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對在高低溫環境下怎樣準確測試鉭電容器4個參數的思考

發布:西安縱橫機電控制技術有限責任公司 瀏覽:1170 時間:2015-7-2 10:29:21 << 返回

.國軍標對鉭電容器4個參數的測試條件描述如下:

1.《片式固體電解質鉭固定電容器通用規范》對鉭電容器4個參數的測試條件是:

(1)容量和容量損耗(損耗角正切)測試條件:

1)測試頻率: 100HZ±5HZ或120HZ±5HZ。

2)極化電壓: U﹣=2.2V, U ~=1.0V有效值。

3)測試溫度范圍: -55℃﹣3℃~125℃﹢4℃。

(2)ESR(等效串聯電阻)測試條件:

1)測試溫度:25℃±5℃。

2)測試頻率: 100KHZ±5KHZ。

3)極化電壓: U﹣= 2.2V, U ~ = 0.5V有效值。

(3)漏電流測試條件:

1)串聯電阻: 1KΩ。

2)電壓: U﹣=額定電壓±2%。

3)充電時間:T=5min(最大)。

4)測試溫度范圍:25℃±5℃~125℃﹢4℃。

2.《有可靠性指標的固體電解質鉭電容器總規范》對鉭電容器4個參數的測試條件是:

(1)容量和容量損耗(損耗角正切)測試條件:

1)頻率: 100HZ±5HZ,1KHZ±100HZ(僅高頻鉭電容器)。

2)極化電壓: U﹣= 2.2V, U ~=1.0V有效值。

3)溫度范圍: -55℃﹣3℃~125℃﹢4℃。

(2)ESR(等效串聯電阻)測試條件(僅高頻鉭電容器):

1)測試溫度: 25℃±5℃。

2)測試頻率: 100HZ±5HZ。

3)極化電壓: U﹣=2.2V, U ~=0.5V有效值。

(3)漏電流測試條件:

1)串聯電阻: 1KΩ。

2)電壓: U﹣=額定電壓。

3)充電時間: T=5min以內。

4)溫度范圍: 25℃±5℃~125℃﹢4℃。

3.《有失效率等級的非固體電解質鉭固定電容器通用規范》對鉭電容器4個參數的測試條件是:

(1)容量和容量損耗(損耗角正切)測試條件:

1)測試頻率:100HZ±5HZ或120HZ±5HZ。

2)極化電壓:U﹣=2.2V, U ~=1.0V有效值。

3)溫度范圍:-55℃﹣3℃~125℃﹢4℃。

(2)ESR(等效串聯電阻)測試條件:不測試。

(3)漏電流測試條件:

1)測試電壓: U﹣=額定電壓。

2)充電時間: T=5min以內。

3)溫度范圍: 25℃±5℃~125℃﹢4℃。

 .在高低溫環境下測試鉭電容器4個參數易出現的問題:

由于鉭電容器是放置于-55℃~125℃的高、低溫箱內膽的測試支架上的測試夾具中,而用于測試的容量測試儀和漏電流測試儀放置于高低溫箱的外部,測試距離約長4米。要把多支或一批鉭電容器的測試信號從內膽引出至測試儀器,需要諸多環節。比如:測試夾具、信號引出方式、信號測試控制電路板、信號測試切換電路板、信號引線制式、信號傳輸距離等等,而每一個環節都有可能引起測試信號的變化。這就是影響鉭電容器4個參數測試的原因所在。主要表現如下:

1.小電容量值測不出來或測不準。

2.容量損耗測試值偏大或忽大忽小。

3.ESR測試值偏小。

4.漏電流測試值偏大或偏小。

 .解決方案

1.小電容量值測不出來或測不準:

(1)原因分析:

1) 高低溫箱內膽測試支架上放置的測試夾具中,一般都是放置幾百支待測試的鉭電容器,則信號引線至少有1000根左右。這些引線之間帶來的自感、互感等電磁干擾,影響了小電容量值的測量。

2)小容量電容器容抗大,而測試的夾具上的印制引線和外部引線所拾取的電噪聲引起的線間耦合,并聯的結果影響了小電容量值的測量。

3)相比在儀器旁的單支測量,高低溫箱內膽的測試夾具至測試儀器引線長和信號測試切換電路等,使其測試回路的阻抗增加,影響了小電容量值的測量。

4)相比在儀器旁的單支測量,高低溫箱內膽的測試夾具、信號傳輸和切換及引線制式等測試環節多,使得儀器自身的短路、開路等修正功能不能正常通過,迫使操作者放棄這些修正功能,從而造成測試夾具的雜散導納和殘余阻抗及引線自身阻抗等不能進行修正,影響了小電容量值的測量。

(2)解決方法:

1)堅決杜絕高低溫箱內膽測試夾具用大把引線并且將大把引線捆綁在一起的方式引出信號,強力推薦內膽“無引線測試方式”,從源頭切斷自感、互感等電磁干擾及將引線所拾取的電噪聲帶來的線間耦合減少到最小。

2)外部引線全部使用編織密度大于80%的屏蔽線,采用“四端對”的接線制式,處理好屏蔽層接地,使得信號流入和流出方向相反,彼此磁場抵消,將電磁干擾減少到最小。

3)盡可能將測試儀器靠近高低溫箱外部,以減少外部引線的長度。從而減小電磁干擾和幅值衰減。

4)測試夾具夾緊機構接觸可靠,簡便實用。夾具印制板上相鄰印制線間隔至少≥3mm,應盡量拉開距離,以減少信號耦合。印制線寬度≥4.0mm,以減少測試回路阻抗。

5)信號測試切換電路板等上的轉接用連接器,采用“多針并聯”方式輸入輸出信號。采用“多觸點并聯”方式切換信號。以保證信號可靠接觸和可靠傳輸。

6)每次測試之前,要進行儀器自身的短路、開路等修正功能操作,不能由于一次或多次沒有通過就放棄,直到儀器通過為止。這樣做可以消除夾具和引線阻抗及電磁干擾對測試產生的影響。

7)在編寫程序時,充分考慮信號拾取所需要的時間和信號采樣中的時序配合,不建議程序無縫連接,以便給采樣信號一個緩沖時間,保證真實可靠的信號被拾取和存儲。

8)在控制柜中,信號引線要遠離交流動力線或別的直流電源線至少300mm。強力建議動力線和直流電源線用“雙絞合”方式,以便自生自滅電磁干擾,使其對信號引線的電磁干擾減少到最小。

2.容量損耗測試值偏大或忽大忽小。

(1)原因分析:

理論上說,通過電容器的電流相量超前電壓相量90°,而實際上是由于電容器內阻(介質)的存在,造成電流相位小于90°。當電容器漏電流流過其內阻就會發熱,就把這種發熱叫做“容量損耗”??梢?減小電容器測試回路的電阻,減小測試回路的電磁干擾,容量損耗測試就會準確。容量損耗最直觀的表達方式就是損耗角正切tgδ: 電容器電介質內流過的電流相量和電壓相量之間的夾角的余角的正切值。正切值越小,說明容量損耗越小,電容器的質量越好。

(2)解決方法:

1)測試夾具夾緊機構接觸可靠,確保鉭電容器電極引線與夾具夾緊機構緊密接觸。

2)信號測試切換電路板等上的轉接用連接器,采用“多針并聯”方式輸入輸出信號。采用“多觸點并聯”方式切換信號。以減小在轉接和切換過程中的接觸電阻。

3)信號引線避免多次彌補或多次轉接,以避免焊接或壓接帶來的接觸電阻。

4)減小信號引線長度,適當增加信號引線截面積,以便減小引線自身電阻。

5)見“小電容量值測不出來或測不準”中的解決方法1)。

6)見“小電容量值測不出來或測不準”中的解決方法2)。

3.ESR測試值偏小。

(1)原因分析:

    因為鉭電容器存在內阻(介質),則電容器可以等效為一個電容器與一個內阻(介質)的串聯。習慣上就將這個內阻叫做等效串聯電阻ESR。ESR的測試頻率為100KHZ。ESR測試值偏小,與測試回路存在阻抗或等效的阻抗與被測電容器的ESR并聯有關,才會使ESR測試值偏小。由于容抗是阻抗的一部分,而容抗Xc= -1/ωc =-1/2πfc,這里f為測試頻率??梢?,f增大 → Xc減小 →阻抗減小。測試回路附加阻抗的產生,實質是雜散電容的容抗Xc產生所致。在高低溫箱內膽測試鉭容器4個參數的環節較多,比如前面提到的測試夾具、信號引出方式、信號測試切換電路、信號引線制式、信號傳輸距離等等,而每一個環節都會產生雜散電容,作用于測試回路就是容抗Xc:

1)在測試夾具上的信號印制線,由于受夾具尺寸和高低溫箱內膽尺寸的限制,相鄰印制線之間距離較近,這就是一個典型的平行板電容器。就存在容抗Xc。

2)在高低溫箱內膽,一般都是放置幾百支待測試的鉭電容器,則堆積了至少有1000根左右的信號引線。這些引線之間帶來的自感、互感等電磁干擾,就會在測試回路產生雜散電容,存在容抗Xc。

3)用于測試的容量測試儀和漏電流測試儀放置于高低溫箱的外部,測試距離約長4米。長距離的信號引線極易受到外界電磁干擾,也會在測試回路產生雜散電容,存在容抗Xc。

4)信號測試切換電路板等上的轉接用連接器插針之間和切換用觸點之間的尺寸間隔都較小,在100KHZ頻率下測試ESR,也存在著雜散電容的耦合,存在著容抗Xc。

(2)解決方法:

1) 用于測試夾具的印制電路板,用采用雙面印制電路板,印制板上相鄰印制線間隔至少≥3mm,應盡量拉開距離,以減少雜散電容耦合。

2盡可能將測試儀器靠近高低溫箱外部,以減少外部引線的長度。從而減小雜散電容耦合的影響。

3)信號測試切換電路板等上的轉接用連接器應選擇針間距寬的連接器,切換用觸點也要選擇觸點間距大些。從而減小雜散電容耦合的影響。

5)見“小電容量值測不出來或測不準”中的解決方法1)。

6)見“小電容量值測不出來或測不準”中的解決方法2)。

7)見“小電容量值測不出來或測不準”中的解決方法6)。

4.漏電流測試值偏大或偏小。

(1)原因分析:

電容器的介質并不是絕對絕緣的,當在電容器兩端加上直流電壓時,它便會產生漏電流,這是正?,F象。問題是測試的漏電流要么偏大或要么偏小。偏大是有微小電流疊加于測試回路,偏小是有微小電流從測試回路流出。有如下可能:

1)信號引線之間的自感或互感等電磁干擾,在測試回路形成感生電流疊加于測試回路。

2)測試回路自身絕緣不好,使得測試回路電流通過別的途徑形成了回路。

3)在測試回路所加直流電源不是線性直流電源,即便是線性直流電源,但該直流電源輸出電壓不穩定或是紋波太大。

4)測試回路接觸不良,使得充電電壓到達被測電容器二端已經不是事先的電壓設定值。

5)測試回路的充電時間不夠。

(2)解決方法:

1)更換或確認充電電源為低紋波、高穩定線性直流電源,才能保證漏電流測試的準確。

2)用萬用表檢查測試回路的電阻,確保測試回路電阻為零歐姆。

3)檢查屏蔽線的屏蔽層有無與屏蔽層內的導線接觸,確認絕緣良好。

4)見“小電容量值測不出來或測不準”中的解決方法1)。

5)見“小電容量值測不出來或測不準”中的解決方法2)。

  以上是筆者在研發試驗和在用戶現場調試《鉭電容器高低溫自動測試設備》時的一點體會,僅供大家參考。


.西安縱橫機電控制技術有限責任公司研制的《鉭電容器高低溫自動測試設備》,充分體現了上述思想,并且是完全自主知識產權、自主研發且在國內首創的新設備,已在寧夏星日電子股份公司通過驗收并且使用,現手頭有用戶計量中心提供的詳細的78頁測試數據報告備案,如用戶需要可提供。

1.《鉭電容器高低溫自動測試設備》主要特點:

(1).高低溫箱內膽“無引線測試方式”,從源頭切斷自感、互感等電磁干擾及將引線所拾取的電噪聲帶來的線間耦合減少到最小。

(2).采用“四端對”的接線制式,合理使用和處理屏蔽層,使得信號流入和流出方向相反,彼此磁場抵消,將電磁干擾減少到最小。

(3).通過計算機控制,將高低溫箱內膽分成完全獨立的16個區(16套夾具),每套夾具放置16支產品,共計放置256只產品。在一個升、降溫循環中(25℃、-55℃、85℃、25℃、125℃、25℃等6個溫度段),就可以完成16種不同規格的產品測試。

(4).將容量、容量損耗、ESR和漏電流值等采集的數據通過儀器的GPIB口通信自動傳送至計算機。計算機數據處理如下:

1)計算出容量在每個溫度點下的變化率。

2)篩選出漏電流、損耗、ESR或阻抗、容量變化率在每個溫度點下的最大值、最小值,并與先前設定的參數進行比較,來鑒別這支產品是否合格。

3)完成測試數據表格,包含夾具編號、產品編號、測試溫度點、測試時間、四個測量參數值、產品測量值好壞判別、產品規格、操作員等。

4)數據存儲,在需要時打印等等。

5)整個測試完成后,旋轉燈和蜂鳴器提示。

(5).配置進口容量測試儀,測試容量、容量損耗和ESR值。

(6).配置進口漏電流測試儀,測試漏電流。

2.西安縱橫機電控制技術有限責任公司研制的《鉭電容器高低溫手動測試設備》,有資料備案,如用戶需要可提供。

 以下照片是已經交付使用的《鉭電容器高低溫自動測試設備》外形圖。



 以下照片是已經交付使用的《鉭電容器高低溫手動測試設備》外形圖。



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02988235861,88235863(兼傳真)

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 技術咨詢:徐工   

  2015.6.29

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