本发明专利技术公开了一种PTC热敏电阻交流阻抗谱自动测试装置，包括用于放置样品的电热炉，用于维持电热炉恒温以及防止过流的温度控制及保护电路，用于测量样品阻抗的阻抗测量电路，以及通过CAN总线分别与两电路相接，用于接收用户指令，控制两电路完成测量工作的主控机。本发明专利技术阻抗测量电路基于高速同步数据采集和数字信号处理技术，既满足高精度、宽量程、宽频带的测量要求，又具有体积小、造价低、操作方便等特点；温度控制及保护电路、阻抗测量电路与主控机之间通过CAN总线实现数据通讯，实时性好、可靠性高；本发明专利技术可保证恒温的测试环境，对被测样品交流阻抗进行多频率点扫描测量，实现PTC热敏电阻在不同频率下的阻抗-温度特性的全自动测试。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于元器件参数测试领域，特别涉及一种PTC热敏电阻交流阻抗谱自动测I式O
技术介绍
以微量稀土元素掺杂而半导化的BaTiO3陶瓷在常温下电阻值很低，但随着温度的升高，在居里点附近发生突变，电阻值急剧上升，产生显著的PTC效应。用该陶瓷制成的元件称为正温度系数(PTC)热敏电阻，PTC热敏电阻被广泛应用于家用电器、电力设施、电子设备以及汽车行业等众多领域。电阻-温度特性是PTC热敏电阻的基本特性之一，它是指在规定的电压下，PTC热敏电阻器的零功率电阻值与电阻体温度之间的关系。电阻-温度特性的测量需要带有智能接口的高精度、宽量程的电阻测量仪器，考虑到可靠性、稳定性、易用性等因素，通常做法是采用国外厂商的台式万用表进行系统集成。实际应用中，PTC热敏电阻经常在交流电压下工作，如马达启动器、过流保护器、发热体等。研究表明由于晶界效应的影响，在交流电压下，PTC热敏电阻不是纯粹的欧姆电阻，而是容性电阻；PTC热敏电阻的电阻值，随测试频率的增加而明显下降，当频率高于一定值时(如IMHz)时，试样的阻值失去正温度特性。因此， 简单地使用直流电阻来表征PTC热敏电阻是不够充分的。换言之，使用交流阻抗而非直流电阻来表征PTC热敏电阻是可行的，具有高精度、宽量程、宽频带测量能力的阻抗测量仪也是必需的。尽管高性能的阻抗测量仪器可以通过订购获得，但它们也存在体积庞大、价格昂贵、操作复杂、使用不便等问题，显然不适用于工业自动化检测领域。温度控制方面，传统的方法是采用交流接触器来控制电炉丝通断电，供电电源也没有采取隔离措施，此种方式温控准确度差、干扰大、可靠性差，温升失控现象时有发生，严重时将导致测试设备过热损坏。此外，电炉丝通电回路未有过流保护措施，也使得系统可靠性进一步恶化，不适合长时间连续工作。通讯接口方面，传统的测试设备配备有RS-232串行接口和LPT并行接口。通讯接口不统一造成系统连接复杂、不易扩展、通用性差。此外，目前主流商用计算机已经取消了这两种接口，即使部分工控计算机仍然保留了这两种接口，但硬件配置偏低，且价格昂贵， 难以满足实际使用需要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种PTC热敏电阻在不同频率下的阻抗-温度特性自动测试装置，解决了现有测试设备存在的表征方法不客观、阻抗测量仪器可用性差、温控仪表可靠性低、各分立仪器通讯接口不统一等问题，可广泛应用于PTC热敏电阻、半导体陶瓷、各种敏感元件的研究、测试、表征以及评价等。—种PTC热敏电阻交流阻抗谱自动测试装置，包括用于放置样品的电热炉，用于维持电热炉恒温以及防止过流的温度控制及保护电路，用于测量样品阻抗的阻抗测量电路，以及通过CAN总线分别与两电路相接，用于接收用户指令，控制两电路完成对应工作的主控机。进一步地，所述阻抗测量电路包括交流激励源、自动平衡电桥和矢量比检测单元， 交流激励源分别向自动平衡电桥和矢量比检测单元提供同步的正弦测试信号和采样时钟， 自动平衡电桥在正弦测试信号激励下产生电压和电流矢量信号，矢量比检测单元在采样时钟控制下完成对所述电压和电流矢量的解调；进一步地，所述矢量比检测单元包括第一信号调理电路、第二信号调理电路和第一 SoC微控制器，第一信号调理电路和第二信号调理电路分别对电压和电流矢量信号进行放大、滤波和电平转换，调理后的电压和电流矢量输入第一 SoC微控制器，第一 SoC微控制器对输入的信号进行A/D转换，并由其内置的数字相敏检波器对A/D转换后的电压和电流信号序列作相关运算，得到样品的阻抗模和相位。进一步地，所述数字相敏检波器对A/D转换后的电压和电流信号序列作相关运算，得到样品的阻抗模和相位的具体实现方式为样品的阻抗模权利要求1.一种PTC热敏电阻交流阻抗谱自动测试装置，包括电热炉，用于放置样品；温度控制及保护电路，用于维持所述电热炉恒温以及防止过流；阻抗测量电路，用于测量样品的阻抗；主控机，通过CAN总线分别与所述温度及电流保护电路和所述阻抗测量电路连接，用于接收用户指令，控制所述两电路完成对应工作。2.根据权利要求1所述的PTC热敏电阻交流阻抗谱自动测试装置，其特征在于，所述阻抗测量电路包括交流激励源、自动平衡电桥和矢量比检测单元，交流激励源分别向自动平衡电桥和矢量比检测单元提供同步的正弦测试信号和采样时钟，自动平衡电桥在正弦测试信号激励下产生电压和电流矢量信号，矢量比检测单元在采样时钟控制下完成对所述电压和电流矢量的解调。3.根据权利要求2所述的PTC热敏电阻交流阻抗谱自动测试装置，其特征在于，所述矢量比检测单元包括第一信号调理电路、第二信号调理电路和第一 SoC微控制器，第一信号调理电路和第二信号调理电路分别对电压和电流矢量信号进行放大、滤波和电平转换， 调理后的电压和电流矢量输入第一 SoC微控制器，第一 SoC微控制器对输入的信号进行A/ D转换，并由其内置的数字相敏检波器对A/D转换后的电压和电流信号序列作相关运算，得到样品的阻抗模和相位。4.根据权利要求3所述的PTC热敏电阻交流阻抗谱自动测试装置，其特征在于，所述数字相敏检波器对A/D转换后的电压和电流信号序列作相关运算，得到样品的阻抗模和相位的具体实现方式为样品的阻抗模|z|=凡.jz"2+a2，相位角0 = _-{^^-__{·^、，P, +aUJ UJ其中，艮为自动平衡电桥的量程电阻，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分别为电流矢量信号的幅度和相位角，Al^n θ u分别为电流矢量信号的幅度和相位角，N为一个测试周期内的采样数，η为采样点，cos η/Ν)和sinO^in/N)分别通过余弦查表法和正弦查表法获取。5.根据权利要求1所述的PTC热敏电阻交流阻抗谱自动测试装置，其特征在于，所述温度控制和保护电路包含有供电模块、过零触发交流开关和电流采集模块，它们与电热炉的电炉丝依次电连接形成回路，过零触发交流开关还连接第二 SoC微控制器的输出端，第二 SoC微控制器的第一输入端连接温度采集模块，第二 SoC微控制器的第二输入端连接电流采集模块。6.根据权利要求1至5任一所述的PTC热敏电阻交流阻抗谱自动测试装置，其特征在于，所述样品与阻抗测量电路之间通过五端屏蔽端子相接。全文摘要本专利技术公开了一种PTC热敏电阻交流阻抗谱自动测试装置，包括用于放置样品的电热炉，用于维持电热炉恒温以及防止过流的温度控制及保护电路，用于测量样品阻抗的阻抗测量电路，以及通过CAN总线分别与两电路相接，用于接收用户指令，控制两电路完成测量工作的主控机。本专利技术阻抗测量电路基于高速同步数据采集和数字信号处理技术，既满足高精度、宽量程、宽频带的测量要求，又具有体积小、造价低、操作方便等特点；温度控制及保护电路、阻抗测量电路与主控机之间通过CAN总线实现数据通讯，实时性好、可靠性高；本专利技术可保证恒温的测试环境，对被测样品交流阻抗进行多频率点扫描测量，实现PTC热敏电阻在不同频率下的阻抗-温度特性的全自动测试。文档编号G01R27/14GK102520257SQ201110402479公开日本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：黎步银，胡宾鑫，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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