一種智能化的熔斷電阻自動測試設備-基礎電子

精品文檔-下載后可編輯一種智能化的熔斷電阻自動測試設備-基礎電子摘要：為了解決熔斷電阻器測試過程中人工因素影響大、測試結果離散性大的問題，提出了一種熔斷電阻器自動測試設備的設計方案，通過采用智能化設計，讓設備自動地的測量待測電阻的阻值并加載所要求的測試電流，有效地解決了以上問題。與傳統(tǒng)測試設備相比，熔斷電阻自動測試設備具有測試精度高、重復性好、操作簡便、可靠性高等多種優(yōu)勢。

0引言

熔斷電阻器是用于電路過流保護的重要器件。熔斷電阻的熔斷特性測試工作一般都采用傳統(tǒng)的穩(wěn)壓電源進行。根據我國相關的測試標準，在進行熔斷電阻的熔斷特性測試應當加上相應的額定熔斷電流，當測試電流達到50mA時開始計時，當測試電流下降到額定測試電流的1/50（或1/400，由標準確定）時停止計時，兩者之間的時間差稱為熔斷時間。由于操作者實際上無法地操作計時器，而每個熔斷電阻間不可避免地存在的阻值差異，相同的測試電壓必然會導致實際測試電流與額定測試電流之間的偏差，盡管國家標準允許操作者在2s內將測試電流調整到額定電流值，但對于一個通電后阻值不斷快速發(fā)生變化的熔斷電阻器，要作到這一點談何容易，因此實際操作中常常顧此失彼，導致測試結果分散性強，不同的操作人員對同一批產品往往會得出不同的測試結論，因此生產者希望能得到一種自動化的測試設備用于解決測試中出現(xiàn)的問題，這里介紹的一種智能化的熔斷電阻自動測試設備可以很好地滿足上述需要。

1自動測試設備主要技術特性設計

根據熔斷電阻的測試要求，新設備應具備以下主要技術參數：

（1）輸出電壓范圍：0.03-40V

（2）輸出電流范圍：0.01-23A

（3）輸出電壓分辨率≤1mV

（4）輸出電流分辨率≤1mA

（5）啟動時間設置范圍：0－9秒

（6）熔斷測試時間設置范圍：0－255秒

（7）加電試驗時間設置范圍：0－99999秒

（8）輸出電壓精度：不大于1％FSR

（9）輸出電流精度：不大于1％FSR

新設備應具有如下功能特性：

（1）能自動進行熔斷電阻特性測試，自動判斷熔斷電阻的有無及通斷狀態(tài)，自動計時及顯示測試結果。

（2）可自動測量被測熔斷電阻的阻值，根據實測電阻值的大小自動調整測試電流至額定電流值，避免手工操作帶來的誤差。

（3）可預先對各個型號的熔斷電阻測試參數如：型號、阻值大小、測試功率、測試電流及測試電壓、熔斷時間范圍等進行設置，測試時只需選中待測電阻的型號，所有測試參數都將自動顯示在屏幕上，設備自動處于測試準備狀態(tài)。

（4）采用全電子結構，避免使用機械繼電器或波段開關，提高設備的可靠性。

（5）采用四端口方式連接負載（兩個輸出端口及兩個檢測端口），避免大電流狀態(tài)下產生的測試誤差。

（6）具有短路及過電流保護功能，保證儀器不被意外損壞。

（7）測試數據自動保存，需要時可方便地打印出來。

（8）新的測試設備采用微機進行控制，所有的操作均通過鼠標或鍵盤完成。

2實施方案

2.1硬件部分設計

設備共由兩部分組成：測試儀器和個人計算機（PC），計算機通過串行口與測試儀器內嵌的單片機（89C52）進行通信，由單片機進行數據傳送及采集并控制測試儀器完成測試工作。

由于機械式開關或繼電器觸點開合時有打火現(xiàn)象，不僅壽命短可靠性差，還容易對其它部分產生干擾，故使用固態(tài)繼電器代替。另外由于開關電源的紋波難以控制并影響測試結果，故此采用傳統(tǒng)的模擬電源結構。

根據相關的國家標準，熔斷電阻的阻值分布范圍從0.1到60多歐姆，所需的額定測試電流范圍從百余毫安到20多安培，從電壓及從電流方面考慮采用分檔電路加以實現(xiàn)。

經計算可知，測試設備所需的測試電壓范圍約為0.2V-40V，考慮到變壓器的負載特性、測試電流分布及電網電壓波動情況，選取4抽頭45V/800W的電源變壓器，每個抽頭接一個固態(tài)繼電器作為選通開關，固態(tài)繼電器的通斷由單片機控制，輸出較低電壓時用低電壓抽頭，輸出較高電壓時采用高電壓抽頭，保證電壓調整管兩端的壓降不會過高，避免調整管發(fā)熱燒毀。同時采用四個大功率加裝散熱片的三級管并聯(lián)作為調整管使用，給每個管子留出足夠的功率余量。事實證明，在不加裝風扇的情況下，設備也可以長時間穩(wěn)定地連續(xù)工作。

為了保證上述指標的實現(xiàn)，設備采用兩級穩(wěn)壓方案，第二級穩(wěn)壓電路提供測試所需的穩(wěn)定電壓，其參考電壓來自由單片機控制的16位D/A轉換器（MAX541）及驅動器，級穩(wěn)壓電路起一個緩沖作用，一是保證前級的電壓波動不會影響到輸出級，二是保證晶體管泄漏電流不會傳送到輸出端口（級穩(wěn)壓電路的泄漏電流在第二級穩(wěn)壓電路輸入端提前泄放掉了，而第二級穩(wěn)壓電路由于壓差低泄漏電流可以忽略不計），但級穩(wěn)壓輸出值是浮動的，通過一定的措施，使其在任何情況下都保證第二級穩(wěn)壓電路的調整管有一個約3.5V的壓差（見圖1）。

圖1：熔斷特性測試設備原理示意圖

輸出電壓大小的指令由微機發(fā)出給設備內置的單片機接收，單片機再將相關的數據發(fā)送給D/A轉換器并打開對應的固態(tài)繼電器（選取變壓器不同的輸出抽頭）。為了保證固態(tài)繼電器不會同時處于開啟狀態(tài)而燒毀，單片機先關閉打開的繼電器，延遲50毫秒后再打開另一個固態(tài)繼電器。由于該過程時間很短，所以在實際使用中無法察覺。

采用負載端電壓取樣結構，保證在大電流狀態(tài)下被測熔斷電阻器能得到所需的電壓。參考電源由16位D/A轉換器及其驅動器、2.5V基準電壓源擔任，以保證輸出電壓的靈活性和準確性。在輸出回路中串聯(lián)了一個采樣電阻R，用于測量輸出電流及過電流保護，此電阻選用大功率精密線繞電阻，保證在極端情況下不會因過熱導致阻值發(fā)生變化影響測試結果。電流值在電阻R兩端采樣，經放大后送16位A/D轉換器轉換為數字信號，由單片機讀取后送計算機處理；電壓值經R1、R2分壓后提?。ㄒ妶D1）送16位A/D轉換器轉換為數字信號，由單片機讀取后送計算機處理。

2.2控制軟件設計

計算機測試控制軟件用VB6.0語言編寫；為了的定時及采樣需要，測試儀器內嵌的單片機軟件用匯編語言編寫。

本設備由計算機發(fā)出控制指令，設備中的單片機接收后執(zhí)行相應的操作，同時單片機將采集到的電流及電壓數據發(fā)送給計算機?？刂瞥绦蚋鶕娏鞯拇笮∨袛嗳蹟嚯娮杵鞯挠袩o及通斷狀態(tài)，根據電壓電流比計算出熔斷電阻器的阻值并控制輸出所需的測試電壓。

圖2：測試主界面

自動測試過程流程圖（見圖3）

當操作人員選定待測熔斷電阻器的型號后，相關的測試參數會出現(xiàn)在屏幕上，這時微機發(fā)出指令先輸出一個較低的電壓（保證短期內被測熔斷電阻不會因發(fā)熱而導致阻值變化），然后根據回路中電流的大小判斷待斷熔斷電阻器是否已經裝夾好，電流約等于0.5mA（以下）的作無電阻判斷，電流時大時小作沒夾好判斷，電流穩(wěn)定后根據電流值及電壓值計算電阻值，若該阻值在該型號電阻誤差范圍內則根據額定電流大小及電阻值的大小輸出所需的穩(wěn)定電壓，同時開始計時，在規(guī)定時間內電阻熔斷的（以回路電流下降到額定電流的1/50或1/400，由技術要求決定，在操作前設置）判斷為合格，否則為不合格，同時停止計時顯示測量結果并自動保存，設備自動回到測電阻值的低電壓狀態(tài)。由于回路的輸出端接有電壓取樣電阻，流過該電阻的電流會迭加在回路總電流中，實測時由控制軟件通過下式將該電流從總電流中扣除：

式中：I為實際流過被測電阻的電流；IO為回路總電流；VO為輸出電壓；R1、R2、R4為采樣分壓電阻。

本設備在使用前必須進行標定，從圖3可以看出，本設備的輸出電壓為：

式中V0為輸出電壓，VF為D/A轉換器輸出的參考電壓，其大小在0-2.5伏之間由程序控制，R4為3.9K歐，R3為240歐（見圖3）由上式可以得出輸出電壓在0-40.625V之間可調。

圖3：測試程序框圖

16位D/A轉換器接收的數據范圍為0-65535，對應于0-40.625V之間輸出電壓，電壓分辨率及每輸入數對應的電壓值為40.625/65535=0.62mV，原則上可以簡單地通過調整D/A轉換器的輸入數調整輸出電壓值。但考慮到元器件及電路的非線性因素，設備必須標定后才能使用，標定原理如下：

如圖4所示，輸入一個期望得到的目標電壓，設備按照N=V0/0.62mV的結果向16位D/A轉換器輸入數據N，16位A/D轉換器在R1、R2交點處采集（見圖1）輸出電壓并轉換為數字信號M，與此同時用標準電壓表及電流表在設備輸出端（加適當的負載）測量實際的電壓及電流值，并將實際電壓及電流值填入圖4所示的空格內，按電壓值從小到大重復上述操作過程，控制軟件將自動保存上述Ni、Mi、V0i所有數據并建立內部數據庫。

當設備需要輸出與某標定點相同的電壓V0i時，直接向D/A轉換器發(fā)送對應的數據Ni就可以了；當需要輸出介于兩個標定點V0i與V0j之間的電壓V0k時，按照線性插值公式可得：

由上式可得出：

計算機通過單片機向16位D/A轉換器發(fā)送數據Nk，設備輸出端就會輸出所需的電壓V0k。

由此可見，實際參考電壓輸入數及輸出電壓值是在上述數據庫的基礎上通過查表及插值計算得出的，標定點越多，設備就越。

當因元器件參數發(fā)生變化導致設備無法正常使用時，用戶只需根據說明書要求對設備參數重新進行標定就行了，標定過程十分簡單，一般情況下不需要對硬件進行更換或調整。

為了方便操作，在程序中設置有熔斷電阻參數預置模塊，這樣可大大簡化操作過程，這些預置參數還可以隨時更改或刪除。

圖4：設備參數標定界面

2.3實際使用情況

上述設備的電壓分辨率為