工作笔记：对在高低温环境下怎样准确测试钽电容器4个参数的思考
西安纵横机电控制技术有限责任公司负责技术的徐工，根据十几年研发、制造钽电容器测试设备的一些体会，整理了这篇工作笔记，请在公司网站www.zhjdkz.com“技术下载”菜单里阅读。恳请您指导并提出宝贵意见。概要如下:
《对在高低温环境下准确测试钽电容器4个参数的思考》
一.在高低温环境下测试钽电容器4个参数易出现的问题:
由于钽电容器是放置于-55℃～125℃的高、低温箱内胆的测试支架上的测试夹具中，而用于测试的容量测试仪和漏电流测试仪放置于高低温箱的外部，测试距离约长4米。要把多支或一批钽电容器的测试信号从内胆引出至测试仪器,需要诸多环节。比如：测试夹具、信号引出方式、信号测试控制电路板、信号测试切换电路板、信号引线制式、信号传输距离等等，而每一个环节都有可能引起测试信号的变化。这就是影响钽电容器4个参数测试的原因所在。主要表现如下:
1.小电容量值测不出来或测不准。
2.容量损耗测试值偏大或忽大忽小。
3.ESR测试值偏小。
4.漏电流测试值偏大或偏小。
二.解决方案
1.小电容量值测不出来或测不准:
(1)原因分析:
1) 高低温箱内胆测试支架上放置的测试夹具中，一般都是放置几百支待测试的钽电容器，则信号引线至少有1000根左右。这些引线之间带来的自感、互感等电磁干扰，影响了小电容量值的测量。
2)小容量电容器容抗大，而测试的夹具上的印制引线和外部引线所拾取的电噪声引起的线间耦合，并联的结果影响了小电容量值的测量。
3)相比在仪器旁的单支测量，高低温箱内胆的测试夹具至测试仪器引线长和信号测试切换电路等，使其测试回路的阻抗增加，影响了小电容量值的测量。
4)相比在仪器旁的单支测量，高低温箱内胆的测试夹具、信号传输和切换及引线制式等测试环节多，使得仪器自身的短路、开路等修正功能不能正常通过，迫使操作者放弃这些修正功能，从而造成测试夹具的杂散导纳和残余阻抗及引线自身阻抗等不能进行修正，影响了小电容量值的测量。
(2)解决方法:
1)坚决杜绝高低温箱内胆测试夹具用大把引线并且将大把引线捆绑在一起的方式引出信号，强力推荐内胆“无引线测试方式”，从源头切断自感、互感等电磁干扰及将引线所拾取的电噪声带来的线间耦合减少到最小。
2)外部引线全部使用编织密度大于80%的屏蔽线，采用“四端对”的接线制式，处理好屏蔽层接地,使得信号流入和流出方向相反，彼此磁场抵消，将电磁干扰减少到最小。
3)尽可能将测试仪器靠近高低温箱外部，以减少外部引线的长度。从而减小电磁干扰和幅值衰减。
4)测试夹具夹紧机构接触可靠，简便实用。夹具印制板上相邻印制线间隔至少≥3mm,应尽量拉开距离,以减少信号耦合。印制线宽度≥4.0mm，以减少测试回路阻抗。
5)信号测试切换电路板等上的转接用连接器，采用“多针并联”方式输入输出信号。采用“多触点并联”方式切换信号。以保证信号可靠接触和可靠传输。
6)每次测试之前，要进行仪器自身的短路、开路等修正功能操作,不能由于一次或多次没有通过就放弃，直到仪器通过为止。这样做可以消除夹具和引线阻抗及电磁干扰对测试产生的影响。
7)在编写程序时，充分考虑信号拾取所需要的时间和信号采样中的时序配合，不建议程序无缝连接，以便给采样信号一个缓冲时间，保证真实可靠的信号被拾取和存储。
8)在控制柜中，信号引线要远离交流动力线或别的直流电源线至少300mm。强力建议动力线和直流电源线用“双绞合”方式，以便自生自灭电磁干扰,使其对信号引线的电磁干扰减少到最小。
2.容量损耗测试值偏大或忽大忽小。
(1)原因分析:
理论上说，通过电容器的电流相量超前电压相量90°,而实际上是由于电容器内阻(介质)的存在，造成电流相位小于90°。当电容器漏电流流过其内阻就会发热，就把这种发热叫做“容量损耗”。可见,减小电容器测试回路的电阻，减小测试回路的电磁干扰,容量损耗测试就会准确。容量损耗最直观的表达方式就是损耗角正切tgδ: 电容器电介质内流过的电流相量和电压相量之间的夹角的余角的正切值。正切值越小，说明容量损耗越小，电容器的质量越好。
(2)解决方法:
详见“技术下载”菜单里《对在高低温环境下准确测试钽电容器4个参数的思考》。
3.ESR测试值偏小。
(1)原因分析:
因为钽电容器存在内阻(介质)，则电容器可以等效为一个电容器与一个内阻(介质)的串联。习惯上就将这个内阻叫做等效串联电阻ESR。ESR的测试频率为100KHZ。ESR测试值偏小，与测试回路存在阻抗或等效的阻抗与被测电容器的ESR并联有关，才会使ESR测试值偏小。由于容抗是阻抗的一部分，而容抗Xc= -1/ωc =-1/2πfc，这里f为测试频率。可见，f增大 → Xc减小 →阻抗减小。测试回路附加阻抗的产生，实质是杂散电容的容抗Xc产生所致。在高低温箱内胆测试钽容器4个参数的环节较多，比如前面提到的测试夹具、信号引出方式、信号测试切换电路、信号引线制式、信号传输距离等等，而每一个环节都会产生杂散电容,作用于测试回路就是容抗Xc:
1)在测试夹具上的信号印制线，由于受夹具尺寸和高低温箱内胆尺寸的限制，相邻印制线之间距离较近，这就是一个典型的平行板电容器。就存在容抗Xc。
2)在高低温箱内胆，一般都是放置几百支待测试的钽电容器，则堆积了至少有1000根左右的信号引线。这些引线之间带来的自感、互感等电磁干扰，就会在测试回路产生杂散电容，存在容抗Xc。
3)用于测试的容量测试仪和漏电流测试仪放置于高低温箱的外部，测试距离约长4米。长距离的信号引线极易受到外界电磁干扰，也会在测试回路产生杂散电容，存在容抗Xc。
4)信号测试切换电路板等上的转接用连接器插针之间和切换用触点之间的尺寸间隔都较小，在100KHZ频率下测试ESR,也存在着杂散电容的耦合,存在着容抗Xc。
(2)解决方法:
详见“技术下载”菜单里《对在高低温环境下准确测试钽电容器4个参数的思考》。
4.漏电流测试值偏大或偏小。
(1)原因分析:
电容器的介质并不是绝对绝缘的，当在电容器两端加上直流电压时，它便会产生漏电流，这是正常现象。问题是测试的漏电流要么偏大或要么偏小。偏大是有微小电流叠加于测试回路，偏小是有微小电流从测试回路流出。有如下可能:
1)信号引线之间的自感或互感等电磁干扰，在测试回路形成感生电流叠加于测试回路。
2)测试回路自身绝缘不好，使得测试回路电流通过别的途径形成了回路。
3)在测试回路所加直流电源不是线性直流电源，即便是线性直流电源，但该直流电源输出电压不稳定或是纹波太大。
4)测试回路接触不良，使得充电电压到达被测电容器二端已经不是事先的电压设定值。
5)测试回路的充电时间不够。
(2)解决方法:
详见“技术下载”菜单里《对在高低温环境下准确测试钽电容器4个参数的思考》。
四.西安纵横机电控制技术有限责任公司研制的《钽电容器高低温自动测试设备》,充分体现了上述思想，并且是完全自主知识产权、自主研发且在
国内首创的新设备，
已在宁夏星日电子股份公司通过验收并且使用，
现手头有用户计量中心提供的详细的78页测试数据报告备案，如用户需要可提供。
1.《钽电容器高低温自动测试设备》主要特点:
(1).高低温箱内胆“无引线测试方式”，从源头切断自感、互感等电磁干扰及将引线所拾取的电噪声带来的线间耦合减少到最小。
(2).采用“四端对”的接线制式，合理使用和处理屏蔽层,使得信号流入和流出方向相反，彼此磁场抵消，将电磁干扰减少到最小。
(3).通过计算机控制，将高低温箱内胆分成完全独立的16个区(16套夹具)，每套夹具放置16支产品，共计放置256只产品。在一个升、降温循环中(25℃、-55℃、85℃、25℃、125℃、25℃等6个温度段)，就可以完成16种不同规格的产品测试。
(4).将容量、容量损耗、ESR和漏电流值等采集的数据通过仪器的GPIB口通信自动传送至计算机。计算机数据处理如下:
1)计算出容量在每个温度点下的变化率。
2)筛选出漏电流、损耗、ESR或阻抗、容量变化率在每个温度点下的最大值、最小值，并与先前设定的参数进行比较，来鉴别这支产品是否合格。
3)完成测试数据表格，包含夹具编号、产品编号、测试温度点、测试时间、四个测量参数值、产品测量值好坏判别、产品规格、操作员等。
4)数据存储，在需要时打印等等。
5)整个测试完成后，旋转灯和蜂鸣器提示。
(5).配置进口容量测试仪,测试容量、容量损耗和ESR值。
(6).配置进口漏电流测试仪，测试漏电流。
2.西安纵横机电控制技术有限责任公司研制的《钽电容器高低温手动测试设备》,有资料备案，如用户需要可协商后提供。
西安纵横机电控制技术有限责任公司
（029）88235861,88235863（兼传真）
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2015.6.29
