導(dǎo)通瞬斷測試儀的校準(zhǔn)方法

魏武，闞飛

（工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣東 廣州 510610）

1 引言

瞬斷測試儀是用來監(jiān)測連接器件在振動(dòng)等動(dòng)態(tài)使用環(huán)境下是否會(huì)發(fā)生瞬間斷電現(xiàn)象的儀器，能顯示最早發(fā)生瞬斷的位置及瞬斷時(shí)間；導(dǎo)通瞬斷測試儀通過比較電阻的實(shí)測值與預(yù)設(shè)值，判定連接線束是否導(dǎo)通，同時(shí)給出瞬斷時(shí)間，瞬斷時(shí)間的范圍在0.1～99.9μs之間；通常作為振動(dòng)試驗(yàn)的配套監(jiān)測儀器，用于檢測經(jīng)常在振動(dòng)狀態(tài)下使用的連接器及其線束組件的抗振性能。目前國內(nèi)還沒有制定相應(yīng)的國家檢定規(guī)程、部門檢定規(guī)程或者校準(zhǔn)方法，各計(jì)量機(jī)構(gòu)采用的自編校準(zhǔn)方法又不盡相同；我們在多年的計(jì)量校準(zhǔn)工作中探索了一些方法，總結(jié)了一點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)，由此提出一個(gè)經(jīng)過驗(yàn)證的導(dǎo)通瞬斷測試儀的校準(zhǔn)方法，希望能夠拋磚引玉，供廣大計(jì)量校準(zhǔn)人員參考。

本校準(zhǔn)方法適用于日本耐可（NAC）公司生產(chǎn)的、型號(hào)為NM-11A的導(dǎo)通瞬斷測試儀的校準(zhǔn)。其它具有相同測試原理和功能的導(dǎo)通瞬斷測試儀可參照本校準(zhǔn)方法進(jìn)行校準(zhǔn)。

2 概述

導(dǎo)通瞬斷測試儀是用來監(jiān)測連接線束及連接器在振動(dòng)、沖擊、碰撞等動(dòng)載荷環(huán)境試驗(yàn)時(shí)的瞬間斷電時(shí)間，從而判定線束的接觸可靠性的一種儀器。以日本NAC公司研制的NM-11A的導(dǎo)通瞬斷測試儀為例，該儀器可以高速、精確地測量電連接線路中的瞬間斷路現(xiàn)象。NM-11A采用了半導(dǎo)體集成電路，以恒定20MHz石英晶體為振動(dòng)時(shí)間信號(hào)源（振動(dòng)時(shí)鐘）。該石英晶體恒定每秒振動(dòng)2000萬次，即每次振動(dòng)時(shí)間為0.05μs，誤差為±1×10-4。儀器內(nèi)部信號(hào)處理單元以20MHz晶振為基準(zhǔn)，通過比較電阻的實(shí)測值與預(yù)設(shè)值，判定連接線束是否導(dǎo)通，同時(shí)給出瞬斷時(shí)間。由于晶振基準(zhǔn)為20MHz，所以最小測量誤差為0.05μs，但由于信號(hào)的輸入到輸出的處理過程需要滯后約20ns，所以制造商給出的標(biāo)稱測量誤差為±0.1μs；測量范圍為0.1～99.9μs，若超過 99.9μs，顯示依然 為 99.9μs。NM-11A的輸入部分采用了用于限流的高速晶體管，起到緩沖保護(hù)的作用，過濾一些不必要的噪聲信號(hào)。該儀器測試靈敏度高，誤差小，操作方便，采用10個(gè)并行回路同時(shí)工作，能夠判斷首先發(fā)生瞬斷的位置和時(shí)間，是新型瞬斷測試儀的代表。

3 計(jì)量特性

NAC公司的NM-11A導(dǎo)通瞬斷測試儀的技術(shù)參數(shù)詳見表1。

表1 計(jì)量特性

4 校準(zhǔn)條件

a） 環(huán)境條件

1） 環(huán)境溫度：（23±5） ℃；

2）相對濕度：不大于80%；

3） 供電電壓：（220±22） V，（50±2） Hz；

4） 周圍無影響校準(zhǔn)系統(tǒng)正常工作的機(jī)械振動(dòng)和電磁干擾。

b） 校準(zhǔn)所用的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)、儀器設(shè)備（或具有相應(yīng)功能和滿足技術(shù)指標(biāo)的設(shè)備）及其性能

1）標(biāo)準(zhǔn)電阻箱：電阻范圍(0～30.0)Ω，允許誤差≤±0.2%,

參考型號(hào)：標(biāo)準(zhǔn)電阻箱HY16504。

2）標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器：輸出電平（0-10.0）V，時(shí)間范圍（0～100.0)μs，時(shí)間允許誤差≤±0.03μs；

參考型號(hào)：標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器Agilent 33120A。

5 校準(zhǔn)項(xiàng)目和校準(zhǔn)方法

a） 校準(zhǔn)項(xiàng)目表（如表2所示）

表2 校準(zhǔn)項(xiàng)目表

b）外觀與工作正常性檢查

1）被校儀器應(yīng)有說明書及全部配套附件；

2）被校儀器應(yīng)無影響正常工作的機(jī)械損傷；

3）進(jìn)行以下校準(zhǔn)時(shí)，被校儀器及校準(zhǔn)用設(shè)備應(yīng)按規(guī)定先預(yù)熱0.5h。

c） 導(dǎo)通判定電阻的校準(zhǔn)

1）標(biāo)準(zhǔn)器：標(biāo)準(zhǔn)電阻箱；

2） 接線方法：按圖1連線，將標(biāo)準(zhǔn)電阻箱正負(fù)端分別接在被校的導(dǎo)通瞬斷測試儀的A-B測試端；

3）調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)電阻箱，使得標(biāo)準(zhǔn)阻值比導(dǎo)通瞬斷測試儀的預(yù)置值略?。话聪聹y試鍵開始測試，然后逐漸增大標(biāo)準(zhǔn)電阻值，一直到導(dǎo)通瞬斷測試儀開始報(bào)警為止，記錄此時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)電阻箱阻值為標(biāo)準(zhǔn)值；

4）標(biāo)準(zhǔn)值落在允許范圍內(nèi)即為合格，否則為不合格。

d）瞬斷時(shí)間測量的校準(zhǔn)

1）標(biāo)準(zhǔn)器：標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器；

2）接線方法：按圖2連線，找一個(gè)高頻率響應(yīng)的超高速開關(guān)芯片或者高速開關(guān)三極管，例如高速晶體管2SC3732，該開關(guān)芯片或三極管的響應(yīng)時(shí)間應(yīng)該小于0.03μs，超高速開關(guān)芯片或者高速開關(guān)三極管的響應(yīng)時(shí)間可以用高帶寬數(shù)字存儲(chǔ)示波器進(jìn)行篩選；然后將標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器的正負(fù)端分別接在高速開關(guān)芯片或高速開關(guān)三極管的基極和發(fā)射級(jí)上，被校的導(dǎo)通瞬斷測試儀的A-B測試端分別接在高速開關(guān)芯片或高速開關(guān)三極管的集電極和發(fā)射級(jí)上；

3）調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生方波信號(hào)輸出，使得輸出電壓大于開關(guān)芯片或開關(guān)三極管的導(dǎo)通電壓，調(diào)節(jié)需要校準(zhǔn)的時(shí)間所對應(yīng)的頻率（例如校準(zhǔn)1μs的時(shí)間點(diǎn)，占空比為50%，信號(hào)發(fā)生器的周期應(yīng)該設(shè)為2μs，對應(yīng)的頻率應(yīng)該為0.5MHz，其它時(shí)間點(diǎn)以此類推得出），設(shè)置占空比為50%；設(shè)置好被檢的導(dǎo)通瞬斷測試儀的瞬斷報(bào)警時(shí)間，按下START測試鍵開始測試，當(dāng)導(dǎo)通瞬斷測試儀偵測到瞬間開關(guān)時(shí)間超過預(yù)設(shè)的報(bào)警時(shí)間就會(huì)報(bào)警，記錄此時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)瞬斷時(shí)間值（標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器周期值的50%）和瞬斷測試儀的時(shí)間示值（要注意的是，由于占空比為50%，一個(gè)方波信號(hào)周期內(nèi)高速開關(guān)的開與關(guān)時(shí)間各占一半，所以信號(hào)發(fā)生器的周期的50%才是標(biāo)準(zhǔn)瞬斷時(shí)間值），依次校準(zhǔn)NA-11A的10個(gè)平行回路的瞬斷時(shí)間并記錄；

4） 可按下式計(jì)算誤差：ΔT=Tr-Ts，Tr為被檢瞬斷測試儀時(shí)間讀數(shù)值，Ts為標(biāo)準(zhǔn)瞬斷時(shí)間值（誤差值小于允許誤差即為合格，否則為不合格）。

e）瞬斷時(shí)間設(shè)置功能檢查

1）標(biāo)準(zhǔn)器：標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器；

2） 接線方法：按圖2連線，找一個(gè)高頻率的高速開關(guān)芯片或者高速開關(guān)三極管，將標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器的正負(fù)端分別接在高速開關(guān)芯片或高速開關(guān)三極管的基極和發(fā)射級(jí)上，被校的導(dǎo)通瞬斷測試儀的A-B測試端分別接在高速開關(guān)芯片或高速開關(guān)三極管的集電極和發(fā)射級(jí)上；

3）設(shè)置導(dǎo)通瞬斷測試儀的時(shí)間，調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器到方波信號(hào)輸出，占空比為50%，使得輸出電壓大于開關(guān)芯片或開關(guān)三極管的導(dǎo)通電壓，調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器的時(shí)間大于2倍的預(yù)置瞬斷報(bào)警時(shí)間；按下測試鍵開始測試，檢查導(dǎo)通瞬斷測試儀是否能夠偵測瞬斷時(shí)間已超出預(yù)設(shè)值并報(bào)警，依次測試NA-11A的10個(gè)平行回路并記錄。

6 校準(zhǔn)結(jié)果的表達(dá)

校準(zhǔn)后，出具校準(zhǔn)證書。校準(zhǔn)證書由封面和校準(zhǔn)數(shù)據(jù)組成。證書上的信息應(yīng)滿足ISO/IEC 17025:2005《檢測和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力認(rèn)可準(zhǔn)則》的要求。

7 復(fù)校時(shí)間間隔

校準(zhǔn)時(shí)間間隔推薦為1年（由于復(fù)校時(shí)間間隔的長短是由儀器的使用情況、使用者、儀器本身質(zhì)量等諸因素所決定的，因此，送校單位可根據(jù)實(shí)際的使用情況自主決定復(fù)校時(shí)間間隔）。

經(jīng)修理或調(diào)整的，應(yīng)校準(zhǔn)后使用。

8 原始記錄與證書格式

原始記錄與證書格式如圖3所示。

9 結(jié)束語

我們依據(jù)該校準(zhǔn)方法在計(jì)量中心做了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，包括校準(zhǔn)的測量重復(fù)性驗(yàn)證、校準(zhǔn)的誤差分析及不確定度分析驗(yàn)證等，取得了大量可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析和判定。實(shí)驗(yàn)證明，該計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)和校準(zhǔn)方法完全符合導(dǎo)通瞬斷測試儀校準(zhǔn)的要求。這個(gè)經(jīng)過驗(yàn)證的校準(zhǔn)方法可以作為計(jì)量機(jī)構(gòu)自編校準(zhǔn)方法，在計(jì)量中心內(nèi)部作為校準(zhǔn)導(dǎo)通瞬斷測試儀的依據(jù)，指導(dǎo)我們的日常工作。

圖3 原始記錄與證書格式

[1]楊?yuàn)^為.新型瞬斷檢測儀的應(yīng)用[J].機(jī)電元件，2006，（3）：30-36.

[2]王建軍.電連接器在動(dòng)態(tài)應(yīng)力環(huán)境中接觸電阻的變化及電接觸瞬斷的檢測與研究[J].機(jī)電元件，2003,（2）：36-39.