CC BY
76
Винчаков А.Н., Ольховой А.А.
ОАО «НИИ электронно-механических приборов», Пенза, Россия
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПРОБЛЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО КОЭФФИЦИЕНТА СОПРОТИВЛЕНИЯ СВЕРХПРЕЦИЗИОННЫХ РЕЗИСТОРОВ
Современное развитие измерительной и вычислительной техники, систем автоматического управления различными технологическими и физическими процессами неразрывно связано с повышением точности и стабильности электронных компонентов.
Ведущие фирмы производители пассивных электронных компонентов повышают тактико-технические и метрологические характеристики своих изделий, открывая тем самым возможность повышения точности и надежности устройств, в состав которых они входят, обеспечивая рынка сбыта своей продукции, что является вполне оправданным в условиях существующей рыночной экономики.
Улучшение характеристик неизбежно связано с необходимостью проведения целого ряда трудоемких измерений различных технических параметров. Для этой цели используются автоматизированные измерительные приборы и комплексы, точностные и эксплуатационные характеристики которых также должны повышаться с повышением требований предъявляемых к резистивным элементам при обеспечении их производства [1] .
Исследования показали, что при производстве прецизионных резисторов, проблемным местом является контроль электрических параметров (температурный коэффициент сопротивления (ТКС), температурный коэффициент отношений и др. [2]) поскольку в общей трудоемкости производства прецизионных
резисторов составляет более 70%.
Таким образом, задача по созданию автоматизированных метрологических средств, для измерения электрических параметров прецизионных резисторов, является актуальной.
В наибольшей степени это касается измерения ТКС сверхпрецизионных особостабильных резисторов
со значениями ТКС до ±(1+2)х10-
°С-1 [3] .
Измерение ТКС резисторов осуществляется косвенным методом, на основе измерений абсолютных значений сопротивления при нормальной, а затем при заданной температурах с последующим расчетом его величины по формуле [4]:
DR _ Rt - R
ТКС _
Dt ■ R (/зад - /н )■ R '
(1)
где tзад - заданная температура;
Rt - сопротивление резистора, измеренное при температуре tзад;
Rк - сопротивление резистора, измеренное при номинальной температуре;
tк - номинальная температура.
Таким образом, точность измерения ТКС ограничивается точностью приборов для измерения абсолютных значений сопротивления.
Более высокую точность при сохранении быстродействия обеспечивают приборы, измеряющие относительное значение отклонения сопротивления от номинала, называемые компараторами. При использовании относительных оценок отклонения сопротивления, точность измерения ограничивается точностью применяемых мер, т. е. существует возможность прямой передачи точности физических величин от эталонов, поэтому компараторы обеспечивают минимальную погрешность измерения сопротивления [3].
Отсюда, для повышения точности измерений целесообразно пользоваться относительными величинами сопротивлений, которые определяются как:
Rg - Rn
SR _^---0 -inn%
Rn
где 5R - относительное отклонение сопротивления от номинального значения;
Rд - действительное значение сопротивления;
Ro - номинальное значение сопротивления.
При измерении ТКС при помощи компаратора относительные величины определяются как:
SRt _ inn% ^ Rt _ SR^-Rn -Rn
Rn inn
SR _ inn% ^ Rh _ SRH-p-Rn
[ Rn inn
На основании данного выражения формула (1) принимает вид [3]:
ТКС _-HRi
(Чд - tH )-1nn
где 5Rt - относительное отклонение сопротивления при заданной температуре t;
5Rн - относительное отклонение сопротивления при номинальной температуре.
Как правило, для измерения температурного коэффициента сопротивления используется набор стандартных, не связанных друг с другом приборов. Поэтому определение ТКС связано с измерением нескольких различных параметров, ручной записью полученных данных с индикаторов приборов, пересчет показаний по градуировочным таблицам, подсчет значений ТКС и т.д.
Данная работа является достаточно трудоемкой и влечет за собой значительное количество ошибок в силу различных субъективных факторов.
С целью решения вышеуказанных проблем необходима автоматизация данного процесса. В [5] описана автоматизированная установка для измерения ТКС. Принцип работы установки основан на сравнении сначала относительного отклонения сопротивления (ООС) контролируемого резистора с действительным значением эталонной меры, измеренного при нормальной температуре, а затем с ООС этого же резистора при заданной температуре.
Высокая точность измерения ТКС резисторов определяется нестабильностью измерения относительного отклонения контролируемого резистора от эталонной меры и нестабильностью температуры [3].
Основной недостаток предложенной установки заключается в том, что управление термокамерой, формирующей температурное воздействие на объект контроля, осуществляется вручную, что не позволяет полностью автоматизировать данный процесс.
Для обеспечения требования полной автоматизации процесса измерения ТКС необходимо создание единой системы обеспечивающей одновременное управление режимами термокамеры и компаратором сопротивлений, с помощью ЭВМ, которая помимо функций управления должна осуществлять сбор обработку и документирование данных. Структурная схема предложенной системы показана на рисунке 1.
Рисунок 1
Помимо вышесказанного, предлагается заменить механическую систему позиционирования конвейерного типа [5] которая требует периодическую регулировку и обслуживание, на коммутатор, реализованный на твердотельных реле.
Для реализации предложенной системы также необходимо решить следующие задачи:
- обеспечить управление режимами термокамеры с помощью стандартного интерфейса;
- обеспечить управление коммутатором на твердотельных реле;
- разработать гибкое программное обеспечение для управления всей системой;
- обеспечить возможность дистанционного управления системой.
- обеспечить информативное формирование выходных данных с возможностью сохранения результатов измерения в файл Ecxel-приложения с расширением «xls».
Для повышения точности целесообразно использовать компараторы сопротивлений Е6-27, Е6-28 позволит существенно повысить тактико-технические характеристики установки.
По предварительным оценкам, предложенная автоматизация позволит снизить трудоемкость метрологических операций в 4-5 раза.
ЛИТЕРАТУРА
1. Доросинский А.Ю. Системы контроля параметров прецизионных резисторов / Доросинский А.Ю., Андреев В.И., Варламов Ю.В. // Надежность и качество. Международный симпозиум т.2 2009. - С. 7175 .
2. ГОСТ 8.009 ГСИ «Нормируемые метрологические характеристики средств измерений»
3. Березин М.Н. Методика, средства и программное обеспечение измерений сверхпрецизионных резисторов / Березин М.Н., Доросинский А.Ю. // Надежность и качество. Международный симпозиум т.2
2008. - С. 343-345.
4. ГОСТ 21342.20 «Резисторы. Методы измерения сопротивления»
5. Березин М.Н. Автоматизированная установка для измерения относительного отклонения сопротивления и температурного коэффициента сопротивления/ Березин М.Н., Доросинский А.Ю. // Материалы
для пассивных радиоэлектронных компонентов. Труды международной научно-технической конференции. -2007. - С. 226-230.
