炭素電阻率智能測試儀的制作方法
【專利摘要】一種炭素電阻率智能測試儀，包括中央處理器，中央處理器為LPC2138處理器，中央處理器設(shè)有RS232接口，RS232接口用于系統(tǒng)的檢測、調(diào)試以及LPC2138的軟件下載。本發(fā)明以嵌入式技術(shù)為核心，利用改進型Rymaszewski的測量方法，向測試件注入最大幅值為100A的矩形波脈沖電流，測取相應(yīng)電壓數(shù)值后計算出其電阻率。
【專利說明】炭素電阻率智能測試儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電阻率智能測試儀，具體涉及一種炭素電阻率智能測試儀。
【背景技術(shù)】
[0002]炭素是國家重點支持的基礎(chǔ)原材料之一，在核能、航天、軍工等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。為了較為準確地把握石墨炭素的結(jié)構(gòu)及物態(tài)變化，常常利用炭素電阻率測試儀對其品質(zhì)進行監(jiān)測，以掌握炭素制品中雜質(zhì)濃度的分布情況。國內(nèi)現(xiàn)有的炭素電阻率測試儀多以手動調(diào)節(jié)為主，測量周期長，工作效率低，只能采用抽檢少量產(chǎn)品的方法進行檢測，導(dǎo)致石墨炭素制品參數(shù)的離散性偏高；并且由于是單點測試，只能測試某一具體電流偏置下炭素電阻率的大小，難以描述材料的電阻率整體特性和分布規(guī)律。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種炭素電阻率智能測試儀，該測試儀以嵌入式技術(shù)為核心，利用改進型Rymaszewski的測量方法，向測試件注入最大幅值為100 A的矩形波脈沖電流，測取相應(yīng)電壓數(shù)值后計算出其電阻率。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
1、一種炭素電阻率智能測試儀，包括中央處理器，所述中央處理器為LPC2138處理器，所述中央處理器設(shè)有RS232接口，其特征在于:所述RS232接口用于系統(tǒng)的檢測、調(diào)試以及LPC2138的軟件下載。
[0005]2、根據(jù)權(quán)利要求1所述炭素電阻率智能測試儀，其特征在于:所述RS232接口是一個標準的VT100超級終端接口，使用windows超級終端仿真軟件可對模板進行調(diào)試和檢測。
[0006]3、根據(jù)權(quán)利要求2所述炭素電阻率智能測試儀，其特征在于:所述RS232接口通過跳線跳接可以將編譯連接生成的軟件下載到LPC2138的FLASH存儲器中。
[0007]本發(fā)明的優(yōu)點在于:采用嵌入式微處理器，并利用LPC2138產(chǎn)生可調(diào)的脈沖電流，通過改進型Rymaszewski電測法，在測量中消除了游移誤差，避免了測試電流導(dǎo)致電阻升溫的影響，提高了系統(tǒng)的精確性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為本發(fā)明系統(tǒng)構(gòu)成圖。
【具體實施方式】
[0009]參見圖1，一種炭素電阻率智能測試儀，包括中央處理器，中央處理器為LPC2138處理器，中央處理器設(shè)有RS232接口，RS232接口用于系統(tǒng)的檢測、調(diào)試以及LPC2138的軟件下載。
[0010]RS232接口是一個標準的VT100超級終端接口，使用windows超級終端仿真軟件可對模板進行調(diào)試和檢測。
[0011]RS232接口通過跳線跳接可以將編譯連接生成的軟件下載到LPC2138的FLASH存儲器中。
[0012]該炭素電阻率智能測試儀，該測試儀以嵌入式技術(shù)為核心，利用改進型Rymaszewski的測量方法，向測試件注入最大幅值為100 A的矩形波脈沖電流，測取相應(yīng)電壓數(shù)值后計算出其電阻率。所有重要數(shù)據(jù)都可自動運算并將結(jié)果顯示在測試儀的IXD屏上，免去了人工換算的繁瑣，使用更方便，工作效率更高。
[0013]系統(tǒng)的構(gòu)成
該測試儀根據(jù)設(shè)計要求，選用了 Philips公司的LPC2138作為系統(tǒng)的中央處理器，LPC2138是一個基于支持實時仿真和嵌入式跟蹤的32位ARM7TDMI微控制器，具有非常豐富的外圍模塊，強大的處理和控制功能。系統(tǒng)設(shè)有RS232接口，用于系統(tǒng)的檢測、調(diào)試以及LPC2138的軟件下載。正常情況下RS232調(diào)試接口是一個標準的VT100超級終端接口，使用windows超級終端仿真軟件可以十分方便地對模板進行調(diào)試和檢測。同時該串口通過跳線跳接可以將編譯連接生成的軟件下載到LPC2138的FLASH存儲器中。
[0014]測試原理
該測試儀采用改進型Rymaszewski電測法完成對石墨炭素電阻率的測試。改進型Rymaszewski電測法是在方形四探針Rymaszewski法的基礎(chǔ)上,改進了探頭與被測體的接觸方式，不僅將探頭改造為片狀，還在片狀探頭與被測體接觸處敷設(shè)面積足夠大的錫箔，并在錫箔與測試面之問涂抹導(dǎo)電膏，將接觸電阻減到最小值。讓電流先后通過不同的片狀探頭對，測量另外2片狀探頭間電壓，計算出電阻率，測量時，由鍵盤輸入被測體的截面和長度，CPU控制DAC輸出100 A的脈沖電流送往測量電極，再將在脈沖電流作用下被測物體產(chǎn)生的電位值送往前
端電壓采集調(diào)理電路，經(jīng)差分放大、電壓跟隨、高壓保護，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后將電壓的數(shù)字信號送給CPU進行處理，最后顯示測試結(jié)果。測量過程中，首先讓電流，從片狀探頭1、2通過被測體，測量片狀探頭3、4問的電壓。，再讓電流，從片狀探頭2、3通過被測體，測量片狀探頭1、4間的電壓。為了提高測量的準確性，可將電流片狀探頭和電壓片狀探頭進行4次輪換，循環(huán)一周，分別利用上式進行計算，最后取平均值。結(jié)果表明，利用改進型Rymaszewski電測法進行測量，其特點是不會出現(xiàn)幾何影響，也不存在片狀探頭間距和邊界的負面效應(yīng)。該電測法還可實現(xiàn)“自我修正”，而不必尋找修正因子。
[0015]另外，理論計算表明，片狀探頭沿任意方向游移時，只要保證正方形的2個對角線長度差的絕對值不超過邊長的ο.35倍，其任意方向的游移對測量結(jié)果的影響很小，誤差在5%以內(nèi)。
[0016]電流模塊的設(shè)計
由于石墨炭素電阻率的測量屬于微電阻測量，故電流源的選取是非常重要的，目前工程上通常采用脈沖大電流源(沖擊電流源)測量和恒流源測量2種方法。若以大電流恒流源為基礎(chǔ)進行測量，雖然可降低對測試儀的要求，但通電時間較長，被測電阻的溫度也將隨之升高，因電阻的負載效應(yīng)而產(chǎn)生測量偏差。如果能將通過被測體的時間控制得很短，則可大大減少溫升，從而減少電阻值的改變。以測量I __ Q的電阻為例:當電流脈沖寬度<300斗s，測試電流為100 A時，最大升溫Λ丁一 3.2X10叫K，其電阻阻值變化率Λ肜R=3.2X10。12，可知其阻值幾乎不變。因此，該設(shè)計采用脈沖大電流對石墨炭素電阻進行測量。這樣不僅可以大大減少電流通過時石墨炭素電阻的溫升，也可減小測試儀的體積，尤其方便于現(xiàn)場測量。電流模塊的硬件電路主要由脈沖輸出電路和脈沖電流控制電路兩部分組成。若LPC2138未接收到來自鍵盤輸入的脈沖電流數(shù)值，則自動輸出幅值為100 A的脈沖電流；若LPc2138接收到來自鍵盤輸入的脈沖電流數(shù)值，cPu根據(jù)脈沖的參數(shù)設(shè)置觸發(fā)脈沖電流并輸出PwM信號，經(jīng)過功率放大后送鑒于輸出的脈沖電流較大，對大功率開關(guān)器件提出了很高的要求。設(shè)計采用絕緣柵極雙極晶體管IGBT (Insulated Gate BipOlar Transistor)來實現(xiàn)電流的穩(wěn)定度。D3和D4構(gòu)成雙向限幅器，限制IGBT柵極的正壓不高于+15 V，負壓不低于一 10 V，保護IGBT不被損壞。穩(wěn)壓管D5對1腳起到限幅作用，以保護M57962L。R11起到門極限流作用，防止開通時柵極充電電流過大引起振蕩。13腳和14腳輸入PwM脈沖信號，5腳輸出幅度+15?一 10 V的脈沖送至IGBT的柵極驅(qū)動IG — BT。1腳檢測IGBT是否過流。當發(fā)生短路或過載時，IGBT的集電極電壓超過15 V，D3截止，1腳檢測到過流信號，5腳輸出負壓使IGBT迅速關(guān)斷，同時故障輸出端8腳輸出低電平，使光耦導(dǎo)通輸出過流信號送給LPc2138。當測試電流流過電阻時，由于熱電勢、電化學(xué)電勢、放大電路本身的失調(diào)和溫漂等原因，無法精確測量被測物體兩端的弱電壓信號。該電流源模塊在設(shè)計中考慮通過從CPu的不同的引腳輸出再相互疊加來解決的，由cPu控制輸出幅值相等、方向相反的脈沖電流。由ARM和外圍電路組成的測試電流模塊可方便地實現(xiàn)參數(shù)的修改和控制信號的輸出，便于不同場合的應(yīng)用。2.2 CPU模塊該模塊以LPC2138微處理器為核心，該處理器內(nèi)嵌512 kB的Flash存儲器和32 kB的RAM，并含有1個10位D / A轉(zhuǎn)換器和2個8位A / D轉(zhuǎn)換器，無需擴展專門的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，簡化了外圍電路的設(shè)計。負責(zé)監(jiān)控鍵盤的輸入、系統(tǒng)狀態(tài)的顯示、周期脈沖信號的產(chǎn)生及與外部的通信等任務(wù)。
【權(quán)利要求】
1.一種炭素電阻率智能測試儀，包括中央處理器，所述中央處理器為LPC2138處理器，所述中央處理器設(shè)有RS232接口，其特征在于:所述RS232接口用于系統(tǒng)的檢測、調(diào)試以及LPC2138的軟件下載。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述炭素電阻率智能測試儀，其特征在于:所述RS232接口是一個標準的VTlOO超級終端接口，使用windows超級終端仿真軟件可對模板進行調(diào)試和檢測。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述炭素電阻率智能測試儀，其特征在于:所述RS232接口通過跳線跳接可以將編譯連接生成的軟件下載到LPC2138的FLASH存儲器中。
【文檔編號】G01R27/08GK103698610SQ201310516426
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月28日
【發(fā)明者】王耀斌 申請人:陜西高新實業(yè)有限公司