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钛酸钡基热敏陶瓷电压效应测试系统的研究

钛酸钡基热敏陶瓷电压效应测试系统的研究

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作者：叶德盛华中科技大学

学位级别：硕士

钛酸钡基热敏陶瓷具有显著的正电阻温度特性,即PTCR(Positive Temperature Coefficient of Resistance)效应,据此已被广泛应用于众多领域。PTCR材料的广泛应用主要基于它的三大基本特性,即电阻温度特性、电流时间特性以及伏安特性,其中... 详细信息

钛酸钡基热敏陶瓷具有显著的正电阻温度特性,即PTCR(Positive Temperature Coefficient of Resistance)效应,据此已被广泛应用于众多领域。PTCR材料的广泛应用主要基于它的三大基本特性,即电阻温度特性、电流时间特性以及伏安特性,其中零功率伏安特性是电压效应的一种表达形式。实际电子电路中,PTCR元件的阻值除随温度变化之外,还随着外加电压的上升零功率状态下呈现明显下降趋势,这种现象就是所谓的电压效应,此效应对PTCR的工作特性有着显著的影响,通常的伏安特性测试只研究了通过PTCR的电流随外加电压的变化关系,而电压效应测试则同时反映出外加电压和温度对其性能的影响,所以PTCR电压效应的测试对其性能的研究及其广泛应用有着重要意义。根据PTCR电压效应的测试原理,测试严格要求在零功率条件下进行,这就对系统的测试电压和数据采集电路提出了更高要求。针对这一问题,本文采用短时脉冲电压的方式对PTCR的电压效应进行测试,保证了零功率测试的要求;设计了以高采样率数字示波器为核心的数据采集电路,编程实现了短时脉冲信号的自动化采集,最终完成对不同温度下的PTCR电压效应零功率测试。具体内容如下:(1)首先是测试系统硬件结构设计:主要包括脉冲电压控制电路、脉冲电压数据采集电路以及温度控制电路三部分。其中,脉冲电压控制电路以STC系列单片机为控制核心,通过单片IO口输出的电平信号,给到IGBT驱动电路从而实现对输出电压脉宽控制;数据采集电路由示波器及其控制电路构成,上位机与示波器采用USB总线连接,通过Agilent 2000 3000 X-Series仪器驱动进行通信,实现了计算机对数字示波器的控制;温度控制部分由温控表和工业电炉组成,为测试系统提供稳定、可靠的温度源。(2)其次是测试系统软件程序开发:上位机软件程序以Lab VIEW为开发平台,通过对系统各个硬件模块编程控制技术的讨论分析,给出上位机程序的工作流程和设计思想,编写控制程序实现了计算机与示波器的USB通信、计算机与单片机的串口通信,从而完成脉冲电压数据的自动化采集和处理,达到了自动化测试的目的。(3)最后是样品的电压效应测试分析:通过对测试得到的PTCR样品在不同温度下的电压效应数据及拟合出的电压效应(V-R-T)曲线进行讨论,根据PTC热敏陶瓷电压效应的相关理论,分析了测试结果:本文设计的测试系统基本实现了PTCR的电压效应零功率测试,为进一步研究PTC热敏陶瓷的电压效应提供了一定的测试依据。

关键词：钛酸钡基热敏陶瓷电压效应 LabVIEW 测试控制

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