專利名稱：敏感元件伏安特性測試裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種敏感元件的靜態伏安特性測試裝置，該裝置特別適合于熱敏電阻靜態伏安特性測試。
背景技術：
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態條件下的電流之間的關系，即敏感元件在實際工作狀態下的電壓—電流特性。該特性反映了敏感元件在工作狀態下的情況。目前國內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據處理。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，嚴重影響了敏感元件的靜態伏安測試，并成為國內敏感元件產品進一步發展的一個瓶頸問題。

發明內容
本實用新型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、自動、多工位的測試。
為達到上述目的，本實用新型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，通道切換控制通道切換開關Kn，使第n個敏感元件的測試回路導通，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，并將讀取測試的數據輸入計算機。
本實用新型的優點是1.完全自動化，不需人工干預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據處理及進行自動繪制曲線，給用戶直觀的感覺，便于操作。


圖1是本實用新型的一種實施例的結構框圖。
圖2是圖1中加入自動檢測保護電路的結構框圖。
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，通道切換6控制通道切換開關Kn，使第n個敏感元件的測試回路導通，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，并將讀取測試的數據輸入計算機1。
n為測試裝置中敏感元件的個數，為一個或多個，該裝置實現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Kn自動切斷該測試回路。
為了實現電壓的自動控制切換，設計了如圖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測試電壓的程控輸出，當只有繼電器J1閉合時，輸出電壓為1V；當繼電器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，其結構為，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轉換器10的輸出端，D/A轉換器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光二極管D2、開關K1接電源正端，光電耦合器13的發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接驅動芯片14輸入端，對應的輸出端P控制開關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，它的結構與圖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，驅動芯片14可選用ULN2004或MC1413，開關Kn可選用繼電器JQX-10F或JTX。
以下結合圖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R0兩端的電壓與預設的閾值電壓U進行比較，一旦發生過流，立即切斷測試回路開關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對應的輸出端P0為高電平，驅動芯片14對應的驅動回路接通，對應的開關Kn閉合，此時光電耦合器13的一個輸出端P1為高電平。當熱敏電阻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，觸發可控硅SCR并保持。此時，發光二極管D2發光指示，光電耦合器13工作，將輸出端P1下拉為低電平，二極管D3導通，將驅動芯片14輸入引腳下拉為低電平，從而使對應測試回路開關Kn斷開，切斷測試回路，實現了過流保護。閾值電壓U由程序對D/A轉換器編程設定，無需人工調節。
在正常測試狀態下，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，從而光電耦合器13的發光器不會發光，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對應的輸出端P0決定，過流檢測保護電路9不會對加壓狀態產生影響。由于可控硅SCR觸發后保持導通，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K1或通過軟件復位，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。
為了實現基于WINDOWS的具有友好的用戶界面的功能強大的軟件系統，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，并要求用戶根據需要對萬用表進行設置。然后對測試參數進行設置。接著系統初始化。設置當前測試電壓之后，檢測保護電路是否已經動作，若保護電路全動作，則系統復位，數據存盤，測試結束；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，然后檢測最高設置電壓到達否，若沒有到達，則循環測量，直至到達最高設置電壓，系統復位，數據存盤，結束測量、返回。
權利要求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，通道切換(6)控制通道切換開關kn，使第n個敏感元件的測試回路導通，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，并將讀取測試的數據輸入計算機(1)。
2.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求3所述的測試裝置，其特征在于過流檢測保護電路(9)的結構為，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轉換器(10)的輸出端，該D/A轉換器(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光二極管D2、開關K2接電源正端，光電耦合器(13)的發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接驅動芯片(14)輸入端，對應的輸出端P控制開關Kn。
5.根據權利要求3所述的測試裝置，其特征在于過流檢測保護電路(9)的結構為，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光二極管D2、開關K2接電源正端，光電耦合器(13)的發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接驅動芯片(14)輸入端，對應的輸出端P控制開關Kn。
專利摘要本實用新型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，通道切換控制通道切換開關K
文檔編號G01R31/26GK2643327SQ0325512
公開日2004年9月22日 申請日期2003年8月15日 優先權日2003年8月15日
發明者黎步銀, 王小軍 申請人:華中科技大學