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热敏元件综合特性测试系统研究

赵俊  
【摘要】: 随着电子材料与元器件的新理论、新材料、新器件的不断涌现,对相关的测试技术提出了较高要求,其中许多特性参数的测量原理与测试技术都尚待研究。本文以热敏元件零功率电阻-温度特性、电流-时间特性、静态伏-安特性及电压效应特性等四大综合特性的测试为研究内容,深入分析了四大综合特性的测量方法,采用集成仪器技术的思想,提出了热敏元件综合特性测试系统架构,并分别提出了四大功能模块子系统的设计方案,最终把各测试模块集成在一个最小集合的、低成本的通用检测设备硬件平台(基于PCI总线的数据采集及控制单元)上,利用该通用硬件平台,调用不同的测试软件就能构成不同测试功能的仪器,实现多种测试功能集一体的集成仪器,从而实现了热敏元件四大综合特性的测量。 在本系统中,需要采用电阻炉作为加热源,精确可靠地测量和控制电阻炉的温度,是保证精确测量的必要条件。本文将模糊控制和PI-PID控制结合起来,设计了FUZZY-PI-PID复合控制器,最终实现对PID参数的在线自适应调整。最大超调量小于2℃,最大稳态误差小于0.25℃。从而实现了温度的智能化精确控制。 为了提高测试系统精度,以及实现高可靠运行,本文分别从硬件和软件抗干扰来论述抑制干扰噪声的方法:消除和削弱干扰源;设法使检测电路对干扰噪声不敏感;使噪声传输通道的耦合作用最小化;使用合适的数字滤波算法和相关检测技术进行数据处理。最终实现测试系统高精度的测量。 该测试系统是一个实时多任务控制系统,控制程序十分复杂,在软件设计时,本系统采用了至顶向下和模块化、层次化的设计方法。用这些子模块构造更大的功能模块。最后将各功能模块整合起来,构造成完整的测试系统软件。论文分别对界面模块、计算机及外围电路接口驱动模块、温度控制模块、测量流程控制模块、脉冲信号控制程序、开关控制程序、自动换档测量模块、软件保护报警模块、数据采集卡的驱动和控制模块、数据采集控制模块、数据处理及显示模块等进行了讨论和设计。这种软件设计方法,便于对整个开发过程的管理、程序的修改和整个系统功能的扩展、升级。 本文依据测试系统所提供的实际测试结果,结合热敏材料的相关理论,对热敏元件四大特性的测试结果做了详细分析,着重从脉冲电压源、零功率伏-安特性、不同电压下电阻-温度特性、不同温度下电阻-电压特性的测量来讨论热敏电阻的电压效应。并结合热敏电阻的微观结构,对热敏电阻的电压效应机理做了初步的探讨。采用短时脉冲法实现热敏电阻电压效应的自动测量,为国内首创,对科研人员深入研究热敏材料的电压效应机理具有重要意义。


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