一個輸入端接可控硅SCR的陽極，另一個輸入端通過發(fā)光二極管D2、開關(guān)K1接電源正端，光電耦合器13的發(fā)光器的一個輸出端接地，另一個輸出端通過電阻R4接電源正端，通過二極管D3接驅(qū)動芯片14輸入端，對應(yīng)的輸出端P控制開關(guān)Kn。在該圖4中，敏感元件也是僅以熱敏電阻PTCR為例。
為了增強過流檢測保護電路9的抗干擾能力，在二極管D1的負極與地之間接有電容C1。
過流檢測保護電路9還可為另一種電路形式，它的結(jié)構(gòu)與圖4唯一的不同是，運算放大器12的負輸入端接入由直流電壓源提供的比較電壓U。
上述電路中，譯碼器2可選用HT-12D，智能萬用表8可選用FLUKE45，D/A轉(zhuǎn)換器10可選用MAX531，運算放大器11、12可選用TL082，光電耦合器13可選用TLP521或6N136，驅(qū)動芯片14可選用ULN2004或MC1413，開關(guān)Kn可選用繼電器JQX-10F或JTX。
以下結(jié)合圖4對過流檢測保護電路9作進一步的詳細說明。
測試時，過流檢測保護電路9通過不停的讀取取樣電阻R0兩端的電壓與預(yù)設(shè)的閾值電壓U進行比較，一旦發(fā)生過流，立即切斷測試回路開關(guān)Kn。
過流檢測是通過檢測串于測試回路中的取樣電阻R0兩端的電壓來實現(xiàn)的。取樣電阻R0的阻值很小，為1Ω，R1為限流電阻。加壓時，對一個測試回路而言，測試回路中譯碼器2對應(yīng)的輸出端P0為高電平，驅(qū)動芯片14對應(yīng)的驅(qū)動回路接通，對應(yīng)的開關(guān)Kn閉合，此時光電耦合器13的一個輸出端P1為高電平。當(dāng)熱敏電阻PTCR元件擊穿時，測試回路電流劇增，從而使采樣電阻R0兩端電壓增大，Z1、Z2為兩個反向連接的穩(wěn)壓二極管，將運算放大器11正輸入端的電壓鉗位于0～10V，以防止過高的電壓損壞運算放大器11。運算放大器11接成電壓跟隨器，具有很高的輸入電阻，有將下一級電路與前一級電路隔離的功能。運算放大器11的輸出通過二極管D1、電容C1整流濾波后，通過可變電阻R2分壓輸出，作為運算放大器12的比較輸入。此電壓與運算放大器12負輸入端預(yù)置的過流保護動作閾值電壓U相比較，較大，輸出為高電平，觸發(fā)可控硅SCR并保持。此時，發(fā)光二極管D2發(fā)光指示，光電耦合器13工作，將輸出端P1下拉為低電平，二極管D3導(dǎo)通，將驅(qū)動芯片14輸入引腳下拉為低電平，從而使對應(yīng)測試回路開關(guān)Kn斷開，切斷測試回路，實現(xiàn)了過流保護。閾值電壓U由程序?qū)/A轉(zhuǎn)換器編程設(shè)定，無需人工調(diào)節(jié)。
在正常測試狀態(tài)下，取樣電阻R0兩端的電壓較小。因此可變電阻R2的分壓輸出電壓小于過流保護動作閾值電壓U，運算放大器12輸出為低電平，可控硅SCR不會觸發(fā)，從而光電耦合器13的發(fā)光器不會發(fā)光，其輸出端P1為高電平，二極管D3反向截止。加壓控制由譯碼器2對應(yīng)的輸出端P0決定，過流檢測保護電路9不會對加壓狀態(tài)產(chǎn)生影響。由于可控硅SCR觸發(fā)后保持導(dǎo)通，直到可控硅SCR主回路電壓或電流降到接近于零時，可控硅SCR才關(guān)斷。因此，每一次對一批元件測試完畢后，開始對下一批元件開始測試前，必須斷開開關(guān)K1或通過軟件復(fù)位，以使可控硅SCR截止，使每一測試回路的過流檢測保護電路都處于測試加壓狀態(tài)。
為了實現(xiàn)基于WINDOWS的具有友好的用戶界面的功能強大的軟件系統(tǒng)，我們采用VC6.0編程。圖5是測量控制程序的流程圖。該裝置運行時，首先檢測智能萬用表的連接，并要求用戶根據(jù)需要對萬用表進行設(shè)置。然后對測試參數(shù)進行設(shè)置。接著系統(tǒng)初始化。設(shè)置當(dāng)前測試電壓之后，檢測保護電路是否已經(jīng)動作，若保護電路全動作，則系統(tǒng)復(fù)位，數(shù)據(jù)存盤，測試結(jié)束；若保護電路沒有動作，檢查加壓時間到否，加壓時間未到，重新檢測保護電路動作否，加壓時間到，測量元件兩端電壓及流過元件的電流，然后檢測最高設(shè)置電壓到達否，若沒有到達，則循環(huán)測量，直至到達最高設(shè)置電壓，系統(tǒng)復(fù)位，數(shù)據(jù)存盤，結(jié)束測量、返回。
權(quán)利要求
1.一種敏感元件伏安特性測試裝置，其特征在于計算機(1)通過并行打印接口(3)輸出控制信號，該控制信號通過譯碼器(2)譯碼控制通道切換(6)和電壓/電流切換(7)，并讀取測試狀態(tài)，通道切換(6)控制通道切換開關(guān)kn，使第n個敏感元件的測試回路導(dǎo)通，同時，并行打印接口(3)輸出的控制信號又通過譯碼器(2)譯碼控制程控電源(5)輸出需要的測試電壓，通過RS232串行接口(4)控制智能萬用表(8)切換測試檔，并將讀取測試的數(shù)據(jù)輸入計算機(1)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試裝置，其特征在于程控電源(5)為一變壓器，其初級兩端接工頻電壓，次級輸出接到被測敏感元件的兩端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的測試裝置，其特征在于在敏感元件的測試回路中接有過流檢測保護電路(9)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測試裝置，其特征在于過流檢測保護電路(9)的結(jié)構(gòu)為，運算放大器(11)的正輸入端通過電阻R1接到敏感元件與采樣電阻R0的連接點，通過兩個反向連接的穩(wěn)壓二極管Z1、Z2接地，輸出端與負輸入端相接，并通過二極管D1、可變電阻R2接地，運算放大器12的正輸入端接到可變電阻R2的移動端，負輸入端接入由計算機并行接口(3)控制的D/A轉(zhuǎn)換器(10)的輸出端，該D/A轉(zhuǎn)換器(10)輸出比較電壓U，運算放大器(12)輸出端通過電阻R3接到可控硅SCR的射極，可控硅SCR的陰極接地，光電耦合器(13)的發(fā)光器的一個輸入端接可控硅SCR的陽極，另一個輸入端通過發(fā)光二極管D2、開關(guān)K2接電源正端，光電耦合器(13)的發(fā)光器的一個輸出端接地，另一個輸出端通過電阻R4接電源正端，通過二極管D3接驅(qū)動芯片(14)輸入端，對應(yīng)的輸出端P控制開關(guān)Kn。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測試裝置，其特征在于過流檢測保護電路(9)的結(jié)構(gòu)為，運算放大器(11)的正輸入端通過電阻R1接到敏感元件與采樣電阻R0的連接點，通過兩個反向連接的穩(wěn)壓二極管Z1、Z2接地，輸出端與負輸入端相接，并通過二極管D1、可變電阻R2接地，運算放大器(12)的正輸入端接到可變電阻R2的移動端，負輸入端接入由直流電壓源提供的比較電壓U，輸出端通過電阻R3接到可控硅SCR的射極，可控硅SCR的陰極接地，光電耦合器(13)的發(fā)光器的一個輸入端接可控硅SCR的陽極，另一個輸入端通過發(fā)光二極管D2、開關(guān)K2接電源正端，光電耦合器(13)的發(fā)光器的一個輸出端接地，另一個輸出端通過電阻R4接電源正端，通過二極管D3接驅(qū)動芯片(14)輸入端，對應(yīng)的輸出端P控制開關(guān)Kn。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種敏感元件伏安特性測試裝置。計算機通過并行打印接口輸出控制信號，該控制信號通過譯碼器譯碼控制通道切換和電壓/電流切換，并讀取測試狀態(tài)，通道切換控制通道切換開關(guān)K
文檔編號G01R31/00GK1488950SQ03125278
公開日2004年4月14日 申請日期2003年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月15日
發(fā)明者黎步銀, 王小軍 申請人:華中科技大學(xué)