《×××××》項(xiàng)目總結(jié)報(bào)告-東南大學(xué)

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1、《PΩ（1015Ω）量級(jí)超高絕緣電阻數(shù)字化精確測(cè)量技術(shù)研究與樣機(jī)研制》項(xiàng)目總結(jié)報(bào)告一、項(xiàng)目概況項(xiàng)目名稱：PΩ（1015Ω）量級(jí)超高絕緣電阻數(shù)字化精確測(cè)量技術(shù)研究與樣機(jī)研制立項(xiàng)時(shí)間：2014.6項(xiàng)目編號(hào)：BY2014127-09項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：王曉俊合作企業(yè)：南京同勝儀器科技有限公司經(jīng)費(fèi)情況：本項(xiàng)目合同規(guī)定江蘇省科技廳撥款15萬(wàn)元，合作企業(yè)配套57萬(wàn)元，在項(xiàng)目執(zhí)行過程中實(shí)際省撥款15萬(wàn)元，企業(yè)實(shí)際配套65萬(wàn)元。主要研究?jī)?nèi)容：通過理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，研究基于靜電計(jì)法與反饋電阻法的復(fù)合微電流測(cè)量方法，實(shí)現(xiàn)寬量

2、程、高線性度、高準(zhǔn)確度絕緣電阻測(cè)量；通過對(duì)緩變非平穩(wěn)本底干擾電流信號(hào)的產(chǎn)生機(jī)理研究，實(shí)現(xiàn)干擾電流抑制措施和自校正測(cè)量方法；通過對(duì)被測(cè)絕緣測(cè)量電學(xué)模型重構(gòu)測(cè)量方法的研究，實(shí)現(xiàn)泄漏電流的高精度辨識(shí)；在此基礎(chǔ)上，研制PΩ量級(jí)的超高絕緣電阻數(shù)字化測(cè)試儀樣機(jī)、高性能測(cè)量夾具及其電網(wǎng)絡(luò)模型研究，并研制遠(yuǎn)程自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)。二、項(xiàng)目實(shí)施情況本項(xiàng)目主持單位東南大學(xué)，參與單位南京同勝儀器科技有限公司。其中，東南大學(xué)主要負(fù)責(zé)項(xiàng)目-10-總體方案的制定、關(guān)鍵技術(shù)的研究，樣機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)、軟件算法設(shè)計(jì)，及樣機(jī)測(cè)試和驗(yàn)收文件，南京同

3、勝儀器科技有限公司負(fù)責(zé)工藝設(shè)計(jì)、小批量樣機(jī)制作、樣機(jī)測(cè)試等。在上述項(xiàng)目組織和運(yùn)行機(jī)制的框架下，雙方組成聯(lián)合研發(fā)團(tuán)隊(duì)，進(jìn)行項(xiàng)目攻關(guān)，在完成項(xiàng)目任務(wù)書指標(biāo)的前提下，對(duì)本項(xiàng)目提出更加具有前瞻性和實(shí)用性的任務(wù)需求，最終把本項(xiàng)目成果形成產(chǎn)業(yè)化樣機(jī)，并實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)和銷售。首批銷售5臺(tái)，產(chǎn)生利潤(rùn)8萬(wàn)元，用戶包括中電集團(tuán)44所、北京無(wú)線電元件6廠等國(guó)內(nèi)知名單位，主要應(yīng)用領(lǐng)域有超級(jí)電容、特種絕緣材料等。用戶使用均反應(yīng)儀器性能穩(wěn)定、測(cè)量準(zhǔn)確、可靠性高、一致性好，達(dá)到國(guó)家先進(jìn)水平。本項(xiàng)目預(yù)算包括：江蘇省科技廳撥款15萬(wàn)元、合

4、作企業(yè)配套57萬(wàn)元。在項(xiàng)目執(zhí)行過程中實(shí)際省撥款15萬(wàn)元，企業(yè)實(shí)際配套65萬(wàn)元，使用情況見決算表。三、項(xiàng)目技術(shù)情況1.主要研究?jī)?nèi)容及研究方法針對(duì)PΩ量級(jí)超高阻數(shù)字化測(cè)量中的關(guān)鍵技術(shù)，本項(xiàng)目重點(diǎn)研究了：（1）基于靜電計(jì)法和反饋電阻法的復(fù)合泄漏電流的高精度測(cè)量方法研究本課題采用基于積分電容的靜電計(jì)法和反饋電阻法相結(jié)合的測(cè)量方案，實(shí)現(xiàn)從1015Ω到1016Ω的寬量程測(cè)量，當(dāng)泄漏電流低于1000pA時(shí)采用基于積分電容的靜電計(jì)法進(jìn)行測(cè)量，被測(cè)高阻的測(cè)量準(zhǔn)確度與電壓源的輸出電壓、積分電容的準(zhǔn)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(dǎo)致輸出信號(hào)產(chǎn)生非線性誤差。經(jīng)分析，高阻準(zhǔn)確測(cè)量的條件是積分時(shí)長(zhǎng)t<<被測(cè)元件時(shí)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(shí)間常數(shù)-10-τ通常小于2500s。在極高電阻測(cè)量時(shí)，由于Ix極小，Vx斜率相應(yīng)很小，為保證測(cè)量準(zhǔn)確度，必須設(shè)置足夠的積分時(shí)長(zhǎng)。當(dāng)t=30s時(shí)，高阻測(cè)量相對(duì)誤差δR>>1.19%，當(dāng)t=60s時(shí)，δR>>2.37%，且隨著積分時(shí)間延長(zhǎng)，測(cè)量誤

6、差越來越大。此時(shí)，由C及切換裝置的絕緣性能引起的測(cè)量結(jié)果非線性誤差將嚴(yán)重影響測(cè)量準(zhǔn)確度。本項(xiàng)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(duì)大于1000pA泄漏電流，因信號(hào)信噪比較大，直接采用反饋電阻法進(jìn)行精確測(cè)量。為提高兩種方法的一致性，在2000pA±1000pA范圍內(nèi)采用靜電計(jì)法和反饋電阻法比較測(cè)量，并采用反饋電阻法對(duì)靜電計(jì)法進(jìn)行校正，實(shí)現(xiàn)復(fù)合微電流測(cè)量。這種基于靜電計(jì)法與反饋電阻法的復(fù)合微電流測(cè)量方法在樣機(jī)中得到驗(yàn)證和應(yīng)用，不僅實(shí)現(xiàn)寬量程、高線性度、高準(zhǔn)確度絕緣電阻測(cè)量，而且大大提高了測(cè)量

7、結(jié)果的一致性。（2）誤差產(chǎn)生機(jī)理及其抑制措施的研究及具本底誤差電流抑制功能的測(cè)量算法研究極高阻抗的測(cè)量難題在于在PΩ級(jí)超高阻測(cè)量時(shí)，需要測(cè)量低至0.1pA（10-13A）的極微弱電流，如何高準(zhǔn)確度、高重復(fù)性的測(cè)量微弱電流信號(hào)是本項(xiàng)目重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。測(cè)量誤差不僅包含由測(cè)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(xiàng)目針對(duì)各種誤差產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行深入研究，并研究響應(yīng)誤差抑制措施。經(jīng)深入分析，超高阻測(cè)量系統(tǒng)的誤差主要來源于

8、：被測(cè)環(huán)路的非平穩(wěn)緩變隨機(jī)干擾信號(hào)引起的誤差、浮地測(cè)量時(shí)工頻電網(wǎng)耦合引入的誤差、測(cè)量系統(tǒng)（測(cè)量環(huán)路、夾具、測(cè)量系統(tǒng)本身）引入的系統(tǒng)誤差等。針對(duì)這些誤差項(xiàng)，分別研究了抑制方法。①被測(cè)環(huán)路非平穩(wěn)隨機(jī)干擾電流信號(hào)（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(xiàng)目提出了交替極性法的自校正測(cè)量算法，將高阻測(cè)量上限提高到1016Ω，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。-10-當(dāng)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(yīng)引起的一階電流信號(hào)；當(dāng)