《×××××》項目總結(jié)報告-東南大學

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1、《PΩ（1015Ω）量級超高絕緣電阻數(shù)字化精確測量技術(shù)研究與樣機研制》項目總結(jié)報告一、項目概況項目名稱：PΩ（1015Ω）量級超高絕緣電阻數(shù)字化精確測量技術(shù)研究與樣機研制立項時間：2014.6項目編號：BY2014127-09項目負責人：王曉俊合作企業(yè)：南京同勝儀器科技有限公司經(jīng)費情況：本項目合同規(guī)定江蘇省科技廳撥款15萬元，合作企業(yè)配套57萬元，在項目執(zhí)行過程中實際省撥款15萬元，企業(yè)實際配套65萬元。主要研究內(nèi)容：通過理論與實驗相結(jié)合的方法，研究基于靜電計法與反饋電阻法的復合微電流測量方法，實現(xiàn)寬量

2、程、高線性度、高準確度絕緣電阻測量；通過對緩變非平穩(wěn)本底干擾電流信號的產(chǎn)生機理研究，實現(xiàn)干擾電流抑制措施和自校正測量方法；通過對被測絕緣測量電學模型重構(gòu)測量方法的研究，實現(xiàn)泄漏電流的高精度辨識；在此基礎上，研制PΩ量級的超高絕緣電阻數(shù)字化測試儀樣機、高性能測量夾具及其電網(wǎng)絡模型研究，并研制遠程自動測量系統(tǒng)。二、項目實施情況本項目主持單位東南大學，參與單位南京同勝儀器科技有限公司。其中，東南大學主要負責項目-10-總體方案的制定、關(guān)鍵技術(shù)的研究，樣機硬件電路設計、軟件算法設計，及樣機測試和驗收文件，南京同

3、勝儀器科技有限公司負責工藝設計、小批量樣機制作、樣機測試等。在上述項目組織和運行機制的框架下，雙方組成聯(lián)合研發(fā)團隊，進行項目攻關(guān)，在完成項目任務書指標的前提下，對本項目提出更加具有前瞻性和實用性的任務需求，最終把本項目成果形成產(chǎn)業(yè)化樣機，并實現(xiàn)批量生產(chǎn)和銷售。首批銷售5臺，產(chǎn)生利潤8萬元，用戶包括中電集團44所、北京無線電元件6廠等國內(nèi)知名單位，主要應用領(lǐng)域有超級電容、特種絕緣材料等。用戶使用均反應儀器性能穩(wěn)定、測量準確、可靠性高、一致性好，達到國家先進水平。本項目預算包括：江蘇省科技廳撥款15萬元、合

4、作企業(yè)配套57萬元。在項目執(zhí)行過程中實際省撥款15萬元，企業(yè)實際配套65萬元，使用情況見決算表。三、項目技術(shù)情況1.主要研究內(nèi)容及研究方法針對PΩ量級超高阻數(shù)字化測量中的關(guān)鍵技術(shù)，本項目重點研究了：（1）基于靜電計法和反饋電阻法的復合泄漏電流的高精度測量方法研究本課題采用基于積分電容的靜電計法和反饋電阻法相結(jié)合的測量方案，實現(xiàn)從1015Ω到1016Ω的寬量程測量，當泄漏電流低于1000pA時采用基于積分電容的靜電計法進行測量，被測高阻的測量準確度與電壓源的輸出電壓、積分電容的準確度，及輸出電壓的線性度有

5、關(guān)。由于積分電容C及其切換裝置K1存在泄漏與介質(zhì)損耗、積分放大器存在有限的開環(huán)增益A與輸入電阻等非理性特性，導致輸出信號產(chǎn)生非線性誤差。經(jīng)分析，高阻準確測量的條件是積分時長t<<被測元件時間常數(shù)τ。由于制造工藝的限制，目前由商品化繼電器及電容器構(gòu)成的積分反饋回路的時間常數(shù)-10-τ通常小于2500s。在極高電阻測量時，由于Ix極小，Vx斜率相應很小，為保證測量準確度，必須設置足夠的積分時長。當t=30s時，高阻測量相對誤差δR>>1.19%，當t=60s時，δR>>2.37%，且隨著積分時間延長，測量誤

6、差越來越大。此時，由C及切換裝置的絕緣性能引起的測量結(jié)果非線性誤差將嚴重影響測量準確度。本項目研究了基于非平穩(wěn)緩變誤差的抑制算法大大抑制該誤差。對大于1000pA泄漏電流，因信號信噪比較大，直接采用反饋電阻法進行精確測量。為提高兩種方法的一致性，在2000pA±1000pA范圍內(nèi)采用靜電計法和反饋電阻法比較測量，并采用反饋電阻法對靜電計法進行校正，實現(xiàn)復合微電流測量。這種基于靜電計法與反饋電阻法的復合微電流測量方法在樣機中得到驗證和應用，不僅實現(xiàn)寬量程、高線性度、高準確度絕緣電阻測量，而且大大提高了測量

7、結(jié)果的一致性。（2）誤差產(chǎn)生機理及其抑制措施的研究及具本底誤差電流抑制功能的測量算法研究極高阻抗的測量難題在于在PΩ級超高阻測量時，需要測量低至0.1pA（10-13A）的極微弱電流，如何高準確度、高重復性的測量微弱電流信號是本項目重點研究內(nèi)容。測量誤差不僅包含由測量方法引入的原理誤差，還包括夾具、引線分布參數(shù)、高阻絕緣材料本身、前置電路板本身的分布參數(shù)引入的誤差，各種誤差的特征不同，影響形式不一，本項目針對各種誤差產(chǎn)生機理進行深入研究，并研究響應誤差抑制措施。經(jīng)深入分析，超高阻測量系統(tǒng)的誤差主要來源于

8、：被測環(huán)路的非平穩(wěn)緩變隨機干擾信號引起的誤差、浮地測量時工頻電網(wǎng)耦合引入的誤差、測量系統(tǒng)（測量環(huán)路、夾具、測量系統(tǒng)本身）引入的系統(tǒng)誤差等。針對這些誤差項，分別研究了抑制方法。①被測環(huán)路非平穩(wěn)隨機干擾電流信號（本底干擾電流）引入的誤差抑制方法研究為解決失調(diào)電流的影響，本項目提出了交替極性法的自校正測量算法，將高阻測量上限提高到1016Ω，達到國際先進水平。-10-當系統(tǒng)的本底電流主要來源于溫度漂移、恒定泄漏，或如壓電效應引起的一階電流信號；當