专利名称：一种电学材料伏安特性的测量方法
技术领域：
本发明属于电学材料伏安特性测量技术领域，涉及一种利用恒压源、皮安表、计算机和LabVIEW软件测量电学材料伏安特性的方法，该方法能表示出伏安特性变化的曲线并自动保存测量数据，而且显示出电压一电流的二维图，尤其是可以测量电阻材料或三极管材料的伏安特性变化，属于一种基于LabVIEW的电学材料伏安特性测量技术方案。
背景技术：
随着材料科学的迅速发展和广泛应用，新型材料不断出现，其相关的应用研究也吸引了众多研究者的兴趣。一种新型材料的性能测试以及使用时大多要知道它的伏安特性变化。一些特殊材料的伏安特性(如三极管)会随着电压的变化而变化，当材料运用在电压不断变化的环境下时，材料的伏安特性测量就尤为重要。要确保这些环境下的仪器能够精确安全使用，通常需要知道其中一些材料伏安特性的变化趋势和材料伏安特性的大致变化·范围，以便对仪器进行校准使产品提高性能，所以，测量材料的伏安特性变化趋势就显得尤为重要。传统的的伏安特性测量器一次只能测一组电压、电流值，需要给材料一个电压值，然后待电流表读数稳定后，一边记下电压值一边读电流值，即费力又费时，还不太精确并且数据不能进行自动保存，并且测量结束后还要进行数据处理将电阻值换算为电阻率，而现有的一些比较先进的测量仪器，如PPMS虽然能自动测量，而且其误差很�。庑┥璞敢瞧魍蹲式洗螅话愕ノ患翱蒲谢乖诰蒙夏岩猿惺埽灰灼毡橥乒闶褂茫⑶沂褂貌僮鞑街韪丛樱凰怨榻崞鹄矗钟械姆蔡匦圆饬考际醴桨钙毡榇嬖谧潘蒙璞父丛樱饬坎街璺彼觯饬客度氤杀靖撸饬拷峁褪葑既沸圆畹韧怀鋈钡�。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，寻求设计一种基于LabVIEW语言，利用恒压源、皮安表、GPIB线、RS232线和待测材料，搭建一套操作简单，能够准确测量电学材料的伏安特性的测量方法，用于直接测出电学材料所处的具体恒定电压及该恒定电压条件下的伏安特性，并将测量结果储存在指定文件中，在显示设备上及时显示出电压和电流二维图，使数据变化趋势更为直观；利用将电学材料制成三极管的测量法，在电学材料上施加恒压和等间隔变化的电压，根据所设的变压间隔在变化电压时采集当前电流值而求出材料在此恒定电压下的伏安特性。为了实现上述目的，本发明方法的主体步骤包括在选用的基于LabVIEW的测量设备系统中一次性进行输入待测材料所需测量的电压范围及间隔、电流变化及输出、电压输入及判断和电压电流数据储存；先输入待测电学材料所需测量的电压范围及间隔，再根据输入的信息进行自动化控制，输入适当的间隔，做出电学材料的伏安特性曲线；电流变化及输出是由于施加在电学材料上的变化电压，通过电学材料的电流将随着电压不断变化，利用皮安表测量出通过材料的电流，再利用GPIB线输出传递给测量设备系统，皮安表测量电流的数量级别以达到PA，测量出高阻值电学材料的伏安特性；电压输入及判断，测量设备系统对给定的电压范围，输入电压，通过RS232线控制爱德克斯恒压源两个通道输出电压，并将电压加在电学材料上，逐渐增加电压，测量设备系统判断是否在范围内，在范围内则继续测量，超出则停止测量；电压和电流数据的储存是利用测量设备系统对测量的信息和数据自动进行处理和储存；其具体测量步骤是(I)、在待测电学材料样品上选择节点焊接出三个接线端，把待测电学材料样品放置在一个稳定环境中，按照电学原理图把待测电学材料样品三个接线端分别接在恒压源的两个通道上，再把皮安表接在线路中；(2)、在测量设备系统的测量界面上输入待测电学材料样品的名称、加在待测电学材料样品上的恒定电压范围与变化间隔、变化电压范围及间隔(间隔的大小决定测量的伏安特性曲线数据密集程度)和采集电流等待的时间间隔(间隔相对大些，电压源输出电压比较稳定，采集的电流精确)，点击按键启动开始后根据测量设备系统的电子计算机提示输入一个测量数据的存储路径(默认为桌面);
(3)、测量设备系统将变化电压的当前值(第一次是变化电压范围的初始值)通过RS232线传递给爱德克斯恒压源，控制一个通道输出一个稳定电压加在待测电学材料样品上；(4)、经过输入的时间间隔后，皮安表对通过待测电学材料样品的电流进行采样，并经过GPIB线把电流值传递给测量设备系统的电子计算机；(5)、测量设备系统把变化电压当前值和输入的电压变化范围进行比较，若在变化电压范围内，则变化电压值增加变压间隔后执行(3)步骤；若超出变压范围，则执行(6)的步骤；(6)、测量设备系统把恒定电压当前值和输入的恒压范围进行比较，若在恒压范围内，则恒定电压值增加恒压间隔，变压范围初始值赋给变化电压，然后执行(3)的步骤；若超出恒压范围，则结束运行；(7)、将采集的变化电压与当前电压下的电流值组成一维数组储存到(2)的步骤指定的文件中，然后换行记录下一次所测试的数据在这一个的正下方，最后形成一个η行2列的数组，其中η为测量次数；(8 )、重复执行(3 )、( 4)、( 5 )、( 6 )和(7 )步骤直到测量运行程序停止，完成测量和输出。本发明实现伏安特性测量的测量设备系统包括恒压源、皮安表、数据采集板、GPIB线、RS232线和电子计算机，按照电信息测量原理连通构成电学材料伏安特性测量设备系统；恒压源按照测量设备系统指定的值输出电压，电压范围为O — 30V，输入通道为三个，分别加在待测电学材料样品的三端，使用一个通道提供恒定电压，在其恒压下，使用另一个通道提供逐渐变化的电压来测量通过待测电学材料的电流；使用LabVIEW编写的程序，通过RS232线控制加在恒压源两个通道的电压值；皮安表在测量设备系统给于信号时即采集通过待测材料样品的电流，最小电流采集值为PA级，并且以数字的形式输送给测量设备系统的电子计算机以便进行后期的数据处理，皮安表能够进行程控，并且精度利于待测电学材料的伏安特性的准确；通过GPIB线将测得的电流值传递给测量设备系统的电子计算机进行处理。本发明方法采用LabVIEW虚拟仪器作为平台，由恒压源、皮安表、计算机、GPIB线和RS232线连接成高效的待测电学材料伏安特性的测量设备系统，输入恒压范围及间隔和变压范围及间隔，就能够自动测量电流随着电压的变化曲线，测量电压在O — 30V的区间内进行自动测量；测量数据直接以txt文本形式存储在测量设备系统的电子计算机中，并且做出电压 和电流的二维图表，节省后期处理数据的时间和复杂性，测量时根据图表看出电流随电压变化的趋势，简单直观；其总体测量方法原理可靠，测量精确，数据分析直观，操作简单，节省时间，结果显示直观，成本低，适于对多种电学材料的伏安特性测量。
图I为本发明的工作流程结构原理示意框图。
具体实施例方式下面通过实施例并结合附图作进一步说明。实施例本实施例的具体测量待测电阻材料样品的步骤如下(I)、将待测材料样品焊接出三个接线端，把样品放置在一个稳定环境中，按照电路图把样品三个接线端分别接在爱德克斯恒压源的两个通道上，并把吉时利6485皮安表接在线路中；(2)、在测量界面上输入待测材料样品的名称，需要加在样品上的恒定电压范围及变化间隔，变化电压范围及间隔，采集电流等待的时间间隔，点击开始后根据电子计算机的提示输入一个测量数据的存储路径(默认为桌面);(3)、程序将变化电压的当前值(第一次是变化电压范围的初始值)通过RS232线传递给爱德克斯恒压源，控制一个通道输出一个稳定电压加在样品上；(4)、经过输入的时间间隔后，吉时利6485皮安表对通过样品的电流进行采样，并经过GPIB线把电流值传递给电子计算机；(5)、程序把变化电压当前值和输入的变压范围进行比较，若在变压范围内，则变化电压值增加变压间隔后执行(3)步骤；若超出变压范围，则执行(6)步骤；(6)、程序把恒定电压当前值和输入的恒压范围进行比较，若在恒压范围内，则恒定电压值增加恒压间隔，变压范围初始值赋给变化电压，然后执行(3)步骤；若超出恒压范围，则结束程序；(7)、将采集变化电压和当前电压下的电流值组成一维数组储存到(2)步骤指定的文件中，然后换行记录下一次所测试的数据在这一个的正下方，最后成为一个η行2列的数组，其中η为测量次数；h、重复执行(3)、(4)、(5)、(6)和(7)步骤直到程序停止，在所指定的文件中显示出结果。本实施例实现的装置包括选用爱德克斯恒压源、吉时利6485皮安表、电子计算机、GPIB线和RS232线，各部件电信息连通构成电学材料伏安特性测量设备系统；使用爱德克斯恒压源的两个通道，分别输出稳定的电压，提供电压源稳定，施加电压范围为O—30V，如要测量的待测电学材料精确的伏安特性，只需将电压间隔减�。共杉菝芗纯桑褂靡桓銎ぐ脖淼牧礁鐾ǖ溃蚧缭词�、节约成本、操作简便、易于连接；同时使用RS232线控制爱德克斯恒压源，程序输出一个所需电压值的命令，通过RS232线传给恒压源，恒压源立即做出反应，输出相应电压加在待测电学材料上，RS232线价格便宜、与电脑连接简单；吉时利6485皮安表,按照待测电学材料上所加的电压值,输出当前通过待测电学材料的电流，可测电流的最小级别为IpA，测得流经待测电学材料样品的最小电流越�。饬烤仍礁撸欣诓饬看蟮缱柚档牡缪Р牧系姆蔡匦裕⑶乙允值男问绞渌透饬可璞赶低车募扑慊员憬泻笃诘氖荽恚ぐ脖砟芄唤谐炭夭⑶揖却罄诜蔡匦缘淖既罚焕肎PIB线，将皮安表测得的数据返回给测量设备系统的计算机进行进一步处理，取 值迅速、快捷。
权利要求
1.一种电学材料伏安特性的测量方法，其特征在于具体测量步骤是 (I )、在待测电学材料样品上选择节点焊接出三个接线端，把待测电学材料样品放置在一个稳定环境中，按照电学原理图把待测电学材料样品三个接线端分别接在恒压源的两个通道上，再把皮安表接在线路中； (2)、在测量设备系统的测量界面上输入待测电学材料样品的名称、加在待测电学材料样品上的恒定电压范围与变化间隔、变化电压范围及间隔(间隔的大小决定测量的伏安特性曲线数据密集程度)和采集电流等待的时间间隔，点击按键启动开始后根据测量设备系统的电子计算机提示输入一个测量数据的存储路径，默认为桌面； (3)、测量设备系统将变化电压的当前值或第一次是变化电压范围的初始值通过RS232线传递给爱德克斯恒压源，控制一个通道输出一个稳定电压加在待测电学材料样品上； (4)、经过输入的时间间隔后，皮安表对通过待测电学材料样品的电流进行采样，并经过GPIB线把电流值传递给测量设备系统的电子计算机； (5)、测量设备系统把变化电压当前值和输入的电压变化范围进行比较，若在变化电压范围内，则变化电压值增加变压间隔后执行(3)步骤；若超出变压范围，则执行(6)的步骤； (6)、测量设备系统把恒定电压当前值和输入的恒压范围进行比较，若在恒压范围内，则恒定电压值增加恒压间隔，变压范围初始值赋给变化电压，然后执行(3)的步骤；若超出恒压范围，则结束运行； (7)、将采集的变化电压与当前电压下的电流值组成一维数组储存到(2)的步骤指定的文件中，然后换行记录下一次所测试的数据在这一个的正下方，最后形成一个η行2列的数组，其中η为测量次数； (8)、重复执行(3)、(4)、(5)、(6)和(7)步骤直到测量运行程序停止，完成测量和输出。
2.根据权利要求I所述的电学材料伏安特性的测量方法，其特征在于实现伏安特性测量的测量设备系统包括恒压源、皮安表、数据采集板、GPIB线、RS232线和电子计算机，按照电信息测量原理连通构成电学材料伏安特性测量设备系统；恒压源按照测量设备系统指定的值输出电压，电压范围为O — 30V，输入通道为三个，分别加在待测电学材料样品的三端，使用一个通道提供恒定电压，在其恒压下，使用另一个通道提供逐渐变化的电压来测量通过待测电学材料的电流；使用LabVIEW编写的程序，通过RS232线控制加在恒压源两个通道的电压值；皮安表在测量设备系统给于信号时即采集通过待测材料样品的电流，最小电流采集值为PA级，并且以数字的形式输送给测量设备系统的电子计算机以便进行后期的数据处理，皮安表能够进行程控，并且精度利于待测电学材料的伏安特性的准确；通过GPIB线将测得的电流值传递给测量设备系统的电子计算机进行处理。
全文摘要
本发明属于电学材料伏安特性测量技术领域，涉及一种电学材料伏安特性的测量方法，先输入待测电学材料所需测量的电压范围及间隔，再根据输入的信息进行自动化控制，输入适当的间隔，做出电学材料的伏安特性曲线；利用皮安表测量出通过材料的电流后输出传递给测量设备系统，皮安表测量电流的数量级别以达到pA，测量出高阻值电学材料的伏安特性；电压输入及判断，测量设备系统对给定的电压范围，输入电压并将电压加在电学材料上，逐渐增加电压，测量设备系统判断是否在范围内，在范围内则继续测量，超出则停止测量；其原理可靠，测量精确，数据分析直观，操作简单，节省时间，结果显示直观，成本低，适于对多种电学材料的伏安特性测量。
文档编号G01R31/00GK102944786SQ20121044910
公开日2013年2月27日 申请日期2012年11月11日 优先权日2012年11月11日
发明者徐盛, 常清, 张常帅, 王玥皓, 袁峰, 徐现刚, 徐旦, 晋亚犁 申请人:青岛大学
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
