电容器温度特性自动测试系统及测试方法
【专利摘要】本发明公开了一种电容器温度特性自动测试系统及测试方法，该系统包括上位机、单片机、电容切换模块、高低温箱、温度传感器、安捷伦电容电桥以及被测电容器组，所述上位机根据温度信号控制所述单片机；所述单片机控制电容切换模块的继电器组作为电容通路的选择开关，实现所述安捷伦电容电桥被测电容器组的对应通、断连接，自动切换安捷伦电容电桥与被测电容的连接，分别实现当前温度下各被测电容器组的电容性能参数测试；所述安捷伦电容电桥通过单片机不断地将测试结果上传到上位机；所述上位机实现测量数据的自动采集。本发明配合高低温箱，可实现电容电桥与多个电容器的自动选通连接，实现对多个电容器温度特性的自动测量，节省人力。
【专利说明】电容器温度特性自动测试系统及测试方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及电容自动测试系统，特别是涉及一种针对电容器温度特性的自动测试系统。
【背景技术】
[0002]此前，对电容器温度特性的测试是一种非常耗时的过程。以测量20个电容器在-55?+155°C温区的性能参数为例，其基本流程为:首先将高低温箱的温度设定为一55°C，待高低温箱内的温度稳定后，依次调整波段开关，分别测量这20个电容器的性能参数，然后手工记录测试结果。当在该温度点测量完毕后，根据需要，改变高低温箱的温度，例如将温度调整为一 45°C，等温度再次稳定后，按照上述过程再依次测量这20个电容器的性能参数。依此类推，一直到整个温区的主要温度点全部测量完毕，便得到这20个电容器在-55?+155°C温区内的大致温度特性。在这个过程中，全部的测量工作及参数设置需要手工操作实现，测量效率低且工作量大。而且，由于测试过程中所选定的测试温度只是一些离散的点，在各个测试温度之间电容器性能的微小变化根本无法得以体现。
[0003]通过查阅相关文献，发现目前也有一些自动测量，它们大多采用多路选择器的方式实现电容器的选通，但此方式会对电容参数的测试结果带来较大的误差。
【发明内容】
[0004]基于上述技术问题，本发明提出了一种电容器温度特性自动测试系统及测试方法，通过由上位机控制单片机测试系统，实现对多个电容器在不同温度下的性能参数的自动检测及存储。该系统可节约大量人力，在工业和研究领域具有重要的应用价值。。
[0005]本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的:
[0006]本发明提供的一种电容器温度特性自动测试系统，该系统包括上位机、单片机、电容切换模块、高低温箱、温度传感器、安捷伦电容电桥以及被测电容器组，其中，所述被测电容器组置于高低温箱中；所述温度传感器用于检测当前实时温度，并将温度信号转换为电信号，上传给上位机；所述上位机根据温度信号控制所述单片机；所述单片机控制电容切换模块的继电器组作为电容通路的选择开关，实现所述安捷伦电容电桥被测电容器组的对应通、断连接，自动切换安捷伦电容电桥与被测电容的连接，分别实现当前温度下各被测电容器组的电容性能参数测试；所述安捷伦电容电桥通过单片机不断地将测试结果上传到上位机；所述上位机实现测量数据的自动采集。
[0007]如权利要求1所述的电容器温度特性自动测试系统，其特征在于，所述单片机采用51系列，使用PO，Pl和P2端口的一共20个管脚来控制继电器的通断。
[0008]所述单片机通过RS-232串口接受上位机的指令。
[0009]所述温度设置为从_55°C匀速升温至155°C。
[0010]该系统还包括LED阵列，与被测电容器连接，用于指示目前正在测试的被测电容器。[0011]本发明还提出了一种电容器温度特性自动测试方法，该方法包括以下步骤:
[0012]高低温箱中设置的温度传感器检测当前实时温度，并将温度信号转换为电信号，上传给上位机；
[0013]所述上位机根据所述温度信号控制单片机；
[0014]所述单片机控制电容切换模块的继电器组进行被测电容器通路的选择，实现安捷伦电容电桥与置于高低温箱中的被测电容器组的对应通、断连接，自动切换安捷伦电容电桥与被测电容的连接，分别实现当前温度下各被测电容器组的电容性能参数测试；
[0015]所述安捷伦电容电桥通过单片机不断地将测试结果上传到上位机；
[0016]所述上位机实现测量数据的自动采集。
[0017]该方法还包括以下步骤:所述上位机记录、分析和存储被测电容的测试结果数据。
[0018]与现有技术相比，本发明可实现电容电桥与20个电容器样品的自动选通连接，并自动记录利用电容电桥所测得的电容器性能参数；同时，配合高低温箱，可实现对20个电容器温度特性的自动测量，节省人力。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本发明的电容器温度特性自动测试系统的在单个被测电容器情况下的系统结构示意图；
[0020]图2为本发明的电容器温度特性自动测试系统的在多个被测电容器情况下的系统结构示意图；
[0021]图3为原手工测量电容器温度性能的结果曲线举例示意图；
[0022]图4为本发明的自动测量电容器温度性能的结果曲线举例示意图；
[0023]图旦为本发明的硬件实体图；
[0024]图6为本发明的上位机软件界面。
[0025]
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进一步说明。
[0027]本项目分为软件部分和硬件部分。
[0028]其中硬件部分包括单片机、电容切换模块、温度传感器、LED阵列模块等。单片机采用51系列，使用PO，Pl和P2端口的一共20个管脚来控制继电器的通断。电容切换模块是自动测试系统中主要的硬件控制模块，其原理是使用继电器组作为电容通路的选择开关。使用单片机作为电容切换模块的控制，其主要工作是通过RS-232串口和计算机软件终端通信接受来自计算机软件终端的指令，然后根据相应的指令“翻译”成自己执行输出的地址命令，并控制相应继电器完成通断操作。温度传感器模块采用工业标准的PT100热电阻(室温时其热电阻的阻值为100 Ω )，温度采样数据利用ModBus协议经单片机和上位机软件终端通信。LED阵列用于指示目前正在测试的电容器。此后上位机采集Agilent电容电桥的测量数据。安捷伦电容电桥，如4278、E4981等
[0029]上位机的软件部分主要包括人机交互界面及数据处理部分，是基于VB语言编写而成，其主要任务主要包括两方面，一方面，控制电容切换模块的正常工作，接收单片机传来温度传感器的温度数据，并进行CRC校验验证其接收数据的正确性；另一方面，处理接收来自电容电桥的电容器测试数据，然后进行后续的处理。
[0030]在利用本发明的电容器温度特性自动测试系统测量一个电容器样品的温度特性时，可利用高低温箱对该样品进行环境温度控制，例如，可将高低温箱设置为从_55°C匀速升温至155°C。电容器周围环境温度的感知是通过温度传感器进行的，温度传感器可测出电容器的实时温度，并将温度信号转化为电信号并传给单片机。单片机在接收到温度传感器的信号后，不间断地把温度数据传给上位机。同时在上位机的控制下，单片机保持待测试电容器与安捷伦电容电桥的连接，使电桥能够对当前温度下电容器的电容性能参数进行测试。电桥所测得的结果将通过USB端口传至上位机，在上位机实现对这些数据的处理和存储，并形成记录环境温度及该温度下电容器样品的电容量和损耗的数据文件。当环境温度从-55°C逐渐升高至155°C时，就可以获得在该温区内电容器性能参数随环境温度的变化情况。
[0031]当测量多个样品时，单片机将在上位机的控制下，依次选通用于连接电容电桥与各个电容器之间的继电器，使电桥实现对20个电容器的依次测试，测试结果也将通过USB端口依次传至上位机，并在上位机中形成20个数据文件，分别与20个电容器样品相对应。在经过整个温度区间-55?155°C的自动测试后，可以得到全部20个电容器样品的温度特性。
【权利要求】
1.一种电容器温度特性自动测试系统，其特征在于，该系统包括上位机、单片机、电容切换模块、高低温箱、温度传感器、安捷伦电容电桥以及被测电容器组，其中: 所述被测电容器组置于高低温箱中；所述温度传感器用于检测当前实时温度，并将温度信号转换为电信号，上传给上位机；所述上位机根据温度信号控制所述单片机；所述单片机控制电容切换模块的继电器组作为电容通路的选择开关，实现所述安捷伦电容电桥被测电容器组的对应通、断连接，自动切换安捷伦电容电桥与被测电容的连接，分别实现当前温度下各被测电容器组的电容性能参数测试；所述安捷伦电容电桥通过单片机不断地将测试结果上传到上位机；所述上位机实现测量数据的自动采集。
2.如权利要求1所述的电容器温度特性自动测试系统，其特征在于，所述单片机采用51系列，使用PO，Pl和P2端口的一共20个管脚来控制继电器的通断。
3.如权利要求1所述的电容器温度特性自动测试系统，其特征在于，所述单片机通过RS-232串口接受上位机的指令。
4.如权利要求1所述的电容器温度特性自动测试系统，其特征在于，所述温度设置为从_55°C匀速升温至155°C。
5.如权利要求1所述的电容器温度特性自动测试系统，其特征在于，该系统还包括LED阵列，与被测电容器连接，用于指示目前正在测试的被测电容器。
6.一种电容器温度特性自动测试方法，其特征在于，该方法包括以下步骤: 高低温箱中设置的温度传感器检测当前实时温度，并将温度信号转换为电信号，上传给上位机； 所述上位机根据所述温度信号控制单片机； 所述单片机控制电容切换模块的继电器组进行被测电容器通路的选择，实现安捷伦电容电桥与置于高低温箱中的被测电容器组的对应通、断连接，自动切换安捷伦电容电桥与被测电容的连接，分别实现当前温度下各被测电容器组的电容性能参数测试； 所述安捷伦电容电桥通过单片机不断地将测试结果上传到上位机； 所述上位机实现测量数据的自动采集。
7.如权利要求1所述的电容器温度特性自动测试方法，其特征在于，所述温度设置为从_55°C匀速升温至155°C。
8.如权利要求1所述的电容器温度特性自动测试方法，其特征在于，该方法还包括以下步骤: 所述上位机记录、分析和存储被测电容的测试结果数据。
【文档编号】G01R31/00GK103630772SQ201310552445
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年11月7日 优先权日:2013年11月7日
【发明者】肖谧, 尹昭杨, 辛睿山 申请人:天津大学