这是关于自动化电气测试基础知识的系列文章中的第一篇。我们将从简单的概念开始,并随着时间的推移混合一些更复杂的主题,所以希望每个人都会有一点点。与往常一样,最好的起点是从头开始。
什么是自动化(或自动)电气测试,它有什么好处?要回答这些问题,我们必须首先考虑我们正在使用的产品的特性。电气组件,无论是简单的电缆还是更复杂的组件,如线束,印刷电路板或有线机柜,都包括互连。出于本讨论的目的,这些互连通常使用印刷电路板上的绝缘线或铜迹线进行,它们提供了用于路由电信号的路径。这些互连称为电路或电气网络(网络)。网可以有两个或多个端接,通常由连接器,接线片,剥线端,端子条等制成。
连接的质量可以通过以欧姆为单位测量的电阻来量化(由Ωsymbol表示)。电阻过高的连接通常是制造缺陷的结果。装配图或相关规范通常通过指定"良好"连接的最大允许电阻来定义"过高"的构成。有时,图纸会忽略包含此信息,我们将在以后的文章中讨论如何计算此通过/失败阈值。对于那些喜欢提前阅读的人来说,IPC/WHMA A-620规范提供了有关该主题的可靠信息来源。
有线组件的另一个关键特性是电气隔离。众所周知,电路内的连接质量至关重要,但电路的电气隔离同样重要。隔离的质量也可以通过电阻测量来评估,但不是像连接那样期望非常低的电阻,而是在网之间以及组件中任何应该没有连接的位置之间期望非常高的电阻,例如连接器中空的,未使用的位置。
虽然这是一个不完整的描述,但有些人可能会将这种类型的质量评估称为"开放和短"测试。描述不完整,因为连接的电阻可能高于不允许的,而不是开路,这被定义为无连接。开路测试也可以被描述为连续性检查和短路测试,称为隔离或绝缘电阻测试。无论使用何种术语,将连续性测试视为"如果低于"测试可能会有所帮助,这意味着如果电阻测量值小于或等于通过/未通过阈值,则存在"良好"条件,而隔离测试是"如果超过"测试,则存在"良好"条件,这意味着如果测得的电阻大于或等于通过/未通过阈值,则存在"良好"条件。
有了这种理解,让我们来看看使用万用表手动测试一个非常简单的样品产品以执行电阻测量所涉及的内容。我们的例子是一对一电缆,其中七根导线端接在两个连接器中,一个屏蔽连接到两个连接器外壳。
Figure 1. Sample Connector为了对组件进行连续性测试,有必要测量端接之间的电阻,并将测量值与通过/未通过阈值进行比较,总共进行八次测试。
J1-A to P1-A
J1-B to P1-B
J1-C to P1-C
J1-D to P1-D
J1-E to P1-E
J1-F to P1-F
J1-G to P1-G
J1-Shell to P1-Shell
对于更复杂的装配体,可以使用公式(n终端– n网), 其中 n终端是所有网络和 n 中的终止总数网是样本电缆中的网络数,或 16-8 = 8。
对组件执行隔离测试更为复杂,因为它需要测量每个网络对所有其他网络的电阻,并与通过/失败阈值进行比较。我们可以使用等式(n(n-1)/2)计算所需的手动隔离测量次数,其中n是网络数。在我们的示例中,这将是 8 x (8-1)/2 = 28。所需的测量次数可以在表1中可视化。由于一个网必须彼此之间只能测量一次净值,因此在整个表格中可以看到,总共需要28次测量来测试每个网与所有其他网。
Table 1. Isolation Measurements我们可以在下面的图表中看到,随着网络数量的增加,所需的隔离测试数量迅速增长,超出了实际的手动实施范围。结果如图 2 所示,当使用手动测试时,通常会完全跳过隔离测试。
Figure 2. Isolation Tests Required
是自动化测试的基本优势变得显而易见的时刻。虽然这是一个戏剧性的过度简化,但它可能有助于将自动测试仪视为具有许多引线的万用表,而不仅仅是两个引线。这是通过软件控制的继电器矩阵切换测试仪的测量能力来实现的。
为了利用测试仪的功能,必须将测试仪连接到产品。这需要某种类型的测试夹具。一个简单的例子是测试电缆,一端带有连接器,与测试仪配接,另一端的连接器与产品配接。手动测试不需要这项投资。但是,当产品连接到测试仪时,测试仪可以自动切换继电器以快速执行每次连续性测量,将测量值与阈值进行比较并确定通过/失败条件。
在执行隔离测试时,测试仪比手动测试具有明显的优势。作为其架构的优点,测试仪可以在一次测量中从一个网络测量从一个网络到所有其他网络,而不是一次一对网络执行从每个网络到所有其他网络的测量。它通过向一个网施加电压,同时将所有其他网保持在地面上,测量电流并使用欧姆定律将测量值转换为电阻来实现这一点。(请注意,不同设备使用的确切方法会有所不同,但简单地概念化施加到一个网络的电压,而所有其他网络都保持在地面上是有帮助的。只有当检测到故障情况时,才有必要测量单个对中的网络之间的电阻,以确定发生故障的网络。结果是,可以在几秒钟内完成典型的,彻底的装配测试,包括连续性和隔离测试,而不会出现人为错误。
虽然我们的样品产品是一个非常简单的组件,但仍然很明显,自动化测试提供了更可靠的结果,特别是考虑到手动和自动隔离测试之间的差异。在财务方面,重要的是要认识到,虽然自动化测试需要在设备、测试夹具和编程方面进行投资,但如果不包括隔离测试的劳动力,就无法与手动测试的成本进行公平的比较。还必须注意的是,根据学习曲线,自动化测试的每单位成本会随着数量、重复运行和产品复杂性的增加而下降,而手动测试的每单位人工成本可能会随着数量的增加而略有下降,但会保持相对恒定。手动测试数量越高也会导致工人疲劳和注意力不集中,从而增加出错的可能性。最后,关于产品的复杂性,自动化电气测试仪通常可以执行的不仅仅是简单的连续性和隔离测试,并且通常提供测试电阻器,二极管,电容器等组件的能力,并且根据设备的不同,有些增加了执行高压介电耐受性和绝缘电阻测试的能力,所有这些都扩展了自动化测试仪的优势。
下一节我们将讨论自动化测试仪如何执行测量。