一种PTC热敏电阻交流阻抗谱自动测试装置

摘要

本发明公开了一种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。

主权项

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，使用PT100铂电阻采集炉膛内部温度，并实时监测通过电炉丝的电流，以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；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；所述交流激励源由两片同步工作的DDS频率合成器构成，其中一路输出为幅度和频率可调的正弦电压信号，另一路输出为控制后续双通道高速同步采样ADC的低抖动时钟；所述自动平衡电桥由一片JFET宽频精密放大器实现；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；所述数字相敏检波器使用片内Flash存储的“正余弦表”来进行相关运算，并采用有限脉冲响应FIR滤波算法代替模拟式低通滤波电路；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；温度采集模块基于四线恒流源法，1mA的精密恒流源通过PT100形成100～200mV之间的直流电压信号，然后经过信号放大和低通滤波，变换成适合SoC微控制器内置ADC输入量程的电压；采用过零触发是为了避免功率可控硅开通期间输出电压和电流的跳变对负载和同电网的其它设备的不良影响，即功率可控硅总是在交流电压的过零点被触发导通，使负载电流和电压每一次出现都是从零开始；由微控制器的PWM信号输出端口控制过零双向可控硅输出光电耦合器的通断时间，实现负载电压回路的通断控制；通过改变PWM信号的占空比控制双向可控硅的通断时间，从而实现负载电压回路电压和功率的无极可调；温度控制及保护电路采用专家系统智能自整定PID算法实现电阻加热炉的精确控制；当PID失调，炉膛温度超过上限温度，或者电炉丝回路电流超过上限电流时，微控制器将执行报警处理例程，交流开关被断开，并向主控机发送报警信息。