CN116754163A - 一种适用于陶瓷电容弯曲载荷试验系统及测试方法 - Google Patents
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Abstract
一种适用于陶瓷电容弯曲载荷试验系统及测试方法，属于陶瓷电容技术领域。包括：振动模块，负责为被测样品提供设定的模拟载荷环境；上位机，负责设置样品数量、测试需求的应变载荷、测试周期、采样频率、失效阈值参数，测量模块，用于在试验过程中监测被测样品的电容值参数变化，并发送给控制模块，最终送达至上位机完成试验过程中的数据记录；本发明通过三点弯曲式载荷为陶瓷电容提供给定频率与载荷的弯曲应变，实现可控载荷、可控频率与数据检测的陶瓷电容结构失效测试。本发明通过系统控制与应变片检测，实现将传统的等效曲率转换为样品实际受到的弯曲应变，能够避免板弯试验中的变形不均匀引发的试验误差。
Description
技术领域
本发明属于陶瓷电容技术领域，具体涉及一种适用于陶瓷电容弯曲载荷试验系统及测试方法。
背景技术
陶瓷电容在工业控制系统中有着广泛的应用，为了保证控制电路的长期、可靠运行，研究陶瓷电容可靠性十分重要。近年来，由于新能源汽车等产业的兴起，因力学环境中的振动与冲击导致的陶瓷电容断裂失效日趋增多。为提高陶瓷电容的可靠性，需要在设计过程中对陶瓷电容的疲劳寿命拥有充分认识。目前，在陶瓷电容的研发过程中，仅能通过实装试验测试产品的性能。该方法的成本较为昂贵，且试验准备周期较长。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于陶瓷电容弯曲载荷试验系统及测试方法，能够提高研发效率。
本发明所采取的技术方案是：
一种适用于陶瓷电容弯曲载荷试验系统，包括
振动模块，负责为被测样品提供设定的模拟载荷环境；
测量切换模块，负责将振动模块内的被测样品依次切换连接至测量模块中，以实现对寿命测试过程中的被测样品电容值参数采集；
控制模块负责连接振动模块、上位机与测量模块，实现系统的控制；
上位机，负责设置样品数量、测试需求的应变载荷、测试周期、采样频率、失效阈值等参数，并可显示与记录测量模块与振动模块内的应变片所返回的测量参数；
测量模块，用于在试验过程中监测被测样品的电容值参数变化，并发送给控制模块，最终送达至上位机完成试验过程中的数据记录；
负载供电模块能够在测量与试验中为被测样品提供电负载或充电；
系统供电模块为振动模块、测量切换模块、控制模块、上位机和测量模块供电。
一种适用于陶瓷电容弯曲载荷试验系统的测试方法，包括以下步骤：
S1.将被测样品均匀焊接于测试PCB板上所留的引脚位置；
S2.将测试PCB板安装于固定架与支撑架上，再安装中部驱动架和两端盖板将其固定；
S3.通过上位机设置本次测试样品数量、测试需求的应变载荷、测试周期、采样频率、失效阈值参数；
S4.开始按设置好的测试周期进行试验，振动模块开始动作；
S5.在达到给定的测试周期或失效阈值后，上位机向控制模块发出指令，停止振动模块的动作，读取上位机中所记录的电容值与应变，或电容值与动作周期间的关系数据，完成本轮试验。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1.本发明通过三点弯曲式载荷为陶瓷电容提供给定频率与载荷的弯曲应变，实现可控载荷、可控频率与数据检测的陶瓷电容结构失效测试。
2.本发明通过系统控制与应变片检测，实现将传统的等效曲率转换为样品实际受到的弯曲应变，能够避免板弯试验中的变形不均匀引发的试验误差。
3.较于在实际应用中开展大规模测试试验或其他形式的破坏性试验，本发明可以极大的降低试验成本、缩短试验周期，并可以给出不同应用环境下的产品失效载荷与性能退化曲线。
附图说明
图1是本发明总体布局示意图；
图2是本发明振动模块结构示意图；
图3是本发明振动模块的结构正视剖面示意图；
图4是样品电容值随应变的变化曲线图；
图5是样品振动测试过程中的容值退化曲线图；
图6是本发明测量切换模块电路原理图；
其中：1、振动模块；2、测量切换模块；3、控制模块；4、上位机；5、测量模块；6、负载供电模块；7、系统供电模块；11、固定架；12、测试PCB板；13、应变片；14、被测样品；15、中部驱动架；16、两端盖板；17、电磁式振动台；18、支撑架；21、切换继电器一；22、切换继电器二；23、切换继电器三；24、切换继电器四。
具体实施方式
为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明的做进一步详细的描述。
参照图1～图6所示，本发明的一种适用于陶瓷电容弯曲载荷试验系统，包括
振动模块1，负责为被测样品14提供设定的模拟载荷环境；
测量切换模块2，负责将振动模块1内的被测样品14依次切换连接至测量模块5中，以实现对寿命测试过程中的被测样品14电容值参数采集；
测量切换模块2，包括多个切换继电器一21、多个切换继电器二22、多个切换继电器三23及多个切换继电器三24；
如图6所示，以单个被测样品14为例说明测量时的切换模块2的工作过程，
切换继电器一21的常闭触点分别与负载供电模块6和切换继电器三23连接，切换继电器二22的常闭触点分别与负载供电模块6和切换继电器四24连接；
切换继电器一21和切换继电器二22的常开触点与测量模块5的漏电流测量接线连接；
切换继电器三23的常闭触点分别与负载供电模块6和切换继电器一21连接，切换继电器四24的常闭触点分别与负载供电模块6和切换继电器二22连接，
切换继电器三23和切换继电器四24的常开触点与测量模块5的电容值与其等效串联电阻(ESR)测量接线连接；
当切换继电器一21、切换继电器二22处于常闭状态时，负载供电模块6与被测样品14间通过切换继电器三23完成通断的切换。
在测量被测样品14的电容值与其等效串联电阻(ESR)时，通过系统供电模块7控制切换继电器三23、切换继电器四24切换到常开触点。此时测量模块5的电容值与其等效串联电阻(ESR)测量接线并联到被测样品14的两端，测量电容值与等效串联电阻(ESR)。当测量结束后，通过系统供电模块7控制切换继电器23、24切换到常闭触点。
在测量被测样品14的漏电流值时，通过系统供电模块7控制切换继电器一21、切换继电器二22切换到常开触点。此时测量模块5的漏电流测量接线串联到被测样品14的两端，测量漏电流。当测量结束后，通过系统供电模块7控制切换继电器一21、切换继电器二22切换到常闭触点。
控制模块3负责连接振动模块1、上位机4与测量模块5，实现系统的控制；
上位机4，负责设置样品数量、测试需求的应变载荷、测试周期、采样频率、失效阈值等参数，并可显示与记录测量模块5与振动模块1内的应变片13所返回的测量参数；
测量模块5，具有电容值采集等功能，用于在试验过程中监测被测样品14的电容值参数变化，并发送给控制模块3，最终送达至上位机4完成试验过程中的数据记录；
负载供电模块6能够在测量与试验中为被测样品14提供电负载或充电；
系统供电模块7为振动模块1、测量切换模块2、控制模块3、上位机4和测量模块5供电。
其中：所述振动模块1包括固定架11、测试PCB板12、应变片13、被测样品14、中部驱动架15、两端盖板16及电磁式振动台17；固定架11为振动模块1的固定骨架，所述固定架11采用U型架体结构，所述电磁式振动台17固定在固定架11的底板上，电磁式振动台17上端安装有支撑架18，所述测试PCB板12两端搭在固定架11上，中部由支撑架18支撑，测试PCB板12两端由固定架11和固定在固定架11上的两端盖板16夹持固定，测试PCB板12中部由支撑架18和安装在支撑架18上的中部驱动架15夹持，两端盖板16使测试PCB板12受到x方向、y方向与z方向的固定约束，中部驱动架15使测试PCB板12受到y方向与z方向的固定约束，实现三点弯曲式载荷的搭载，测试PCB板12上通过锡焊有一定数量的被测样品14，且保证被测样品14的引脚方向处于两端盖板16的连线方向，即图2中的x方向。所述应变片13通过粘接剂固定于测试PCB板12上，应变片13用于读取试验中测试PCB板12的应变值。且保证应变片13的主应变方向处于两端盖板16的连线方向，即图2中的x方向。
进一步地，所述固定架11的上表面开设用于安装测试PCB板12的凹槽。
两端盖板16可以通过紧固件与固定架11连接。在使用时，先将测试PCB板12放置于固定架11沿x方向的凹槽内，再使用紧固件将两端盖板16固定在固定架11上，为测试PCB板提供图2中x方向、y方向与z方向的固定约束。
电磁式振动台17能够带动支撑架18和中部驱动架15沿图2中z方向上下移动，并可以在上位机4中设置运动频率与图2中z方向上的位移范围。
如图3中所示，本发明试验系统的工作原理如下：
在试验前可以通过打开放入测试PCB板12，再通过紧固件锁紧使测试PCB板12在该位置受到图2中y方向与z方向的固定约束。
本发明通过固定架11、两端盖板16，中部驱动架15与电磁式振动台17为测试PCB板12提供3点往复弯曲，以模拟载具使用环境中陶瓷电容受到的振动载荷。在试验中，可以通过应变片13读取测试PCB板12的实际弯曲应变，以获得实际的测试条件。
利用上述试验系统进行陶瓷电容测试的具体实施步骤如下：
S1.将被测样品14均匀焊接于测试PCB板12上所留的引脚位置，且保证被测样品14的引脚方向处于两端盖板16的连线方向，即图2中的x方向；
S2.将测试PCB板12安装于固定架11与支撑架18上，再安装中部驱动架15和两端盖板16将其固定；
S3.通过上位机4设置本次测试样品数量、测试需求的应变载荷、测试周期、采样频率、失效阈值等参数；
S4.开始按设置好的测试周期进行试验，振动模块1开始动作；
S5.在达到给定的测试周期或失效阈值后，上位机4向控制模块3发出指令，停止振动模块1的动作，读取上位机4中所记录的电容值与应变，或电容值与动作周期间的关系数据，完成本轮试验。
如图4与图5中所示，本发明试验系统的应用范围包括测量陶瓷电容在极限弯曲应变条件下的容值变化曲线，也可以测试陶瓷电容在一定动作频率弯曲应变条件下的疲劳寿命试验。
由此可见，本发明通过三点弯曲式载荷为陶瓷电容提供给定频率与载荷的弯曲应变。相较于在实际应用中开展大规模测试试验或其他形式的破坏性试验，本发明可以极大的降低试验成本、缩短试验周期，并可以给出不同应用环境下的产品失效载荷与性能退化曲线。
可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。
Claims (7)
1.一种适用于陶瓷电容弯曲载荷试验系统，其特征在于：包括
振动模块(1)，负责为被测样品(14)提供设定的模拟载荷环境；
测量切换模块(2)，负责将振动模块(1)内的被测样品(14)依次切换连接至测量模块(5)中，以实现对寿命测试过程中的被测样品(14)电容值参数采集；
控制模块(3)负责连接振动模块(1)、上位机(4)与测量模块(5)，实现系统的控制；
上位机(4)，负责设置样品数量、测试需求的应变载荷、测试周期、采样频率、失效阈值参数，并可显示与记录测量模块(5)与振动模块(1)内的应变片(13)所返回的测量参数；
测量模块(5)，用于在试验过程中监测被测样品(14)的电容值参数变化，并发送给控制模块(3)，最终送达至上位机(4)完成试验过程中的数据记录；
负载供电模块(6)能够在测量与试验中为被测样品(14)提供电负载或充电；
系统供电模块(7)为振动模块(1)、测量切换模块(2)、控制模块(3)、上位机(4)和测量模块(5)供电。
2.根据权利要求1所述的一种适用于陶瓷电容弯曲载荷试验系统，其特征在于：所述振动模块(1)包括固定架(11)、测试PCB板(12)、应变片(13)、被测样品(14)、中部驱动架(15)、两端盖板(16)及电磁式振动台(17)；所述固定架(11)采用U型架体结构，所述电磁式振动台(17)固定在固定架(11)的底板上，电磁式振动台(17)上端安装有支撑架(18)，所述测试PCB板(12)两端搭在固定架(11)上，中部由支撑架(18)支撑，测试PCB板(12)两端由固定架(11)和固定在固定架(11)上的两端盖板(16)夹持固定，测试PCB板(12)中部由支撑架(18)和安装在支撑架(18)上的中部驱动架(15)夹持，实现三点弯曲式载荷的搭载，测试PCB板(12)上通过锡焊有一定数量的被测样品(14)，所述应变片(13)固定于测试PCB板(12)上，应变片(13)用于读取试验中测试PCB板(12)的应变值。
3.根据权利要求2所述的一种适用于陶瓷电容弯曲载荷试验系统，其特征在于：所述被测样品(14)的引脚方向处于两端盖板(16)的连线方向。
4.根据权利要求3所述的一种适用于陶瓷电容弯曲载荷试验系统，其特征在于：所述应变片(13)的主应变方向处于两端盖板(16)的连线方向。
5.根据权利要求2所述的一种适用于陶瓷电容弯曲载荷试验系统，其特征在于：所述固定架(11)的上表面开设用于安装测试PCB板(12)的凹槽。
6.一种利用权利要求1～5任意一项所述的适用于陶瓷电容弯曲载荷试验系统的测试方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.将被测样品(14)均匀焊接于测试PCB板(12)上所留的引脚位置；
S2.将测试PCB板(12)安装于固定架(11)与支撑架(18)上，再安装中部驱动架(15)和两端盖板(16)将其固定；
S3.通过上位机(4)设置本次测试样品数量、测试需求的应变载荷、测试周期、采样频率、失效阈值参数；
S4.开始按设置好的测试周期进行试验，振动模块(1)开始动作；
S5.在达到给定的测试周期或失效阈值后，上位机(4)向控制模块(3)发出指令，停止振动模块(1)的动作，读取上位机(4)中所记录的电容值与应变，或电容值与动作周期间的关系数据，完成本轮试验。
7.根据权利要求6所述的一种适用于陶瓷电容弯曲载荷试验系统的测试方法，其特征在于：所述S1中，需保证被测样品(14)的引脚方向处于两端盖板(16)的连线方向。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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