CN204028229U - 一种高性能电阻、电阻率、电导率测试系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种高性能电阻、电阻率、电导率测试系统，特点是其包括嵌入式微处理器，分别与该嵌入式微处理器电信号连接的高精度恒流源、高精度A/D转换器，以及与该高精度A/D转换器电信号连接的模拟检测电路，所述高精度恒流源和所述模拟检测电路均分别与被测单元电信号连接，所述嵌入式微处理器还外连接一大屏幕显示单元、键盘。该技术方案对电阻、电阻率、电导率的测试精度高、高智能化，可以和电脑上位机相连接，完成数据的自动化记录、统计、分析，另外能够实现对温度和压强的自动同步测试，自动计算温度补偿。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种高性能电阻、电阻率、电导率测试系统，属于国际专利分类表中“G01R测量电变量；测量磁变量”技术领域。
背景技术
在各种材料的特性测试方面，电阻、电阻率、电导率是其中一个重要的测试参数。
目前常用的电阻率测试仪，使用的是普通电阻测试仪，其电气原理如说明书附图1，直流电源经过场效应管调整经过标准电阻输出恒流电流，电流在标准电阻上产生的压降进入电流检测控制部分，由电流检测控制部分输出相应的控制电压，控制场效应管的导通，达到恒流。切换不同的标准电阻就可以输出不同的恒流电流。被测件上的电压经过电压检测部分送入16位AD转换，由8位微处理器完成计算，计算结果输送至数码管并显示出来。
现有的电阻率测试仪器使用的标准电阻是25PPM左右的温度系数，长期稳定性不是很好，因此恒流源的温度系数也比较大，长期稳定性也不好，被测件上的电压检测采用一般的运放OP07，其输入偏流比较大，在高端电阻测试的时候，对精度的影响很大；在低端电阻测试的时候，因为电压是微伏级别，导致对其不能很好的进行检测。另外因为使用的AD转换是16位的，使得仪器最终的测试精度在4又1/2位，最高部分达到0.05％的精度，在低端和高端的时候只能达到0.2％左右，同时整机的温度系数很大，在线缆等需要高精度低阻测试的时候，精度明显偏低，在粉末等相对较高的电阻测试的时候，精度也显得不足。同时因为使用的是8位微处理器，接口扩展相对比较困难，也不能驱动480×272的彩色液晶屏。
另外，很多材料需要进行环境温度的测量，补偿温度变化带来的电阻变化，在测量粉末状材料电阻的时候需要施加一定的压力，在一定的压力下测量电阻、电阻率，目前使用的方法是使用单独的测试仪器测量温度和压力的大小，再手工计算，测试状态和测试结果需要人工进行记录、统计、分析。
综上，由于目前的测试方法存在效率低，精度不高，智能化程度低等缺陷，不适应当今材料测试方面的需求。
发明内容
有鉴于此，本实用新型目的是提供一种高精度、高智能化的高性能电阻、电阻率、电导率测试系统，并可以和电脑上位机相连接，完成数据的自动化记录、统计、分析。
本实用新型另一个目的旨在提供一种能够实现对温度和压强的自动同步测试，自动计算温度补偿的高性能电阻、电阻率、电导率测试系统。
为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：
一种高性能电阻、电阻率、电导率测试系统，特征在于，其包括嵌入式微处理器，分别与该嵌入式微处理器电信号连接的高精度恒流源、高精度A/D转换器，以及与该高精度A/D转换器电信号连接的模拟检测电路，所述高精度恒流源和所述模拟检测电路均分别与被测单元电信号连接，所述嵌入式微处理器还外连接一大屏幕显示单元、键盘。
优选地，上述的一种高性能电阻、电阻率、电导率测试系统，其中所述嵌入式微处理器还与一外控单元电连接，该外控单元包括压力和温度采集口、USB接口或RS232接口、自动压力升降控制接口。
优选地，上述的一种高性能电阻、电阻率、电导率测试系统，其中所述高精度恒流源包括电信号连接的直流电源输入、功率场效应管、继电器控制的九挡标准电阻、恒流电源输出、测试端，以及比较器、基准、恒流源取样，所述继电器控制的九挡标准电阻为温度系数5PPM以下的标准铂电阻。
优选地，上述的一种高性能电阻、电阻率、电导率测试系统，其中所述模拟检测电路为标准的四端测量检测电路。
优选地，上述的一种高性能电阻、电阻率、电导率测试系统，其中所述高精度A/D转换器为24位的A/D转换模块单元ADS1210。
优选地，上述的一种高性能电阻、电阻率、电导率测试系统，其中所述嵌入式微处理器为32位嵌入式微处理器。
优选地，上述的一种高性能电阻、电阻率、电导率测试系统，其中所述大屏幕显示单元为480×272的4.3寸TFT彩色液晶屏。
本实用新型的技术效果主要体现在以下两个方面：
(1)本实用新型中由嵌入式微处理器对高精度恒流源进行切挡控制，产生不同的恒流电流，加到被测单元上，由模拟检测电路进行信号采集完成被测单元上的电压差的取样，并送入高精度A/D转换器，测试结果由嵌入式微处理器读入，计算出被测单元的电阻大小，并通过大屏幕显示单元显示出来，另外其中功能的选择和操作由键盘完成。
(2)本实用新型中通过压力和温度采集口完成对温度和压力的采样，并可以通过自动压力升降控制接口部分控制压力的大小，整机的所有操作可以通过USB接口或者RS232接口连接上位机电脑完成。
附图说明
图1：本实用新型现有技术模块框图；
图2：本实用新型原理模块组成框图；
图3：本实用新型中高精度恒流源原理模块框图；
图4：本实用新型模拟检测电路原理模块框图；
图5：本实用新型应用模块组成框图。
具体实施方式
以下结合附图，对本实用新型的具体实施方式作进一步详述，以使本实用新型技术方案更易于理解和掌握。
如图2所示，一种高性能电阻、电阻率、电导率测试系统，其包括嵌入式微处理器11，分别与嵌入式微处理器11电信号连接的高精度恒流源5、高精度A/D转换器8，以及与高精度A/D转换器8电信号连接的模拟检测电路7，高精度恒流源5和模拟检测电路7均分别与被测单元6电信号连接，嵌入式微处理器11还外连接一大屏幕显示单元10、键盘9，其中嵌入式微处理器11为32位嵌入式微处理器，大屏幕显示单元10为480×272的4.3寸TFT彩色液晶屏。
嵌入式微处理器11对高精度恒流源5进行切挡控制，产生不同的恒流电流，加到被测单元6上，由模拟检测电路7进行信号采集完成被测单元6上的电压差的取样，并送入高精度A/D转换器8，测试结果由嵌入式微处理器11读入，计算出被测单元6的电阻大小，并通过大屏幕显示单元10显示出来，另外其中功能的选择和操作由键盘9完成。
嵌入式微处理器11还与一外控单元电连接，该外控单元包括压力和温度采集口1、USB接口2或RS232接口3、自动压力升降控制接口4。
如图5所示，整机的所有操作可以通过USB接口2或者RS232接口3连接电脑上位机完成。
如图3所示，高精度恒流源5包括电信号连接的直流电源输入50、功率场效应管51、继电器控制的九挡标准电阻52、横流电源输出53、测试端54，以及比较器55、基准56、恒流源取样57，继电器控制的九挡标准电阻52为温度系数5PPM以下的标准铂电阻。
其中，该测试系统含有9个电流量程档，从0.1uA-1A(10A机型有5个量程挡)，有高精度电压基准ADR421B(＜0.02％1PPM)和定制级温度系数5PPM以下的标准电阻铂电阻进行恒流控制，短期和长期稳定性出色，由此完成最高端到最低端的恒流输出，恒流精度调整后可达0.02％以上，温度系数优于5PPM。
如图3所示，直流电源输入50，经过功率场效应管51进入继电器控制的九档标准电阻52，并经恒流源输出53输出到测试端54，电流在继电器控制的九档标准电阻52上产生的电压降由恒流源取样57取出由比较器55和标准电压即基准56进行比较，产生的电压差控制功率场效应管51，调整输出的电压大小，使得继电器控制的九档标准电阻52上的电压和基准56相等，这样输出的电流即为基准56除以继电器控制的九档标准电阻52，调整继电器控制的九档标准电阻52即可调整输出的恒流源输出53的大小。
因为使用的高精度的基准56和高端高稳定度的继电器控制的九档标准电阻52，所以产生的恒流源输出53相当的稳定。
如图4所示，模拟检测电路7为标准的四端测量检测电路，以消除接触电阻等的影响。其中HD为输出的高端，LD为输出的低端，HS为取样的高端，LS为取样的低端。取样的电压由两个电压跟随器取出，经过减法器相减，即为被测电阻上的电压降。其中取样采用高端运放MCP6002取样，此运放的输入偏流只有1PA，在高端测试的时候可以基本保持同样的测试精度，在低端测试的时候能对微伏级电压进行采样，使得高低端的信号都可以精确测量，取样的电压都很很精准。
因为使用了高稳定度的恒流源，所以在被测件上产生的电压降也相当的稳定，经过高精度运放取样得到的电压也就相当的稳定。
另外，高精度A/D转换器8为24位的A/D转换模块单元ADS1210，理论上的分辨率达到了1/1000000以上，保证了整体测量结果达到五位半的性能，以此保证整机系统在高端和低端的测试都能达到很高的精度。
高精度A/D转换器8转换的数据由嵌入式微处理器11进行计算，最终结果和测试状态都由大屏幕显示单元10显示或者通过USB接口或RS232接口连接电脑上位机由电脑上位机显示。
键盘9采用数字按键加功能选择按键，使得操作非常简单。
大屏幕显示单元10，采用了480×272的4.3寸TFT彩色液晶屏显示，因为屏幕显示面积很大，可以显示几乎所有的测试结果和测试状态，这也使得仪器的操作非常的简单，液晶屏的驱动由高性能的嵌入式微处理器11完成。
接口部分有串口RS232接口3，由嵌入式微处理器11输出控制，或是USB接口，也由嵌入式微处理器11完成，压力和温度采集口1对压强的采集由压力传感器输出的信号送入嵌入式微处理器11，并由高精度的A/D转换器完成。
自动压力升降控制接口4连接的调节压力大小的电机的控制由嵌入式微处理器11通过I/O口输出控制信号，驱动外部电源控制电机的转动完成压力大小的调整，当然也可以选择使用手动来控制液压部件调整压力。另外，仪表功能的操作可以通过USB接口或RS232接口连接电脑上位机由电脑上位机控制，也可以由键盘9控制。
如图5所示，根据不同的测试要求连接好不同的测试治具，粉末电阻率的测量使用专用的测试治具，带有加压装置；线缆的测试使用专用的线缆测试治具；薄膜等方阻的测试使用四探针测试夹具，其他材料的测试根据不同的需要选择不同的测试治具。
连接电脑上位机，当然也可使用键盘直接操作，连接压力和温度传感器，再用电脑上位机选择测量项目：粉末或者线缆或者薄膜或者其他材料，或者不使用上位机直接使用测试仪器的键盘。
手动加压或者使用自动加压装置(自动加压需连接控制电缆)
测试显示大屏幕显示单元上会显示温度、压强、电阻及计算出的电阻率、测试电流、测试电压等所有和测试有关的参数，电脑上位机同时可以生成测试数据记录表格，可以对测试数据进行记录，以便分析。
具体实施例：测试粉末的电阻率
第一步：选用粉末电阻的专用测试夹具；
第二步：压力传感器和测试仪器的压力和温度采集口1相连接(如选用自动加压的装置把自动加压的控制接口和仪器的自动压力升降控制接口4相连)；
第三步：使用电脑的USB口或RS232口和测试仪器的USB口或者RS232口相连；
第四步：连接温度传感器；
第五步：把被测量的粉末放置于测试夹具中；
第六步：开始施加压力到需要的压强(如果是自动加压装置则设置压强后由仪器自动完成加压)；
第七步：通过键盘9或者电脑输入加压后粉末的直径和高度，并输入该粉末材料的温度系数；
第八步：通过键盘9或者电脑输入测试电流或者选择仪器自动选择测试电流；
第九步：在仪器的屏幕上可以读取：测试电压、测试压强、测试电流、当前温度和经过温度；补偿计算得出的粉末的电阻、及电阻率、和电导率；
第十步：所有的测试状态和测试结果电脑上同步显示，可在电脑上选择单次或连续记录当前的测试状态和测试结果，并可以生成报表打印或存储。
当然，以上所述仅本实用新型典型应用的示例性说明，通过对相同或相似技术特征的组合与替换，可以形成多种具体方案，这些方案均落在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种高性能电阻、电阻率、电导率测试系统，特征在于，其包括嵌入式微处理器，分别与该嵌入式微处理器电信号连接的高精度恒流源、高精度A/D转换器，以及与该高精度A/D转换器电信号连接的模拟检测电路，所述高精度恒流源和所述模拟检测电路均分别与被测单元电信号连接，所述嵌入式微处理器还外连接一大屏幕显示单元、键盘。
2.根据权利要求1所述的一种高性能电阻、电阻率、电导率测试系统，其特征在于，所述嵌入式微处理器还与一外控单元电连接，该外控单元包括压力和温度采集口、USB接口或RS232接口、自动压力升降控制接口。
3.根据权利要求1所述的一种高性能电阻、电阻率、电导率测试系统，其特征在于，所述高精度恒流源包括电信号连接的直流电源输入、功率场效应管、继电器控制的九挡标准电阻、横流电源输出、测试端，以及比较器、基准、恒流源取样，所述继电器控制的九挡标准电阻为温度系数5PPM以下的标准铂电阻。
4.根据权利要求1所述的一种高性能电阻、电阻率、电导率测试系统，其特征在于，所述模拟检测电路为标准的四端测量检测电路。
5.根据权利要求1所述的一种高性能电阻、电阻率、电导率测试系统，其特征在于，所述高精度A/D转换器为24位的A/D转换模块单元ADS1210。
6.根据权利要求1所述的一种高性能电阻、电阻率、电导率测试系统，其特征在于，所述嵌入式微处理器为32位嵌入式微处理器。
7.根据权利要求1所述的一种高性能电阻、电阻率、电导率测试系统，其特征在于，所述大屏幕显示单元为480×272的4.3寸TFT彩色液晶屏。
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