鉭電容器是一種較新型的電解電容器，自從五十年代問世以來，即以其優(yōu)異的性能，如體積小、單位體積電容大(是鋁電解的3倍)，漏電流少(鉭電解要比鋁電解小數(shù)量級)，工作溫度范圍寬和性能穩(wěn)定可靠等特點，為各行各業(yè)廣泛采用，隨著電子設備需用量的不斷增長，用量趨勢遞增，國際鉭電容市場銷售每年增長14％。隨著電子設備需用量的極大增長，以及大規(guī)模集成電路的發(fā)展，鉭電容的應用范圍還將不斷擴大。  

　　由于鉭電容的優(yōu)異性能及其應用范圍的不斷擴大，市場對高效率、高質(zhì)量的鉭電容進行老化試驗和測試的自動測試系統(tǒng)有了迫切的需求。本鉭電容自動測試系統(tǒng)與GB 7213-87(等效IEC384-15-84)《電子設備用固定電容器第十五部分：分規(guī)范非固體或固體電解質(zhì)鉭電容器》國家標準能緊密結(jié)合，目的是為了解決鉭電容測試自動化，提高鉭電容測試的可靠性，提高測試效率，減少人為差錯，使鉭電容測試水平在符合國家標準的基礎上提供一種新的測試裝置。而且，我們組建的鉭電容自動測試系統(tǒng)全部采用自己研發(fā)的可程控儀器和系統(tǒng)軟件，包括PCIGPIB總線控制接口板、(與PC機組建成GPIB,總線控制器)、可程控漏電流測試儀、可程控多路開關(guān)、LCR測量儀、被測件箱。

　　當今世界上基于PC的自動化解決方案的數(shù)量，正以每年20％的速度增長。這是因為越來越多的自動化任務，包括開環(huán)和閉環(huán)控制，運動控制等已經(jīng)加入到典型的PC任務(如數(shù)據(jù)處理和人機界面)的范圍內(nèi)。通過將所有的功能集成于PC這個統(tǒng)一開放的平臺上，可以減小安裝空間和節(jié)省電纜，將復雜的通訊連接簡單化。而鉭電容自動測試系統(tǒng)就是利用PC的強大數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理功能，以及PC的大容量的存儲空間，將復雜的數(shù)據(jù)記錄傳輸至集中控制和處理單元。它還可以將非常復雜，容易出錯的控制變得簡單，準確。

　　國際上有很多測試總線，其中GPIB(General Purpose Interface Bus)總線(國外也有稱為IEEE488總線，或IEC625,總線)是主要的并已獲得廣泛應用的總線之一，它實現(xiàn)了把世界上不同制造廠商生產(chǎn)的各種可程控儀器用專用電纜互連而組成總線式自動測試系統(tǒng)。國外已大量應用GPIB總線自動測試系統(tǒng)，國外的可程控儀器95％配置了GPIB接口，國內(nèi)有很多測試設備也有GPIB接口或可改造成為帶GPIB接口的儀器，這些資源正在有待于被激活，省錢省時地組建成基于GPIB總線的自動測試系統(tǒng)。

　　本系統(tǒng)能快速、準確地對40個鉭電容在不同測試頻率、不同測試電壓、不同極化電壓、不同測試溫度的條件下進行容量、損耗和漏電流自動測試，以提高鉭電容的測試效率和測試質(zhì)量，避免了手工測試的誤操作或數(shù)據(jù)記錄的筆誤。因此，本系統(tǒng)也可以推廣應用測量鋁電解電容等其它類型的電解電容器，可支持和帶動電容器測試行業(yè)技術(shù)發(fā)展，本系統(tǒng)無論在生產(chǎn)廠家、科研部門或計量部門都可以應用，它也可以提升電容器生產(chǎn)和測量的技術(shù)，有顯著的社會效益。

　　 一、鉭電容自動測試系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)組成

　　鉭電容自動測試系統(tǒng)是一種基于GPIB總線的自動測試系統(tǒng)，包括GPIB總線和帶有GPIB接口的可程控儀器。它是由插有PCI GPIB總線控制接口板的PC機1(以下簡稱GPIB控制器)、可程控漏電流測試儀2、可程控多路開關(guān)3、LCR測量儀4、被測件箱5和打印機6組成，GPIB總線分別連接GPIB控制器1、可程控漏電流測試儀2、可程控多路開關(guān)3和LCR測量儀4，可程控漏電流測試儀2連接可程控多路開關(guān)3，LCR測量儀4連接可程控多路開關(guān)3，被測件箱5與可程控多路開關(guān)3連接，GPIB控制器1又連接打印機6。

　　由于近年來PC機發(fā)展很快，主板不再裝有ISA插槽，因此本系統(tǒng)GPIB控制器的特點是采用基于PCI總線的GPIB,總線控制接口板，具有聽、講、控等功能，符合IEEE488．2標準和SCPI協(xié)議，支持Windows 9X操作系統(tǒng)。至于PC機的配置，除主板需有空余的PCI插槽外，能滿足運行Windows 98操作系統(tǒng)的硬件配置即可。

　　可程控漏電流測試儀用于測試鋁、鉭等電解電容器的漏電流，儀器內(nèi)部有可程控直流電壓源、可程控數(shù)字電流表和直流數(shù)字電壓表。

　　本系統(tǒng)可程控漏電流測試儀的特點如下：

　?。?) 帶GPIB接口，具有聽／講功能，GPIB接口符合IEEE488．2標準和SCPI協(xié)議，可以接收PC機命令，也可以將測量值發(fā)送給PC機；

　?。?) 漏電流儀的充電、測量、放電狀態(tài)可程控切換；

　　（3) 充、放電時間可程控選擇，有0．5、l、2、3、4、5、6、7、10、30、60~999s和手控共12檔；

　?。?) 數(shù)字量顯示、輸出。極化電壓、漏電流分別用四位數(shù)碼管顯示，極化電壓的顯示為0~200．0V一檔，漏電流的顯示分為99．99μA、999．9 μ A、9．999mA、99．99mA四個量程，自動跳檔。

　　輸出極化電壓準確度：

　　0~50V 2％滿量程±10字；

　　50V~200V 2％滿量程±10字；

　　數(shù)字電壓表準確度：

　　0~200V 1%滿量程±10字；

　　數(shù)字電流表各量程準確度：

　　1%滿量程±10字。

　　可程控多路開關(guān)、采用"NJ29可程控多路開關(guān)"，NJ29配備了五種不同的繼電器插卡，基本滿足不同用戶對切換電壓、切換電流、切換速度、切換通道數(shù)的需求，適用于組建以GPIB為總線的各種自動測試系統(tǒng)中。本系統(tǒng)采用二塊高靈敏度卡，總共有80個通道，繼電器觸點為單刀雙擲型，接觸電勢小于5μV，觸點壽命1×106。

　　LCR測量儀采用"ZL5智能LCR測量儀"，ZL5的主要特點是基本測量準確度為0．05％、測試速度快達12次／s。為適應各種元件不同的測試條件，測試頻率(12Hz~l00kHz)和測試電壓(5mV~1．275V)都可以編程選擇，四端測量技術(shù)(開爾文原理)的采用保證了測量連接線較長時ZL5也有很高的測量準確度，ZL5帶有的GPIB接口和分選接口更是滿足了組建自動測試系統(tǒng)及生產(chǎn)自動分選的需求，并可以以串聯(lián)等效或并聯(lián)等效電路的形式同時顯示被測件的主量LCR及副量QDR的值。LCR測量儀為適應多種測試需要，提供了四種顯示方式：被測件的實際值、LCR的百分偏差、LCR的偏差及料斗號。在本系統(tǒng)中，為了防止電解電容充放電后有殘余的高壓(大于60V的直流電壓)損壞ZL5，在測量端增加了氣體放電管，有效地保護了ZL5。

　　系統(tǒng)選用打印機的打印幅面為A3或A4尺寸，通用型的市售產(chǎn)品針式打印機或噴墨打印機，打印機接口可以是Centronix接口，也可以是USB接口。本系統(tǒng)組建時選用HPll20C噴墨打印機。GPIB控制器將各種數(shù)據(jù)進行采集處理后、可按預定的格式打印輸出。

　　二、系統(tǒng)功能

　　鉭電容測試的主要內(nèi)容為：在多路開關(guān)的轉(zhuǎn)換下，分別對40個鉭電容的容量、損耗、漏電流進行測試，測試數(shù)據(jù)的存檔和數(shù)據(jù)處理。

　　本系統(tǒng)的自動測試過程為：GPIB控制器上的系統(tǒng)軟件通過GPIB總線向可程控多路開關(guān)發(fā)出命令，確定工作通道，向可程控漏電流測試儀發(fā)出命令，要它輸出規(guī)定的極化電壓，按設置的時間進行充電，并測量其漏電流值，再按設置的時間進行放電，然后向可程控多路開關(guān)發(fā)出命令，切換工作通道，向LCR測量儀發(fā)出設置測試頻率、測試電壓及測量容量、損耗等命令，PC機將各種數(shù)據(jù)進行采集處理、打印輸出。

　　三、軟件設計

　　目前，常用的編寫自動測試程序的軟件平臺有VB，Lab Windows／CVI和Lab View等開發(fā)軟件。VB具有易于聯(lián)接組成大的應用程序以及通用性較好等特點。本系統(tǒng)采用VB6．0開發(fā)，系統(tǒng)軟件與GB 7213-87(等效IEC384-15-84)《電子設備用固定電容器第十五部分：分規(guī)范 非固體或固體電解質(zhì)鉭電容器》國家標準能緊密結(jié)合，應用軟件對可程控多路開關(guān)及可程控漏電流測試儀的控制命令符合IEEE488．2標準和SCPI協(xié)議，具有數(shù)據(jù)儲存、編輯功能，并能與Excel文件相互轉(zhuǎn)換，為測試數(shù)據(jù)的整理、分析與處理提供了方便。具有GPIB控制器功能的PC機是整個系統(tǒng)的。

　　系統(tǒng)測量開始首先進行登錄，只有知道密碼的工作人員才能進入系統(tǒng)進行自動測量或數(shù)據(jù)管理。登錄以后，系統(tǒng)初始化時將系統(tǒng)設置為用戶原先設置的系統(tǒng)內(nèi)容：為漏電流儀設置極化電壓、充放電時間、漏電流限定值；為智能LCR測量儀設置測量元件、測量電壓、測量頻率；為多路開關(guān)設置所要測量的通道號；用戶輸入的元件資料和標準值；儀器的GPIB地址等。

　　初始化完成后，系統(tǒng)進入主界面，此時可以進行人機對話，根據(jù)用戶的不同需要，點擊各個菜單系統(tǒng)、測量模式、儀器調(diào)零、數(shù)據(jù)管理、綜合查詢、系統(tǒng)設置和幫助。如果用戶要對系統(tǒng)設置的內(nèi)容做修改，可點擊"系統(tǒng)設置"修改系統(tǒng)選項。系統(tǒng)設置完畢后，若要進行自動測試，共有三種自動測試模式可供選擇。 點擊"測試模式"，選擇好自動測試模式后，程序進入自動測試界面，在此界面上部顯示所有系統(tǒng)內(nèi)容，用戶如果確定后，可點擊"測試"鍵開始自動測試：

　　自動測試程序1是進行漏電流和容量測量，程序先將多路開關(guān)切換到設置的漏電流通道號后，漏電流儀將設置的極化電壓加到被測的鉭電容兩端，按設置的充電時間對鉭電容進行充電，充電完畢后漏電流儀2測量鉭電容的漏電流，接下來漏電流儀按設置的放電時間對鉭電容進行放電，放電完畢后，漏電流儀測試鉭電容兩端電壓，如果電壓值大于系統(tǒng)設置的安全電壓值時，系統(tǒng)將使漏電流儀對電容再次放電，當放電電壓低于安全電壓后，接下來，多路開關(guān)切換到LCR測量儀通道，LCR測量儀對該鉭電容進行容量和損耗的測量，系統(tǒng)對所測得的數(shù)據(jù)按設置的要求進行處理和保存，并同時顯示在測試界面上。完成這一過程以后，多路開關(guān)切換到下一通道，重復以上過程對一批(40個)電容器的漏電流、容量、損耗進行自動測量；

　　自動測試程序2是進行漏電流測量，其過程與程序l的前半段相同，先對鉭電容充電，然后測量其漏電流值；

　　自動測試程序3是進行容量和損耗測量，其過程與程序1的后半段相同，先對鉭電容放電，當放電后鉭電容兩端的電壓值低于安全電壓值后，測量鉭電容的容量和損牦。 當漏電流值超出限定值，或電壓值越，系統(tǒng)都會報警。系統(tǒng)在測試過程中，能自動顯示和存儲測試記錄和所設置的參數(shù)，并按要求進行分析處理測試數(shù)據(jù)，在測試結(jié)果中將用黃色顯示不合格項，結(jié)果一目了然。同時，系統(tǒng)還與ACESS、EXCEL相關(guān)聯(lián)，將測試結(jié)果和參數(shù)保存到ACESS數(shù)據(jù)庫和EXCEL工作簿中，以便用戶對數(shù)據(jù)做各種處理。用戶還可以根據(jù)各種設置的參數(shù)自如的查詢歷來的測試數(shù)據(jù)資料，并可預覽或通過打印機按一定格式打印輸出測試記錄。

　　另外，系統(tǒng)在運行時還提供幫助菜單，使用戶能方便地使用系統(tǒng)。

　　四、提高系統(tǒng)性能的主要措施

　　由于系統(tǒng)是通過可程控漏電流測試儀對鉭電容進行充放電和測量它的漏電流值，而鉭電容的容量和損耗是由智能LCR測量儀測量的，因此系統(tǒng)在自動測試過程中，通過NJ29可程控多路開關(guān)將鉭電容兩端切換到可程控漏電流測試儀的測試端或智能LCR測量儀的測試端，而這種切換是非常頻繁的，系統(tǒng)要正常工作，就要求各儀器的測試端之間要徹底隔離，采用自動測試，本系統(tǒng)軟件能嚴格控制操作時序，避免了人為操作錯誤。

　　由于可連續(xù)測量40路鉭電容器，NJ29可程控多路開關(guān)要在被測鉭電容器與可程控漏電流測試儀及智能LCR測量儀之間進行80路的切換，且系統(tǒng)帶有外接航空插件，可供溫控箱連接用，所以其連接線較多，引線誤差較大，還有開關(guān)觸點及接線端子的電阻、熱電勢的影響。因此，我們對系統(tǒng)的連接線全部采用屏蔽線隔離，并盡可能采用四端測量技術(shù)。另外，我們在對系統(tǒng)誤差做大量的試驗基礎上，利用智能LCR測量儀的校零功能，用外阻抗適配器對系統(tǒng)引線誤差進行校準，使系統(tǒng)引線誤差的影響減到。

　　本自動測試系統(tǒng)在軟件和硬件上都采取了提高可靠性設計的措施，以保護系統(tǒng)中的儀器不被沖擊或損壞。由于鉭電容器極化電壓可達200．0v，若設置放電時間短，在電容兩端電壓較高時，切換到智能LCR測量儀去測容量和損耗時，就有可能將智能LCR測量儀損壞。因此，系統(tǒng)采用了在電容放電結(jié)束后再測電容兩端的電壓，由自動測試軟件來控制，以確保電容器兩端電壓在切換到智能LCR測量端低于系統(tǒng)設定切換限制值。否則，令其再次放電或不讓其進入測試容量小損耗的通道，以使儀器更安全可靠。在智能LCR測量端并聯(lián)了氣體放電管，以增加一層保護屏障，達到雙重保護功能。

　　自動測試系統(tǒng)在測試過程中必然會有大量的測試數(shù)據(jù)產(chǎn)生，用戶往往需要對這些數(shù)據(jù)進行二次加工，如存儲、保存、檢索和打印等。在設計自動測試系統(tǒng)時，不僅應考慮測試數(shù)據(jù)的準確性，更要考慮測試完以后數(shù)據(jù)二次加工的方便性。因此，用戶除了直接從測試系統(tǒng)中得到數(shù)據(jù)外，還能與Excel文件相互轉(zhuǎn)換，便于測試數(shù)據(jù)的整理、分析與處理?？紤]到測試將會有大量的數(shù)據(jù)要保存，為了便于查詢，用戶可根據(jù)具體情況按一定的時間段或數(shù)據(jù)量將數(shù)據(jù)庫導出保存，當要查詢時，可將數(shù)據(jù)庫導入進行查詢?？筛鶕?jù)委托單位、工程代號、測試日期等，以及組合條件進行查詢。此外，系統(tǒng)軟件還可進行誤差修正，以提高系統(tǒng)的準確性。

　　系統(tǒng)采用以引導性、詢問性為主的軟件操作界面，以便于測試工作者操作。

　　五、結(jié)束語

　　鉭電容器是一種量大面廣的元件，它在電子、儀表、家電、通信、航天、信息等各行各業(yè)的使用越來越多。本系統(tǒng)的研制成功能滿足鉭電容器行業(yè)自動測試的需要，提高了鉭電容器的測試效率和測試質(zhì)量，具有廣闊的市場前景。