具有电阻分选测量功能的电位器碳片测试仪及测量方法与流程

本发明设计一种电位器碳片测试仪，尤其涉及一种具有电阻分选测量功能的电位器碳片测试仪及测量方法。

背景技术：

电位器是一种可调的电子元件，由一个电阻体和一个转动或滑动系统组成，用于调节电压和电流的大小，用途十分广泛。碳膜电位器的电阻体是用经过研磨的碳黑，石墨，石英等材料涂敷于基体表面而成，碳膜电位器制作工艺简单，具有分辩力高，耐磨性好，寿命较长等特点，是目前应用最广泛的电位器。

碳膜电位器的生产需要对碳片进行印刷、检测及裁切。一直以来，碳片的检测都是一项难题。传统的检测方法是通过人工抽样测量印刷碳片阻值，并利用人眼检测中心抽头是否与碳片短路。这种检测方法准确度较差，效率极低，虽然可以达到90％以上合格率，但是仍然不能保证完全合格，会增加后续产品的废品率。因而，目前急需研发一种高效、经济的新型检测方法，用以降低电位器的制作成本，提高生产效率。

近年来，市场上出现了一些利用传统模拟开关构成的新型检测设备，实现了碳片检测自动化，效率较高。然而，模拟开关内阻、漏电流不足等因素导致其在低阻和高阻测量范围内误差较大，无法满足电位器的精度要求。目前虽然有些厂家生产出了高速高精度的检测仪器，但其价格过于昂贵，无法满足经济性的要求。

通过走访工厂可知，生产电位器碳片都是200路一起印刷。国内目前对电位器碳片的合格检测方法一般有两种，一种是通过购买的进口机器进行检测，但进口机器价格昂贵，效果也不是非常的好，速度比较慢。还一种方式就是采用人工抽检，对200路电位器碳片板的四个角落上的电位器碳片进行检测，如果这四个合格，就认为整个电位器碳片板上200个电位器碳片均合格，这种方法一般可以保证90％以上的合格率，但中间一些由于印刷问题导致的不合格品无法检测出来。如果购买商对于碳片合格率要求高，生产商此时只能通过人工对每个电阻器碳片进行检测，费时费力。

技术实现要素：

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种具有电阻分选测量功能的电位器碳片测试仪及测量方法。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种具有电阻分选测量功能的电位器碳片测试仪，包括人机交互模块、恒流源、恒流源切换电路、基准电压源、线性电源、切换阵列和针床测试板；其中，。

人机交互模块包括液晶显示区、电源开关、功能选择开关、按键区、机械夹具接口和信号输出口。液晶显示区的显示内容包括当前工作状态、设定阻值、设定阻值单位、正负向误差范围、检测状态、不合格路径和测量值。按键区包括确定按键、返回按键、左右键、上下键、单位按键和校准按键。

恒流源由差动放大器及反馈运算放大器构成；恒流源切换电路采用电磁继电器实现档位切换；基准电压源电路采用基准电压源芯片；线性电源电路包括工频线性变压器、第一线性稳压器件、第二线性稳压器件、第三线性稳压器件、第四线性稳压器件和电感；切换阵列为200路切换阵列；针床测试板包括切换阵列输出测试端和定位孔。

利用具有电阻分选测量功能的电位器碳片测试仪进行电位器碳片检测的方法，具体操作流程为：

(1)打开电源开关，功能选择开关选择工作模式；

(2)按确定按键，设定所测碳片的阻值，阻值设定范围为000至999，设定值在液晶显示屏上的设定阻值栏显示；

(3)再按一次确定按键，设定阻值的单位，有三档可选Ω、KΩ或MΩ，通过单位按键进行单位切换；

(4)再按一次确定按键，设定所测碳片的正向允许误差，设定值由液晶显示屏上的正向误差范围栏显示；

(5)再按一次确定按键，设定所测碳片的负向允许误差，设定值由液晶显示屏上的负向误差范围栏显示；

(6)在以上设定过程中，当要重新设定上一项时，按返回按键；

(7)将需要测试的200路电位器碳片板放入设备的针床测试板，对准定位孔，再按一次确定按键，装置启动，自动多路扫描碳片板；

(8)若200路碳片全部合格，液晶显示屏上检测状态栏显示合格，测量值栏显示所测碳片的阻值，信号输出口给出合格信号；若200路中任一路不合格，液晶显示屏上检测状态栏显示不合格，不合格路径栏显示不合格的路径值。

利用具有电阻分选测量功能的电位器碳片测试仪进行电阻分选测量的方法，具体操作流程为：

(1)打开电源开关，功能选择开关选择工作模式；

(2)测量仪通过机械夹具连接机械手，测量前将两个机械手短接，再按下校准按键，仪器自动进行内部归零校准，去除机械夹具、机械手及线路阻值；

(3)按一次确定按键，设定所需分选出的电阻阻值，阻值设定范围为000至999，设定值在液晶显示屏上的设定阻值栏显示；

(4)再按一次确定按键，设定阻值的单位，有三档可选Ω、KΩ或MΩ，通过单位按键进行单位切换；

(5)再按一次确定按键，设定所需分选出电阻的正向允许误差，设定值由液晶显示屏上的正向误差范围栏显示；

(6)再按一次确定按键，设定所需分选出电阻的负向允许误差，设定值由液晶显示屏上的负向误差范围栏显示；

(7)在以上设定过程中，当要重新设定上一项时，按返回按键；

(8)结束以上设定后，机械手接触电阻，对电阻进行测量分选，测出符合设定要求的电阻；

(9)当机械手所接触电阻低于设定范围，则检测状态栏显示负超，同时机械手将该电阻放入不合格箱中；当机械手所接触电阻高于设定范围，则检测状态栏显示正超，机械手将该电阻放入不合格箱中；当机械手所接触电阻在设定范围内，检测状态栏显示合格，同时蜂鸣器长响，机械手将电阻放入合格箱中。

有益效果：本发明采用自动化智能检测方式自动及时准确地检测电位器印刷碳片电阻体阻值是否在允许误差范围内，电位器碳片的允许位差一般为±20％，同时检测碳片中心抽头焊片是否与碳片电阻体短路。该测试仪测量精度高，满足电位器生产检测需求，同时测量仪成本较低，可适用于实际生产。

本发明在电位器碳片测试仪的基础上增设了电阻分选测量功能，保证电阻分选测量仪具有成本低，精度高，测量范围宽的优点，可高速测量分选电阻，测量速度可达每秒种60次左右，完全满足生产线需求，精度非常高，可以达到千分之几上，完全可以满足普通碳膜电阻以及精度百分之一的金属膜电阻的生产测量。

附图说明

图1是本发明的工作流程图；

图2是人机交互模块示意图；

图3是恒流源电路图；

图4是恒流源切换电路图；

图5是基准电压源电路图；

图6是线性电源电路图；

图7是切换阵列示意图；

图8是针床测试板示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

本发明是一台高精度、高速度、低成本的电位器碳片测试仪，采用自动化智能检测方式自动及时准确地检测电位器印刷碳片电阻体阻值是否在允许误差范围内，电位器碳片的允许位差一般为±20％，同时检测碳片中心抽头焊片是否与碳片电阻体短路。该测试仪测量精度高，满足电位器生产检测需求，同时测量仪成本较低，可适用于实际生产。

本发明在电位器碳片测试仪的基础上增设了电阻分选测量功能，保证电阻分选测量仪具有成本低，精度高，测量范围宽的优点，可高速测量分选电阻，测量速度可达每秒种60次左右，完全满足生产线需求，精度非常高，可以达到千分之几上，完全可以满足普通碳膜电阻以及精度百分之一的金属膜电阻的生产测量。

本发明所述的具有电阻分选测量功能的电位器碳片测试仪的硬件部分包括人机交互模块、恒流源、基准电压源、线性电源、切换阵列和针床测试板；其工作流程如图1所示。

如图2所示是本发明所述的具有电阻分选测量功能的电位器碳片测试仪的人机交互模块，包括液晶显示区、电源开关、功能选择开关、按键区、机械夹具接口和信号输出口。

液晶显示区的具体显示内容含有：

(1)当前工作状态，显示当前工作于功能一或功能二下；

(2)设定阻值，显示000-999范围内数值；

(3)设定阻值单位，显示Ω、KΩ或MΩ；

(4)正、负向误差范围，显示00-99范围内数值；

(5)检测状态，功能一模式下显示合格或不合格，功能二模式下显示负超、正超或合格；

(6)不合格路径，在功能一工作模式下，当碳片板出现不合格路径时，显示001-200范围内路径值；

(7)测量值，显示碳片阻值或电阻阻值，共四位，前三位显示数值，后一位显示单位。

电源开关用于控制测量仪是否接通电源，打开开关后，仪器进入工作，液晶显示屏亮。功能选择开关：当开关1按下时，进入功能一工作状态，液晶上当前工作状态显示功能一；当开关2按下时，进入功能二工作状态，液晶上当前工作状态显示功能二。

按键区具体包括：

(1)确定按键：确定完成当前设定项操作；

(2)返回按键：返回操作上一次设定项，重新设定；

(3)左、右键：在对设定阻值及正、负向误差范围进行设定时，选择当前设定位；

(4)上键：对选定的设定位数值进行加1处理，数值是0到9循环，不进位、不借位；

(5)下键：对选定的设定位数值进行减1处理，数值是0到9循环，不进位、不借位；

(6)单位按键：对单位进行设定，选择项在Ω、KΩ或“MΩ内循环显示；

(7)校准按键：用于电阻分选测量前的归零校准。

机械夹具接口用于接入机械夹具，测量仪可通过机械夹具连接机械手。信号输出口在测量仪背部，用于接外部设备或功放，增加仪器的扩展性能，仪器根据检测状态栏给出不同信号。

本发明所述的具有电阻分选测量功能的电位器碳片测试仪的功能操作流程具体为：

功能一电位器碳片检测的操作流程为：

(1)电源开关打开后，按下开关1进入功能一工作模式；

(2)按确定按键，对所测碳片需要设定的阻值进行设定，阻值设定范围为000至999，设定值在液晶显示屏上的设定阻值栏显示；

(3)再按一次确定按键，对刚才所设定阻值的单位进行设定，有三档可选Ω、KΩ或MΩ，通过单位按键进行单位切换；

(4)再按一次确定按键，对所测碳片的正向允许误差进行设定，设定值由液晶显示屏上的正向误差范围栏显示；

(5)再按一次确定按键，对所测碳片的负向允许误差进行设定，设定值由液晶显示屏上的负向误差范围栏显示；

(6)在以上设定过程中，当要重新设定上一项时，按返回按键；

(7)用户将需要测试的200路电位器碳片板放入设备中的针床测试板上，对准定位孔，再按一次确定按键，装置启动气动按压设备，自动多路扫描碳片板，检测电位器碳片板各路碳片的电阻体阻值是否在设定的允许误差范围内，同时检测各路碳片的中心抽头焊片是否与碳片的电阻体短路；

(8)若200路碳片全部合格，液晶显示屏上检测状态栏显示合格，测量值栏显示所测碳片的阻值，信号输出口给出合格信号；若200路中任一路不合格，液晶显示屏上检测状态栏显示不合格，同时不合格路径栏显示不合格的路径值，若有多个不合格路径，则循环显示这些路径值。检测工人可根据显示的不合格路径值对碳片板进行检查、修补。

功能二传统碳膜金属膜电阻分选测量的操作流程为：

(1)电源开关打开后，按下开关2进入功能二工作模式；

(2)根据生产需求，测量仪设有机械夹具接口用于接入机械夹具，测量仪可通过机械夹具连接机械手，为提高测量精度，测量前需将两个机械手短接，再按下校准按键，仪器自动进行内部归零校准，去除机械夹具、机械手及线路阻值；

(3)随后按一次确定按键，对所需分选出的电阻阻值进行设定，阻值设定范围为000至999，设定值在液晶显示屏上的设定阻值栏显示；

(4)再按一次确定按键，对刚才所设定阻值的单位进行设定，有三档可选Ω、KΩ或MΩ，通过单位按键进行单位切换；

(5)再按一次确定按键，对所需分选出电阻的正向允许误差进行设定，设定值由液晶显示屏上的正向误差范围栏显示；

(6)再按一次确定按键，对所需分选出电阻的负向允许误差进行设定，设定值由液晶显示屏上的负向误差范围栏显示；

(7)在以上设定过程中，当要重新设定上一项时，按返回按键；

(8)结束以上设定后，机械手接触电阻，对电阻进行测量分选，测出符合设定要求的电阻；

(9)当机械手所接触电阻低于设定范围，则检测状态栏显示负超，同时机械手将该电阻放入不合格箱中；当机械手所接触电阻高于设定范围，则检测状态栏显示正超，机械手将该电阻放入不合格箱中；当机械手所接触电阻在设定范围内，检测状态栏显示合格，同时蜂鸣器长响，机械手将电阻放入合格箱中；

(10)在以上三种状态下，液晶屏上测量值会实时显示当前接触电阻阻值，以供人工监控。同时在各状态下，信号输出口也会根据检测状态栏对外输出不同信号，供外扩设备接收。

如图3所示是恒流源电路图。恒流源由差动放大器A1及反馈运算放大器A2构成，差动放大器选用INA105，反馈运放选用OP07。基准电压V_REF加于差动放大器INA105正相输入端，V_REF为2.5V，该电压控制负载R1输出电流量Io，差动放大器INA105反相输入端直接接地。R1上的电压为输入电压V_REF，产生恒定的负载电流Io。

电阻阻值分为六档，对应六种恒流源：25mA、2.5mA、250uA、25uA、2.5uA、250nA，通过档位进行切换。恒流源属于小电流转换器，当需要高电流输出，如25mA时，需用三极管实现扩流。

如图4所示是恒流源切换电路图，采用电磁继电器(Relay)实现档位切换。由于电阻档位设有100KΩ～1MΩ、1MΩ～100MΩ两档，因此对应需要有2.5uA及250nA的恒流源。在微电流情况下，若使用半导体开关器件实现档位切换则存在漏电问题，影响测试精度，所以采用电磁继电器实现档位切换。

如图5所示是基准电压源电路图，采用基准电压源芯片ADR441，解决了温漂问题，很好的保证了精度。

如图6所示线性电源电路图，包括传统工频线性变压器、第一线性稳压器件A3、第二线性稳压器件A4、第三线性稳压器件A5和第四线性稳压器件A6，第一线性稳压器件A3选用L7812，第二线性稳压器件A4选用L7912，第三线性稳压器件A5选用L7805，第四线性稳压器A6选用LM1117-3.3V，并使用电感L1对模拟地与数字地进行隔离处理。该线性电源降低了纹波，且不引入噪声。

如图7所示是切换阵列示意图，为200路切换阵列。在实际生产中，电位器碳片的允许误差一般为±20％，较优质的产品允许误差为±10％，因此测试电位器碳片的精度无需像测试碳膜金属膜电阻一样达到0.1％的精度，1％的精度已经足够。因此多路切换阵列的设计，无需像设计恒流源切换电路时考虑漏电流问题，可利用半导体开关器件进行开断控制，在待测碳片高端选择低漏电的CJ2302N沟道MOS型场效应管，当需对某一路碳片进行检测时，导通该路开关器件，通过恒流源对其进行测试。装置在对碳片板进行自动检测时，各路开关器件依次导通，实现各路碳片依次检测。

如图8所示是针床测试板示意图，包括切换阵列输出测试端和定位孔，进行碳片检测时，将碳片板对准定位孔，针床测试板上各路碳片自动接入测试端进行碳片测试。

本发明一机多用，既能实现电位器碳片板的质量检测，也能实现碳膜金属膜电阻的分选测量，灵活性高，极大地节省了工厂仪器设备的投入。