一种热敏电阻老化及热时间常数自动测试装

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本发明公开了一种多路热敏电阻老化及热时间常数测试装置，包括高温水槽机构、低温水槽机构、样品位置切换机构、自动给水单元和测量及控制单元，两水槽机构之间设有样品位置切换机构，两水槽机构分别连接一自动给水单元，测量及控制单元电连接样品。本发明可保证恒温的测试环境，实现自动水位补给和样品位置切换，最终对数据作数字化处理，实现热敏电阻老化及热时间常数的全自动化测试，解决了现有测试设备存在的温场不均匀、温度不可调、测量数据不准确、效率低的问题，适用于对大批量生产的热敏电阻进行实时监控测试或者抽样测试。
1. 一种热敏电阻老化及热时间常数自动测试装置，包括高温水槽机构、低温水槽机构、样品位置切换机构、自动给水单元和测量及控制单元，两水槽机构之间设有样品位置切换机构，两水槽机构分别连接一自动给水单元，测量及控制单元电连接样品。
2. 根据权利要求1 所述的热敏电阻老化及热时间常数自动测试装置，其特征在于，所述高温和低温水槽机构包括水槽、处理器、信号调理模块和温度采样模块，温度采样模块采集的水温信号经过信号调理模块后传送给处理器，处理器依据该信号进行水温控制保证水槽处于恒温状态。
3. 根据权利要求2 所述的热敏电阻老化及热时间常数自动测试装置，其特征在于，所述高温和低温水槽机构还包括靠近水槽安放的搅拌电机。
4. 根据权利要求1 所述的热敏电阻老化及热时间常数自动测试装置，其特征在于，所述自动给水单元包括相接的液位继电器和电磁阀。
5. 根据权利要求1 所述的热敏电阻老化及热时间常数自动测试装置，其特征在于，所述样品位置切换机构从下往上依次包括伸缩气缸、摆动气缸和样品支撑平台。
6. 根据权利要求5 所述的热敏电阻老化及热时间常数自动测试装置，其特征在于，所述测量及控制单元包括下位机、AD 转换模块、程控采样电阻阵列、和上位机，上位机向下位机传送控制指令，下位机依据控制指令对伸缩气缸、摆动气缸进行控制以及在程控采样电阻阵列中作电阻串联组合，得到的电阻串联组电连接样品；样品通电，电阻串联组的电压依次经过AD 转换模块和下位机传送给上位机，上位机作数据处理得到热敏电阻阻值- 时间曲线，进而依据该曲线确定热敏电阻老化性能及热时间常数。
7. 根据权利要求5 或6 所述的热敏电阻老化及热时间常数自动测试装置，其特征在于，所述样品支撑平台接有引线导杆。
一种热敏电阻老化及热时间常数自动测试装置
技术领域
[0001] 本发明属于电流、电压测试领域，特别涉及一种多路热敏电阻老化及热时间常数自动测试装置。
背景技术
[0002] 热敏电阻具有阻值变化范围宽，测温精度高，可靠性高等特点，在温度测量，温度补偿及抑制浪涌方面应用十分广泛。热敏电阻参数的测试对改善热敏电阻元件的生产工艺、提高生产效率、保证生产质量等都有重要的意义。目前工厂在测试热敏电阻老化及热时间常数时特别是负温度系数热敏电阻NTC 时，均采用沸水煮、人工测试的方法，该测试方法测试用温场不均匀、温度不可调，测试数据不准确，许多环节需要人工干预，效率非常低，不适用于对批量产品的检测。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于提供一种多路热敏电阻老化及热时间常数测试装置，解决了现有测试设备存在的温场不均匀、温度不可调、测量数据不准确、效率低的问题，适用于对大批量的热敏电阻进行实时监控测试和抽样测试。
[0004] 一种热敏电阻老化及热时间常数自动测试装置，包括高温水槽机构、低温水槽机构、样品位置切换机构、自动给水单元和测量及控制单元，两水槽机构之间设有样品位置切换机构，两水槽机构分别连接一自动给水单元，测量及控制单元电连接样品。
[0005] 进一步地，所述高温和低温水槽机构包括水槽、处理器、信号调理模块和温度采样模块，温度采样模块采集的水温信号经过信号调理模块后传送给处理器，处理器依据该信号进行水温控制保证水槽处于恒温状态。
[0006] 进一步地，所述高温和低温水槽机构还包括靠近水槽安放的搅拌电机。
[0007] 进一步地，所述自动给水单元包括相接的液位继电器和电磁阀。
[0008] 进一步地，所述样品位置切换机构从下往上依次包括伸缩气缸、摆动气缸和样品支撑平台。
[0009] 进一步地，所述测量及控制单元包括下位机、AD 转换模块、程控采样电阻阵列、和上位机，上位机向下位机传送控制指令，下位机依据控制指令对伸缩气缸、摆动气缸进行控制以及在程控采样电阻阵列中作电阻串联组合，得到的电阻串联组电连接样品；样品通电，电阻串联组的电压依次经过AD 转换模块和下位机传送给上位机，上位机作数据处理得到热敏电阻阻值- 时间曲线，进而依据该曲线确定热敏电阻老化性能及热时间常数。
[0010] 进一步地，所述样品支撑平台接有引线导杆。
[0011] 本发明的技术效果体现在：本发明的一种多路热敏电阻老化及热时间常数自动测试装置，测试过程完全自动化，测试用的温度环境准确、稳定，测试结果在上位机上显示，直观明了，极大地提高了测试热敏电阻老化及热时间常数的效率，而且提供的实时检测方式更能反映材料的抗老化特性。具体地讲，高温水槽机构和低温水槽机构提供恒温环境，每个水槽机构配有自动给水单元，能够使槽内介质液位保持在一个固定的范围内，对于长时间做老化测试时的槽内介质损耗有很好的补给。样品位置切换机构优选气动元件使测试样品在高温水槽和低温水槽中来回切换，气动元件噪声小，整个机械转动过程速度可自由调节且平稳。测量及控制单元与被测样品远离，避免了测试过程中的水蒸汽，同时测量数据完全在上位机上保存，并可以通过上位机软件绘出热敏电阻阻值- 时间曲线以便直观观察热敏电阻的抗老化性能。而且提供了多种测试方式，既可以实时监测热敏电阻阻值变化，又可以随时做抽样测试。整个测试过程完全自动，不需要人主动干预，极大地提高了测试效率和准确性。
附图说明
[0012] 图1 为本发明结构示意图；
[0013] 图2 为高、低温水槽机构原理框图；
[0014] 图3 为测量及控制单元原理框图；
[0015] 图4 为程控采样电阻阵列原理示意图；具体实施方式
[0016] 下面结合附图对本发明的较佳实施例进行说明。
[0017] 如图1 所示，本发明包括高温水槽机构、低温水槽机构、样品位置切换机构、自动给水单元和测量及控制单元。
[0018] 高温水槽机构和低温水槽机构由温度控制箱1、水槽2、搅拌电机3 组成。
[0019] 自动给水单元由液位继电器4、电磁阀5 组成。
[0020] 样品位置切换机构由伸缩气缸7、摆动气缸8 以及样品支撑平台9、引线导杆10 组成。
[0021] 测量及控制单元6 放置在整个测试装置的左上方位置。
[0022] 如图2 所示，所述高温水槽机构、低温水槽机构内部控制电路由嵌入式MCU 数控单元、信号调理模块、16 位AD 采样模块、精密铂电阻多点测温模块和搅拌电机3 组成。精密铂电阻均匀的分布在水槽的上、中、下位置，铂电阻上的电信号，通过信号调理模块后经由AD采样，将模拟电信号转换为数字信号并经过数字滤波后送给嵌入式MCU 数控单元，在处理
器温控算法上采用专家PID 对水槽温度精准控制，传统的PID 控制技术对于时变的，非线性的，包含许多未知参数或是带有随机干扰很难获得良好的控制效果。专家PID 算法克服了以上缺点，对传统的PID 控制情况再细分，可对复杂情况进行更加有效和精准地控制，克服了传统PID 易超调、稳定性差的缺点。
[0023] 所述自动给水单元，其由液位继电器4 和电磁阀5 组成。液位继电器4 伸出三个导线探头插入水槽之中，依靠三个探头衡量液位高低，并将开关信号传输给电磁阀控制介质液体的补给。由于本装置水槽内温度范围很宽，-5 摄氏度到150 摄氏度，如果使用普通的液位传感器，一方面传感器很难适应如此宽的工作温度范围，且在如此恶劣的高低温环境中会出现传感器失效问题；另一方面本装置水槽容积小，而普通的液位传感器体积大，安置不便。所以包含液位继电器的自动给水单元能够适应本装置宽的工作温度范围，且伸入水槽中仅为三根导线，占用的体积小，最后相比普通的液位传感器，使用液位继电器节约了成本。
[0024] 所述样品位置切换机构采样气动方式，包括一个伸缩气缸7 和一个摆动气缸8。摆动气缸8 固定在伸缩气缸7 之上，摆动气缸8 上端安放有一样品支撑平台9。每个气缸配备有两个磁性开关，这四个磁性开关提供的开关信号会传递给测量及控制单元的DSP，通过这4 个开关信号DSP 总能知晓气缸是否转到指定位置，从而适度调节气缸的转动速度使样品准确落入水槽内，通过采用合适的转动速度可减少样品在高低温水槽中来回切换时所造成的液体飞溅，相比于传统的机械摆臂控制，使用气动原件降低了实际使用过程中的噪声，且整个机械转动过程很平稳。样品支撑平台9 接有引线导杆10，样品的接线穿过引线导杆10与测量及控制单元6 连接，引线导杆10 可有效防止在样品位置切换时样品接线缠成一团。
[0025] 如图3 所示，所述测量及控制单元6 包括下位机、AD 转换模块、程控采样电阻阵列、上位机。下位机采用DSP，DSP 与AD 转换模块、程控采样电阻阵列模块和上位机电信号连接；程控采样电阻阵列模块输出的电信号经AD 转换模块采样、转换为数字信号送入DSP ；DSP 接收上位机发出的控制命令，控制整个系统的运行，并将采集到的数据送至上位机，由上位机进行数据的处理，并进行R-t 电阻时间曲线的绘制。DSP 是数据处理中心，负责AD 转换模块、精密程控电阻阵列模块的控制和对AD 转换模块采样数据的处理计算，气缸的控制以及程序的实现。DSP 选用TI 公司的TMS320VC5402DSP，它具有体积小、成本低、高速和低功耗的特点，足以胜任热敏电阻性能测试中大量数据的处理工作，其IO 口资源丰富，各模块均通过IO 口连接至DSP。AD 芯片选用TI 公司的ADS8509，它具有精度高，采样速度快，可以快速准确的采集采样电阻上的电压信号。程序调试完成后烧入DSP 中。
[0026] 所述的DSP、高速AD 转换模块可顺序对50 路采样电阻阵列上的电压信号V1-V50进行采样。然后通过串口将数据打包送入上位机，上位机以固定的时间时隔保存接收到的数据，并存入硬盘文件。由上位机软件统一处理所采集的精密采样电阻阵列上的电压信号V1-V50。
[0027] 供电电压为稳压电源，已知为Vs，精密采样电阻的值为R，由于各路热敏电阻与精密采样电阻均串联且接于供电回路之中。根据分压法可以计算各路的热敏电阻的阻值。
[0028]
[0029] 根据以上公式，上位机可以计算得出每路热敏电阻的阻值。由于采样率固定，即采样的时间时隔是已知的。在热敏电阻在高低温环境中循环时，我们可以通过上位机绘制出每一路热敏电阻Ri-t(i ＝ 1，2，3...50) 电阻时间特性曲线。
[0030] 针对负温度系数热敏电阻，先通过设定在目标温度Ti ＝ Ta+(Tb-Ta)*0.632( 其中Ta为低温水槽温度，Tb 为高温水槽的温度) 时的零功率电阻，然后上位机采用某种算法，依照中国国家标准化管理委员会发布的《直热式负温度系数热敏电阻器第1 部分：总规范》(GB/T 6663.1-2007/IEC 60539-1 ：2002) 计算NTC 热敏电阻的环境变化引起的热时间常数τ。
[0031] DSP 将数据打包上传给上位机，上位机提供人机交流的友好界面，其通过RS232 接口与DSP 进行通信，上位机部分主要用于数据接收、根据数据做出热敏电阻的电阻时间曲线、以及根据设置的参数计算热时间常数。本测试装置既包含了传统的实时监测方式又提供了一种随机抽样检测的方式，使得整套系统更加灵活和科学。
[0032] 如图4 所示，精密采样电阻阵列由继电器、多个0.1％精度的金属膜采样电阻、高速模拟开关、电压信号放大电路组成；采样电阻一端通过高速模拟开关连接至电压信号放大电路后再接入测量与控制单元的AD 转换模块；三个继电器控制与热敏电阻串联的电阻值。在电路设计上，精密采样电阻阵列模块可以很方便地拔插，增强了本套装置的易用性。
继电器采用松下(Panasonic) 制造的DS2E-M-DC3V，为抑制测试回路中的共模信号，电压放大电路采用仪用放大器AD620。DSP 可对继电器进行控制，当控制一路继电器吸合时，即将采样电阻串入50 路热敏电阻的测试回路，高速模拟开关选择的是安森美半导体(ONSemiconductor) 公司NLAS4684，该模拟开关具有0.5Ω 导通电阻，且导通速度快。DSP 控
制这50 路的模拟开关，选择具体的某一路接入电压放大电路，随后被放大的电压信号经由AD 转换模块最终被DSP 采集。
[0033] 整个测试流程如下：给自动给水单元的电磁阀接上水管并供水，给两气缸供气并接通电源，通过恒温水槽的温度控制箱来设定两个水槽的高温和低温温度。通过测量及控制单元来设置采样电阻阵列单元串联接入各路热敏电阻的阻值、以及老化测试过程的间隔时间和循环次数。打开上位机软件，设定用于热时间常数计算的中间温度时的电阻值。最后通过测量及控制单元上的开关，开启测试。测试过程中，DSP 会以一固定的采样率对50路采样电阻上的电压进行采样，具体地，DSP 先控制50 路模拟开关选择其中一路信号导通，将信号经过电压放大模块后，再经过测量及控制单元的AD 转换模块，DSP 读取AD 转换后的数据，然后再断开这一路模拟开关，闭合下一路模拟开关并采集下一路的数据，依次采集50 路，最后将这些数据打包贴上包标识符后由RS232 串口传送给上位机软件，上位机软件在测试过程中将这些数据存放在用户指定的文件中，另一方面，气缸采用日本SMC 公司的MGPL25-150-Z73 和MSQA30R-A93，DSP 按照设定的间隔时间和循环次数驱动伸缩气缸和摆动气缸，使挂接在样品支撑平台( 增加了样品支撑平台)9 上面的样品在高低温水槽中循环测试。测量过程中和测试后，用户都可以通过上位机软件查看指定热敏电阻样品的R-t 电阻时间曲线，计算整个过程中热时间常数的平均值。