PTC热敏电阻器电流冲击特性测试系统

　　PTC 热敏电阻器主要有陶瓷PTC 热敏电阻器和有机高分子PTC 热敏电阻器两大类。由于它们具有热敏、直控、节能等优点，已被广泛地应用在彩电消磁、马达启动器、电机过热过流保护器、恒温发热体、程控交换机过流保护等领域中。随着我国信息产业和汽车工业的发展，市场对PTC 元件的需求量与日俱增，对其性能的检测也显得更加重要了。

　　本文利用计算机、数字示波器、工业I/O控制卡、IEEE488 接口卡等开发出了PTC 工频电流冲击特性全自动测试系统，该系统能同时测量多只产品的电流-时间特性和老化衰减特性，具有高效率（同时测量48只产品）、操作简单、自动记录数据、自动计算参数等优点，为PTC 元件的应用开发提供了先进的分析测试手段。

　　1 测试原理

　　1. 1 电流-时间特性测试原理

　　PTC 热敏电阻器的阻值在居里点已发生阶跃变化，其变化规律可用下式表示

　　式中R为某一温度下的电阻Ω；T 为温度，K；R0，B 为常数，Ω，K-1。

　　当PTC 热敏电阻器加上交流电压时，由于焦耳热其电阻值会迅速升高，回路的电流迅速下降，电流-时间特性可表示为

　　流过PTC 热敏电阻器的电流与外加电压U0、常温电阻R0、材料参数B 以及环境温度有关。

　　该系统采用记忆示波器法直接测量电流-时间特性曲线，其测量原理电路如图1。

　　图1中，R0为限流电阻器，R1为标准取样电阻器。当开关K 闭合时，记忆示波器将记录下R1上的电压变化波形，电流则由I = U1/R1求出。一般取R1=1Ω，则I=U1。电流随时间的变化则可由波形图读出。典型的PTC 热敏电阻器的电流-时间特性曲线如图2所示。

　　通过式（2）和对曲线分析，可以确定此样品的的衰减系数k 和起始电流I0。

　　1. 2 老化衰减特性测试原理

　　对于PTC 热敏电阻器的老化衰减特性的分析，可以采用多次循环冲击的方法。显然，冲击电流和冲击次数是衡量PTC 热敏电阻器老化衰减特性的重要参数。

　　通过多次对样品在一定条件下进行电流冲击，得到每次冲击的电流-时间曲线，然后，比较每次曲线的变化，可以看出：样品是否已经老化衰减。一般认为，当初始电流小于某一个值时，就认为此PTC 热敏电阻器已经被老化击穿，这个值的大小由厂家生产的产品的性能参数来定。

　　2 硬件设计

　　2. 1 测试电路

　　根据记忆示波器法的测试原理以及实现对48 路产品同时测量的要求，测试电路原理如图2 所示。

　　在图3 中，W1，W2，W3 是负载电阻器，其调节范围是1 ～1000Ω，每隔1Ω可连续调节。每个负载电阻器接16个通道，即W1 接通道1～16，W2接通道17～32，W3接通道33 ～ 48。KJ1～KJ48 分别为通道1～48的加电控制开关，用来控制样品是否处于加电测试状态。K1～K47 分别为通道1～47的采样控制开关，用来控制示波器对测试样品的电流波形的采样，通道1 ～ 47 的采样信号进入示波器的信号输入端CH1，通道48 的采样信号直接进入示波器的信号输入端CH2。通道开关选用密封继电器，计算机通过I / O 卡输出控制信号来控制继电器的通断，从而实现加电压通道和采样通道的程序控制。另外，还用了1756 卡的一个输入检测通道，用于检测交流电的过零信号，使采样波形的起始点在零点附近。

　　FUSE1～FUSE48 分别为通道1～48的过电流保护元件，FUSE 的电流大小应视测试PTC 元件的规格进行合理的选用，以达到最佳保护效果。

　　2.2 硬件结构

　　该系统主要由计算机、数字示波器、IEEE488 接口、电气控制柜（里面放有测试控制电路板）、交流测试电源系统、PC 工业控制I/O卡等组成。系统硬件结构如图4 所示。

　　计算机为系统的控制核心，IEEE488 接口与数字示波器相连，计算机通过IEEE488 对示波器进行程控控制，并且，把采集得到的数据从示波器再通过IEEE488 卡传给计算机。

　　PC工业控制I/O卡把计算机与控制电路连接起来，利用计算机来控制每个通路的接通和断开，实现1～48个通路的程序控制。

　　测试电源是由调压器和变压器提供，调压器输出0 ～220 V 的连续电压，再通过变压器变压，可输出0～1000 V（峰-峰值）连续可调的测试电压源。

　　其中，1752 为64 通道输出控制的PC 工业控制I/O卡，1756 为32 通道输出控制、32 通道输入检测的PC工业控制I/O卡。

　　3 软件设计

　　该系统软件部分基于VC+ + 6.0开发，在测试系统中采用了VC+ + 6.0作为软件开发平台开发虚拟仪器的软件模块，主要包括了初始化、测试控制、数据处理三大部分。

　　通过初始化模块，用户可以完成测试参数的设置；通过测试控制模块，用户可以任意的暂停、恢复和停止测试；通过数据处理模块，用户可以完成测试数据的调用、测试曲线的绘制、打印以及导入Excel处理等功能。

　　另外，软件模块还包含部分系统维护以及辅助检修的功能。

　　4 试验结果

　　测试过程中得到的曲线根据从示波器中读取的数据来绘制的（也就是示波器上显示的波形），实测的一种过流保护PTC 热敏电阻器的电流冲击特性如图5所示。

　　图5是通道1上的PTCR 的第一次冲击测量，测量电压为275 V，分析结果得到冲击电流（峰-峰值）为5. 4 A，衰减时间为147 ms，与示波器上直接读出的结果一致，也符合样品的实际参数。

　　5 结 论