環(huán)形壓敏電阻參數(shù)測(cè)試儀的研究
摘要：提出了一種新型的環(huán)形壓敏電阻參數(shù)測(cè)試儀，詳細(xì)介紹了它的整體結(jié)構(gòu)，測(cè)量原理和硬件電路。試運(yùn)行表明，該測(cè)試儀的檢測(cè)精度較高，性能穩(wěn)定，很好地解決了環(huán)形壓敏電阻參數(shù)檢測(cè)困難的技術(shù)問(wèn)題。
關(guān)鍵詞：壓敏電阻；測(cè)試；單片機(jī)
1環(huán)形壓敏電阻參數(shù)的測(cè)量原理
環(huán)形壓敏電阻是一個(gè)帶有三個(gè)電極(也有五個(gè)電極的)的環(huán)狀薄片，形狀如圖1所示。正面有三個(gè)電極，電極表面涂有銀，電極之間隔有具有壓敏電阻特性的間隙。在出廠電氣性能檢驗(yàn)中，測(cè)量環(huán)形壓敏電阻的電氣參數(shù)的常用方法是分別在兩電極之間加1毫安(或10毫安)的恒流電流，檢測(cè)兩電極之間的電壓，然后通過(guò)測(cè)得的各電極之間的電壓值和電流值計(jì)算出兩電極之間的電阻值，最后找出其中兩電極之間的最大電阻值、最小電阻值及電極之間的最大電阻差三個(gè)電氣參數(shù)，并按照分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，確定壓敏電阻的等級(jí)。
2系統(tǒng)構(gòu)成原理
環(huán)形壓敏電阻參數(shù)測(cè)試儀由AT89C52單片機(jī)基本系統(tǒng)、測(cè)量電路、驅(qū)動(dòng)電路和鍵盤、顯示電路等組成，系統(tǒng)的硬件原理框圖如圖2所示。?
2.1鍵盤、顯示電路
鍵盤、顯示電路是通過(guò)一片8279集成電路控制的，設(shè)有14位LED顯示，可顯示最大電阻值、最小電阻值、電極之間的最大電阻差及等級(jí)等參數(shù)。由于環(huán)形壓敏電阻使用在不同的情況，對(duì)參數(shù)的要求不同，因而，根據(jù)需要，須經(jīng)常改變出廠檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。本測(cè)試儀設(shè)置了鍵盤，主要是用于設(shè)定環(huán)形壓敏電阻的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)及功能切換等，為了保證檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)在掉電時(shí)不丟失，預(yù)置的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)存入系統(tǒng)擴(kuò)展的EEPROM?X25045中。
2.2測(cè)量電路
測(cè)量電路由一片12位的AD574模數(shù)轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理電路、切換開(kāi)關(guān)、恒流源、自檢電路及測(cè)量探頭等部分構(gòu)成。切換開(kāi)關(guān)硬件電路框圖如圖3所示。測(cè)量用的高精度恒流源設(shè)有1毫安和10毫安兩種，根據(jù)測(cè)試需要，由單片機(jī)通過(guò)控制一個(gè)繼電器的觸點(diǎn)進(jìn)行選擇；切換開(kāi)關(guān)的J11、J21、J31、J12、J22、J32觸點(diǎn)由6個(gè)干簧繼電器構(gòu)成，用于完成被測(cè)環(huán)形壓敏電阻任兩電極之間電壓測(cè)量的切換；信號(hào)處理電路由高電阻分壓電路和運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)的電壓跟隨器構(gòu)成的信號(hào)幅值變換電路組成，主要作用是將被測(cè)信號(hào)的幅度(電流源開(kāi)路電壓為40V)變換為適合于A/D處理的信號(hào)，并減小對(duì)測(cè)試電路的影響。儀器|儀表的檢測(cè)過(guò)程是：當(dāng)按下測(cè)量探頭時(shí)，探頭上的三個(gè)測(cè)針a、b、c分別壓到環(huán)形壓敏電阻的三個(gè)電極上，同時(shí)探頭的機(jī)械輔助觸點(diǎn)K閉合。當(dāng)CPU檢測(cè)到輔助觸點(diǎn)K閉合的信號(hào)后，首先使干簧繼電器的觸點(diǎn)J11與J12閉合，恒流源電流I?S通過(guò)a、b電極，這時(shí)可測(cè)得a、b電極間的電壓Uab(a點(diǎn)對(duì)地電壓)；同樣，當(dāng)J21與J22和J31與J32分別閉合時(shí)，測(cè)得b、c和c、a電極間的電壓Ubc和Uca。根據(jù)各電極之間的測(cè)量電壓和電流值I?S可求得兩電極之間的最大電阻值Rmax、最小電阻值Rmin和最大電阻差ΔRmax：
2.3驅(qū)動(dòng)電路
驅(qū)動(dòng)電路主要是用于控制恒流源的切換；該電路擴(kuò)展了一片74LS273作輸出電路，用于保持繼電器的控制狀態(tài)。各繼電器與CPU之間采用了光電耦合器進(jìn)行隔離，避免了控制線圈對(duì)微機(jī)系統(tǒng)和測(cè)量電路的干擾。
2.4自檢電路
自檢電路用于測(cè)試儀的故障自診斷，即在控制程序的管理下，自動(dòng)在檢測(cè)回路接入一個(gè)已知的標(biāo)準(zhǔn)電阻樣品，通過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電阻樣品的檢測(cè)值來(lái)驗(yàn)證儀器的測(cè)量電路和控制電路是否完好。由于本儀器檢測(cè)速度較高，檢測(cè)品的數(shù)量較大，因而，通過(guò)計(jì)算機(jī)的定時(shí)自檢或人工自檢操作，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)儀器故障，避免大量檢測(cè)品的檢測(cè)錯(cuò)誤.
3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
整個(gè)軟件按模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，控制程序由一個(gè)主程序和多個(gè)子程序構(gòu)成。其主程序流程圖如圖4所示。為了提高系統(tǒng)測(cè)量數(shù)據(jù)的精度，除了在測(cè)試探頭上采用了彈簧緩沖結(jié)構(gòu)和軟件延時(shí)來(lái)消除機(jī)械抖動(dòng)外，同時(shí)在軟件上采用了中值濾波和平滑濾波技術(shù)，以消除干擾信號(hào)的影響。其方法是：對(duì)一個(gè)壓敏電阻片的各電極電壓快速采樣N次，并對(duì)采樣值排序，例如N次采樣a、b之間的電壓排序值：Uab1≤Uab2≤Uab3
其中，N≥10。該濾波方法對(duì)脈沖擾動(dòng)能起到很好的濾波效果。
本文提出的環(huán)形壓敏電阻參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)儀能快速地檢測(cè)出壓敏電阻的各項(xiàng)參數(shù)。經(jīng)過(guò)壓敏電阻生產(chǎn)廠二年多的運(yùn)行表明，測(cè)量數(shù)據(jù)穩(wěn)定且精度高，檢測(cè)速度高于手工測(cè)算的幾十倍，大大提高了生產(chǎn)效率。
編輯：admin 最后修改時(shí)間：2017-12-13
