摘 要：為了解決熔斷電阻器測試過程中人工因素影響大、測試結(jié)果離散性大的問題，提出了一種熔斷電 阻器自動測試設(shè)備的設(shè)計方案，通過采用智能化設(shè)計，讓設(shè)備自動地的測量待測電阻的阻值并加載所要求 的測試電流，有效地解決了以上問題。與傳統(tǒng)測試設(shè)備相比，熔斷電阻自動測試設(shè)備具有測試高、重復(fù)性好、操作簡便、可靠性高等多種優(yōu)勢。

　　0 引 言

　　熔斷電阻器是用于電路過流保護(hù)的重要器件。 熔斷電阻的熔斷特性測試工作一般都采用傳統(tǒng)的穩(wěn)壓電源進(jìn)行。根據(jù)我國相關(guān)的測試標(biāo)準(zhǔn) ，在進(jìn)行熔斷電阻的熔斷特性測試應(yīng)當(dāng)加 上相應(yīng)的額定熔斷電流，當(dāng)測試電流達(dá)到 50mA 時開始計時，當(dāng)測試電流下降到額定測試電 流的 1/50（或 1/400，由標(biāo)準(zhǔn)確定）時停止計時，兩者之間的時間差稱為熔斷時間。由于操 作者實際上無法地操作計時器， 而每個熔斷電阻間不可避免地存在的阻值差異， 相同的 測試電壓必然會導(dǎo)致實際測試電流與額定測試電流之間的偏差， 盡管國家標(biāo)準(zhǔn)允許操作者在 2 s內(nèi)將測試電流調(diào)整到額定電流值，但對于一個通電后阻值不斷快速發(fā)生變化的熔斷電 阻器，要作到這一點談何容易，因此實際操作中常常顧此失彼，導(dǎo)致測試結(jié)果分散性強(qiáng)，不同的操作人員對同一批產(chǎn)品往往會得出不同的測試結(jié)論， 因此生產(chǎn)者希望能得到一種自動化 的測試設(shè)備用于解決測試中出現(xiàn)的問題， 這里介紹的一種智能化的熔斷電阻自動測試設(shè)備可 以很好地滿足上述需要。

　　1 自動測試設(shè)備主要技術(shù)特性設(shè)計

　　根據(jù)熔斷電阻的測試要求，新設(shè)備應(yīng)具備以下主要技術(shù)參數(shù)：

　　（1） 輸出電壓范圍：0.03-40V

　?。?） 輸出電流范圍：0.01-23A

　?。?） 輸出電壓分辨率≤1mV

　?。?） 輸出電流分辨率≤1mA

　?。?） 啟動時間設(shè)置范圍：0－9 秒

　?。?） 熔斷測試時間設(shè)置范圍：0－255 秒

　　（7） 加電試驗時間設(shè)置范圍：0－99999 秒

　?。?） 輸出電壓：不大于 1％FSR

　?。?） 輸出電流：不大于 1％FSR

　　新設(shè)備應(yīng)具有如下功能特性：

　　（1）能自動進(jìn)行熔斷電阻特性測試，自動判斷熔斷電阻的有無及通斷狀態(tài)，自動計時及顯 示測試結(jié)果。

　?。?）可自動測量被測熔斷電阻的阻值，根據(jù)實測電阻值的大小自動調(diào)整測試電流至額 定電流值，避免手工操作帶來的誤差。

　　（3）可預(yù)先對各個型號的熔斷電阻測試參數(shù)如：型號、阻值大小、測試功率、測試電流及 測試電壓、熔斷時間范圍等進(jìn)行設(shè)置，測試時只需選中待測電阻的型號，所有測試參數(shù)都將 自動顯示在屏幕上，設(shè)備自動處于測試準(zhǔn)備狀態(tài)。

　　（4）采用全電子結(jié)構(gòu)，避免使用機(jī)械繼電器或波段開關(guān)，提高設(shè)備的可靠性。

　?。?）采用四端口方式連接負(fù)載（兩個輸出端口及兩個檢測端口） ，避免大電流狀態(tài)下產(chǎn)生的 測試誤差。

　?。?）具有短路及過電流保護(hù)功能，保證儀器不被意外損壞。

　　（7）測試數(shù)據(jù)自動保存，需要時可方便地打印出來。

　?。?）新的測試設(shè)備采用微機(jī)進(jìn)行控制，所有的操作均通過鼠標(biāo)或鍵盤完成。

　　2 實施方案

　　2.1 硬件部分設(shè)計

　　設(shè)備共由兩部分組成：測試儀器和個人計算機(jī)（PC） ，計算機(jī)通過串行口與測試儀器內(nèi)嵌的單片機(jī) （89C52）進(jìn)行通信，由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送及采集并控制測試儀器完成測試 工作。

　　由于機(jī)械式開關(guān)或繼電器觸點開合時有打火現(xiàn)象， 不僅壽命短可靠性差， 還容易對其它部分產(chǎn)生干擾，故使用固態(tài)繼電器 代替。另外由于開關(guān)電源的紋波難以控制并影響測試結(jié)果，故此采用傳統(tǒng)的模擬電源結(jié)構(gòu)。

　　根據(jù)相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)，熔斷電阻的阻值分布范圍從 0.1 到 60 多歐姆，所需的額定測 試電流范圍從百余毫安到 20 多安培，從電壓及從電流方面考慮采用分檔電路加以實現(xiàn)。

　　經(jīng)計算可知，測試設(shè)備所需的測試電壓范圍約為 0.2V-40V，考慮到變壓器的負(fù)載特性、 測試電流分布及電網(wǎng)電壓波動情況，選取 4 抽頭 45V/800W 的電源變壓器，每個抽頭接一個固態(tài)繼電器作為選通開關(guān)， 固態(tài)繼電器的通斷由單片機(jī)控制，輸出較低電壓時用低電壓抽頭， 輸出較高電壓時采用高電壓抽頭，保證電壓調(diào)整管兩端的壓降不會過高，避免調(diào)整管發(fā)熱燒毀。同時采用四個大功率加裝散熱片的三級管并聯(lián)作為調(diào)整管使用， 給每個管子留出足夠 的功率余量。事實證明，在不加裝風(fēng)扇的情況下，設(shè)備也可以長時間穩(wěn)定地連續(xù)工作。

　　為了保證上述指標(biāo)的實現(xiàn)， 設(shè)備采用兩級穩(wěn)壓方案， 第二級穩(wěn)壓電路提供測試所需的穩(wěn)定電壓，其參考電壓來自由單片機(jī)控制的 16 位 D/A 轉(zhuǎn)換器（MAX541）及驅(qū)動器， 級穩(wěn)壓電路起一個緩沖作用， 一是保證前級的電壓波動不會影響到輸出級， 二是保證晶體管 泄漏電流不會傳送到輸出端口 （級穩(wěn)壓電路的泄漏電流在第二級穩(wěn)壓電路輸入端提前泄 放掉了，而第二級穩(wěn)壓電路由于壓差低泄漏電流可以忽略不計） ，但級穩(wěn)壓輸出值是浮動的，通過一定的措施，使其在任何情況下都保證第二級穩(wěn)壓電路的調(diào)整管有一個約 3.5V 的壓差（見圖 1） 。

圖 1 ：熔斷特性測試設(shè)備原理示意圖

　　輸出電壓大小的指令由微機(jī)發(fā)出給設(shè)備內(nèi)置的單片機(jī)接收， 單片機(jī)再將相關(guān)的數(shù)據(jù)發(fā)送 給 D/A 轉(zhuǎn)換器并打開對應(yīng)的固態(tài)繼電器（選取變壓器不同的輸出抽頭） 。為了保證固態(tài)繼電 器不會同時處于開啟狀態(tài)而燒毀，單片機(jī)先關(guān)閉打開的繼電器，延遲 50 毫秒后再打開另一 個固態(tài)繼電器。由于該過程時間很短，所以在實際使用中無法察覺。

　　采用負(fù)載端電壓取樣結(jié)構(gòu)， 保證在大電流狀態(tài)下被測熔斷電阻器能得到所需的電壓。 參考電源由 16 位 D/A 轉(zhuǎn)換器及其驅(qū)動器、2.5V 基準(zhǔn)電壓源擔(dān)任 ，以保證輸出電壓的靈活性 和準(zhǔn)確性。在輸出回路中串聯(lián)了一個采樣電阻 R，用于測量輸出電流及過電流保護(hù)，此電阻選用大功率精密線繞電阻，保證在極端情況下不會因過熱導(dǎo)致阻值發(fā)生變化影響測試結(jié)果。 電流值在電阻R兩端采樣，經(jīng)放大后送 16 位 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，由單片機(jī) 讀取后送計算機(jī)處理；電壓值經(jīng) R1、R2 分壓后提?。ㄒ妶D 1）送 16 位 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù) 字信號，由單片機(jī)讀取后送計算機(jī)處理。

　　2.2 控制軟件設(shè)計

　　計算機(jī)測試控制軟件用 VB6.0語言編寫；為了的定時及采樣需要，測試儀器內(nèi)嵌 的單片機(jī)軟件用匯編語言編寫。

　　本設(shè)備由計算機(jī)發(fā)出控制指令， 設(shè)備中的單片機(jī)接收后執(zhí)行相應(yīng)的操作， 同時單片機(jī)將 采集到的電流及電壓數(shù)據(jù)發(fā)送給計算機(jī)。 控制程序根據(jù)電流的大小判斷熔斷電阻器的有無及 通斷狀態(tài)，根據(jù)電壓電流比計算出熔斷電阻器的阻值并控制輸出所需的測試電壓。

圖 2：測試主界面

      自動測試過程流程圖（見圖 3）

　　當(dāng)操作人員選定待測熔斷電阻器的型號后， 相關(guān)的測試參數(shù)會出現(xiàn)在屏幕上， 這時微機(jī) 發(fā)出指令先輸出一個較低的電壓（保證短期內(nèi)被測熔斷電阻不會因發(fā)熱而導(dǎo)致阻值變化） ， 然后根據(jù)回路中電流的大小判斷待斷熔斷電阻器是否已經(jīng)裝夾好， 電流約等于 0.5mA（ 以下） 的作無電阻判斷， 電流時大時小作沒夾好判斷， 電流穩(wěn)定后根據(jù)電流值及電壓值計算電阻值， 若該阻值在該型號電阻誤差范圍內(nèi)則根據(jù)額定電流大小及電阻值的大小輸出所需的穩(wěn)定電 壓， 同時開始計時， 在規(guī)定時間內(nèi)電阻熔斷的 （以回路電流下降到額定電流的 1/50 或 1/400， 由技術(shù)要求決定，在操作前設(shè)置）判斷為合格，否則為不合格，同時停止計時顯示測量結(jié)果 并自動保存，設(shè)備自動回到測電阻值的低電壓狀態(tài)。由于回路的輸出端接有電壓取樣電阻， 流過該電阻的電流會迭加在回路總電流中， 實測時由控制軟件通過下式將該電流從總電流中 扣除：

　　式中：I為實際流過被測電阻的電流；IO為回路總電流；VO為輸出電壓；R1、R2、R4為采樣分壓電阻。

　　本設(shè)備在使用前必須進(jìn)行標(biāo)定，從圖 3 可以看出，本設(shè)備的輸出電壓為：

　　式中 V0 為輸出電壓，VF 為 D/A 轉(zhuǎn)換器輸出的參考電壓，其大小在 0-2.5 伏之間由程序控制，R4 為 3.9K 歐，R3 為 240 歐 （見圖 3）由上式可以得出輸出電壓在 0-40.625V 之間可調(diào)。

圖 3：測試程序框圖

　　16 位 D/A 轉(zhuǎn)換器接收的數(shù)據(jù)范圍為0-65535，對應(yīng)于 0-40.625V 之間輸出電壓，電壓 分辨率及每輸入數(shù)對應(yīng)的電壓值為 40.625/65535=0.62mV，原則上可以簡單地通過調(diào)整 D/A 轉(zhuǎn)換器的輸入數(shù)調(diào)整輸出電壓值。 但考慮到元器件及電路的非線性因素， 設(shè)備必須標(biāo)定后才 能使用，標(biāo)定原理如下：

　　如圖4所示，輸入一個期望得到的目標(biāo)電壓，設(shè)備按照 N = V0/0.62mV 的結(jié)果向 16 位 D/A 轉(zhuǎn)換器輸入數(shù)據(jù) N，16 位 A/D 轉(zhuǎn)換器在 R1、R2 交點處采集（見圖 1）輸出電壓并轉(zhuǎn)換為數(shù)字 信號 M，與此同時用標(biāo)準(zhǔn)電壓表及電流表在設(shè)備輸出端（加適當(dāng)?shù)呢?fù)載）測量實際的電壓及 電流值， 并將實際電壓及電流值填入圖 4 所示的空格內(nèi)， 按電壓值從小到大重復(fù)上述操作過 程，控制軟件將自動保存上述 Ni、Mi、V0i 所有數(shù)據(jù)并建立內(nèi)部數(shù)據(jù)庫。

　　當(dāng)設(shè)備需要輸出與某標(biāo)定點相同的電壓 V0i 時，直接向 D/A 轉(zhuǎn)換器發(fā)送對應(yīng)的數(shù)據(jù) Ni 就可以了；當(dāng)需要輸出介于兩個標(biāo)定點 V0i 與 V0j 之間的電壓 V0k 時，按照線性插值公式可得：

　　由上式可得出：

　　計算機(jī)通過單片機(jī)向 16 位 D/A 轉(zhuǎn)換器發(fā)送數(shù)據(jù) Nk，設(shè)備輸出端就會輸出所需的電壓 V0k。

　　由此可見，實際參考電壓輸入數(shù)及輸出電壓值是在上述數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上通過查表及插 值計算得出的，標(biāo)定點越多，設(shè)備就越。

　　當(dāng)因元器件參數(shù)發(fā)生變化導(dǎo)致設(shè)備無法正常使用時，用戶只需根據(jù)說明書要 求對設(shè)備參數(shù)重新進(jìn)行標(biāo)定就行了，標(biāo)定過程十分簡單，一般情況下不需要對硬件進(jìn)行更換或調(diào)整。

　　為了方便操作，在程序中設(shè)置有熔斷電阻參數(shù)預(yù)置模塊， 這樣可大大簡化操作過程，這些預(yù)置參數(shù)還可以隨時更改或刪除。

圖 4：設(shè)備參數(shù)標(biāo)定界面

　　2.3 實際使用情況

　　上述設(shè)備的電壓分辨率為 0.62mV，電流分辨率為 0.5mA。仔細(xì)標(biāo)定后全量程的度優(yōu)于 1%，可在滿負(fù)荷下長時間正常工作，人為因素影響得以消除，測量結(jié)果準(zhǔn)確，重復(fù)性好。

表 1：RF10-0.2-1.0W 熔斷電阻器測試結(jié)果對照表

　　3 結(jié)論

　　使用自動熔斷參數(shù)測試設(shè)備， 可有效地避免傳統(tǒng)的手工測量所存在的種種弊端， 大大減輕了工作人員的勞動強(qiáng)度，提高了工作效率，同時消除了人為誤差，使測量結(jié)果更準(zhǔn)確，消除了同批產(chǎn)品的測量結(jié)果因人而異的狀況。