温箱变温法在热敏电阻器测试中的应用

摘 要：通过分析比较热敏电阻器测试方法，结合元器件二次筛选工作实际，提出温箱变温法，利用现有资源，开发专用测试夹具，解决热敏电阻器二次筛选参数测试问题，实现快速、低成本开发。

关键词：热敏电阻器；二次筛选；温箱变温法

中图分类号：TM93 文献标识码：A

1 概述

热敏电阻器是由半导体材料组成，其电阻值随着温度的变化而变化。由于热敏电阻器这种独特的性能，在控制系统中得到广泛的应用，应用领域包括民用、工业、航空航天、测控等，随着电子技术的发展，控制系统更加复杂化，小型化，在航天型号武器系统中也大量的使用，为了提高航天型号武器系统产品的质量与可靠性，在热敏电阻器选用和使用过程中，引入二次筛选作为质量过程控制的有效手段，从器件入厂复验环节开始控制，复验测试变得必不可少。本项目应用研究即是基于热敏电阻器二次筛选测试的需要进行的，依据热敏电阻器标准规范的要求，通过对测试参数的选择、测试系统组建等研究，利用现有资源和专用测试夹具研制，提出温控箱变温法，以较少的开发成本，实现热敏电阻器二次筛选环节的生产测试。

2 热敏电阻测试原理

热敏电阻电气性能参数包括热敏电阻器零功率电阻值、B值或电阻比或者αT温度系数、电阻-温度特性、热时间常数τ和耗散系数δ参数等。基本的测试原理和测试方法相同，在某恒定温度环境测出某温度时对应的直流电阻值，并列表记录，不同参数特性按照相应的数学模型计算得到所需参数值，表征热敏电阻的某些特性，测试方法中比较重要的是为待测器件提供一个相对比较稳定的温场，温场温度可在需要的温度范围内变化调节，如-55℃～85℃，根据器件特性和技术要求以及参数选择，在不同温度下测得相应的电阻值。标称零功率电阻指在+25℃时测量得到的电阻值；B值或电阻比是在温度T1和T2两个温度下测的的电阻值的比，B值计算式为：

（1）

习惯上用温度系数αT来代替B，温度系数αT计算式为：

（2）

3 测试方案设计

3.1参数选择

热敏电阻器在二次筛选过程中参数的选择至关重要。有关标准规定的参数主要包括：标称零功率电阻值、B值或温度系数、耗散系数、绝缘电阻、介质耐电压等，参数较多，有些参数属于非常规测试参数，只在工厂生产时才进行测试，航天标准规定热敏电阻器测试的主要参数为标称零功率电阻值、温度系数、B值，这些参数是表现热敏电阻器基本特性的电参数，热敏电阻器分正/负温度热敏电阻器，两种器件的测试参数稍有不同。PTC热敏电阻器的零功率电阻值，随温度的升高电阻值增加，其温度系数较高。在热敏电阻器二次筛选检测选择能够表现热敏电阻器主要特性的参数进行测试评价，主要有时测试的必须参数标称零功率电阻值、温度系数或B值。

3.2 测试系统方案组成

根据热敏电阻器测试的基本原理和选择参数的测试需要，为了实现小批量生产测试，热敏电阻器测试系统主要有精密电阻测试仪、多通道转换开关、温度控制箱、专用测试夹具、低损耗电缆、控制器、测试控制软件等组成，系统组成原理框图如图所示。

图一 测试系统组成框图

工作原理：按照图一连接测试系统各设备、工装夹具，启动测试控制软件，按照预先设定的测试流程，控制器控制多通道开关转换到待测器件工位，通过数据总线控制温控箱设定好温度值，温控箱升温，达到预设温度时，保温30分钟，控制器电阻测试仪测量工位上的热敏电阻，并有控制器记录在预先设定的数据表格内，依次控制器控制多通道开关转换到下一个工位，直至所有器件在同一温度下测试完毕。如有其他温度下的测试要求，重复相同程序。对记录的数据按照测试参数进行计算处理，得到最后的结果。

3.3 专用测试夹具研制

专用测试夹具研制要注意以下几点：第一，测试的导线采取长度一样，并保证导线的电阻值相同，测试时使用设备某个工位清零便可消除所有导线带来的电阻值偏差。焊接时导线带来的误差为（5±1）mΩ，依据GJB601A-98要求误差应不大于±0.05%，5Ω器件的最大误差为±2.5mΩ，通过对工位清零实际误差为±1mΩ，测试5Ω以上的热敏电阻能满足标准要求。第二，导线连接测试夹具使用插接式，减小焊接误差的同时，方便不同夹具的使用，更好的提高工作效率。第三，夹具印制板绘制时，负极采用较宽的走线，消除阻值误差的同时，使器件的接触更加良好。

图2 测试夹具与采集卡

热敏电阻器的温箱测试，为解决批量测试的需要，如图2制作精密的测试夹具通过导线连接到数据采集卡上，并插入数字多用表实现测试。

4 参数测试的实现与实验数据分析

通过分析研究，研制了专用测试夹具，建立了相应的测试系统，为验证热敏电阻器的测试数据准确性、一致性，选择正、负两种不同厂家生产的热敏电阻器进行测试。MZ11A-1kΩ±20%正温度热敏电阻器和MF13-100Ω±20%负温度热敏电阻器。

1）标称零功率电阻值测试

标准规定标称零功率电阻值是在某一规定温度（优先25℃）下，测量热敏电阻器的直流电阻值。根据标准和手册指标规定将EW0407温箱调节到25℃，并放入测试夹具，在测试设备2700上读出器件的阻值。

器件 指标 实测值 厂家数据 结论

MZ11A-1kΩ±20% 0.8kΩ-1.2kΩ 1.04kΩ 1.04kΩ 符合

MF13-100Ω±20% 80Ω-120Ω 96Ω 97Ω 符合

表1 两只器件零功率电阻值测试结果

从表1的测试数据看出，使用温箱测试零功率电阻值的结果与厂家提供测试数据基本相同，在标准所规定的条件下，满足测试要求。测试时需要注意，为保证测量结果的准确，器件需要在温箱稳定一段时间在进行读数。

2）温度系数测试

温度系数是热敏电阻器的电阻值随阻体温度的变化率，以%/℃表示。

温度系数计算公式

（3）

公式1中T1和T2的温度，标准要求一般为25℃和85℃，所以测试时在25℃和85℃测试器件的零功率电阻值。

器件 指标 25℃

阻值 85℃

阻值 温度

系数 厂家

数据 结论

MZ11A-1kΩ±20% （2-6）%/℃ 1.04kΩ 11.5kΩ 4.01%/℃ 4.09%/℃ 符合

表2 MZ11A器件温度系数测试结果

表2厂家给出器件的温度系数指标范围较广，在测试85℃的电阻值时，只要器件在5kΩ到30kΩ就能满足器件指标要求，使用温箱筛选测试，能充足的满足器件要求。

3） B值的测试

B值又称材料常数，是表征热敏电阻随阻体温度变化而变化的趋势常数，单位为K。B值计算公式：

（4）

公式2中的T1和T2的温度，标准要求一般为25℃和85℃，进行计算时使用开式温度，所以通过对公式简化得到公式3。T1和T2的开式温度值为298.15K和358.15K。器件 指标 25℃

阻值 85℃

阻值 B值 厂家

数据 结论

MF13-100Ω

±20% 2160K-3630K 96Ω 19.5Ω 2837K 2875K 合格

表3 MZ13器件值测试结果

表3的数据结果显示，B值的测试结果基本与温度系数相同，都是由于指标范围广，筛选测试的结果能充分满足标准要求。

结语

通过分析比较热敏电阻器测试方法，结合元器件二次筛选工作实际，提出温箱变温法，利用现有资源，开发专用测试夹具，解决热敏电阻器二次筛选参数测试问题，实现快速、低成本开发。具有较好的实用价值。

参考文献

[1] GJB601A-98，热敏电阻器总规范[S].

[2] QJ1698-89，热敏电阻器测试规范[S].

[3] 宏明电子股份有限公司产品手册[Z].2010.

[4] 武汉海创电子有限公司产品手册[Z].2009.

[5] 黄继昌，郭继忠.电子元器件运用手册[M].人民邮电出版社.2004.