數(shù)字兆歐表原理

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1、數(shù)字式兆歐表曾繁建（漳州市東方電子有限公司）摘要本文對(duì)數(shù)字式兆歐表工作原理進(jìn)行簡(jiǎn)單分析，同時(shí)介紹數(shù)字式兆歐表幾個(gè)重要參數(shù)，使人們對(duì)數(shù)字式兆歐表有一個(gè)初步的了解。關(guān)鍵詞兆歐表脈寬調(diào)制(PWM)倍壓整流DC-DC轉(zhuǎn)換I-V轉(zhuǎn)換1.引言兆歐表也叫絕緣電阻表，是測(cè)量絕緣電阻最常用的儀表。主要用于測(cè)量電力設(shè)備的絕緣電阻,判斷設(shè)備絕緣是否合格，然后決定該設(shè)備是否進(jìn)行絕緣性能試驗(yàn)和耐壓試驗(yàn)，為后續(xù)試驗(yàn)提供安全保障傳統(tǒng)的兆歐表也叫“搖表”，是由手搖發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的高壓施加在被測(cè)物體上，通過(guò)測(cè)量流經(jīng)被測(cè)物體的電流來(lái)測(cè)量其絕

2、緣電阻，其操作麻煩、精度低。二十世紀(jì)八十年代以來(lái)由于電子技術(shù)及數(shù)字測(cè)量技術(shù)的迅速發(fā)展，出現(xiàn)數(shù)字式兆歐表。數(shù)字兆歐表運(yùn)用電池驅(qū)動(dòng)，免去手搖發(fā)電的麻煩，具有精度高、讀數(shù)直觀、操作方便、安全可靠、體積小、便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)，使之逐漸取代傳統(tǒng)的“搖表”，成為當(dāng)今測(cè)量絕緣電阻最常用的儀表。2.數(shù)字兆歐表工作原理數(shù)字兆歐表一般由直流電壓變換器將電池電壓轉(zhuǎn)換為直流高壓電作為測(cè)試電壓，這個(gè)測(cè)試電壓施加于被測(cè)物上產(chǎn)生的電流經(jīng)電流電壓轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓值，然后送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器變?yōu)閿?shù)字編碼經(jīng)微處理器計(jì)算處理，由顯示器顯示出相

3、應(yīng)的電阻值。圖1.數(shù)字兆歐表原理框圖2.1直流電壓變換器（DC-DC變換器）是將電池電壓轉(zhuǎn)換為直流高壓測(cè)試電壓，它是數(shù)字式兆歐表關(guān)鍵部分，常見(jiàn)有250V、500V、1000V三種測(cè)試電壓（也有2500V、5000V等較高測(cè)試電壓）。由于考慮轉(zhuǎn)換效率、體積、輸出電壓控制及變換，數(shù)字兆歐表經(jīng)常采用脈寬調(diào)制（PWM）型開(kāi)關(guān)電源集成控制器將電池的直流電壓變換為脈寬調(diào)制信號(hào)，經(jīng)升壓變壓器轉(zhuǎn)化為高壓脈沖，由倍壓整流（二倍或三倍）平滑成直流高壓測(cè)試電壓，其輸出電壓大小是通過(guò)輸出電壓控制電路調(diào)節(jié)脈沖寬度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。常見(jiàn)

4、使用UC3840、TL494、SG3524等，這類脈寬調(diào)制型控制器是國(guó)際上最為流行的開(kāi)關(guān)電源集成控制器，它包括開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器所需的全部控制電路，其中有誤差放大器、振蕩器、脈寬調(diào)制器、脈沖發(fā)生器、開(kāi)關(guān)管、過(guò)流過(guò)熱保護(hù)。圖2是應(yīng)用SG3524將9V直流電升壓至1000V的實(shí)用電路。圖2.DC9V-DC1000V升壓轉(zhuǎn)換電路圖2中SG3524是升壓電路的核心，它直接向開(kāi)關(guān)管Q1提供脈寬調(diào)制信號(hào)，由Q1推動(dòng)升壓變壓器，經(jīng)升壓后輸出高壓脈沖由倍壓整流成直流高壓輸出。管腳6、7腳外接振蕩電阻R5、電容C2，確定其開(kāi)關(guān)

5、頻率。電阻R1、R2提供取樣電壓經(jīng)電壓誤差放大器管腳1引入與管腳2的參考電壓進(jìn)行比較，放大器輸出電壓送至脈寬調(diào)制器控制輸出脈沖的占空比，從而穩(wěn)定輸出電壓。第4、5腳為電流限制放大器，第11、12腳和13、14腳為集電極、發(fā)射極均開(kāi)路NPN晶體管組成的輸出極。由SG3524可知：開(kāi)關(guān)頻率：f≈1.30/(RTCT)=1.30/(2*0.02)=32.5(kHz)其中:RT單位為kΩ，CT單位為μF，f單位為kHz輸出電壓：Vo=2.5V*(1+R1/R2)=2.5V*(1+2000/5)=1002.5V

6、≈1000V數(shù)字式兆歐表直流電壓變換器性能可以通過(guò)測(cè)量其的短路輸出電流和跌落電壓這兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行判斷，輸出短路電流和跌落電壓均可反映出內(nèi)部輸出高壓源內(nèi)阻的大小。我國(guó)的相關(guān)規(guī)程要求兆歐表輸出短路電流應(yīng)大于0.5mA、1mA、2mA或5mA，國(guó)家計(jì)量檢驗(yàn)規(guī)程JJG1005-2005規(guī)定兆歐表在其測(cè)量端接廠家提供的跌落電阻值時(shí)，端子的電壓既為跌落電壓，其值不低于額定電壓的90%。2.2電流電壓轉(zhuǎn)換器（I-V轉(zhuǎn)換）：從圖1可以看出，由待測(cè)電阻Rx、反饋電阻Rf及運(yùn)算放大器A1組成一個(gè)I-V轉(zhuǎn)換電路。它將流經(jīng)被測(cè)

7、絕緣電阻Rx的電流轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出。當(dāng)測(cè)試電壓Vi作用于待測(cè)電阻Rx上時(shí)，根據(jù)運(yùn)算放大器特性，其正輸入端為地電位，那么負(fù)輸入端（測(cè)試端-）同樣為地電位（虛地），由歐姆定律可得：Io=Vi/Rx（1）所以運(yùn)算放大器的輸出電壓：Vo=-Io*Rf（2）將（1）代入（2）得：Vo=-Vi*Rf/Rx（3）Vo經(jīng)過(guò)反相后：Vref=-Vo=Vi*Rf/Rx（4）由公式（4）可以看出，Vo與Rx成反比關(guān)系。那么在相同測(cè)試電壓，Rx就越大，Vo越小。I-V轉(zhuǎn)換-8-3電路的精度直接關(guān)系的儀器的測(cè)量準(zhǔn)確度，由于所

8、測(cè)量絕緣電阻阻值比較大，Io一般為10～10A,所以需要選用低失調(diào)電壓低漂移高精度的運(yùn)算放大器，因此經(jīng)常使用斬波運(yùn)算放大器2.3模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）及顯示電路：模數(shù)轉(zhuǎn)換器是模擬電路與數(shù)字電路連接的紐帶，也是模擬儀表與數(shù)字儀表的重要標(biāo)志。精度不高于1%的數(shù)字式兆歐表通常采用ICL7106（或ICL7107）大規(guī)模集成電路，ICL7106是帶LCD顯示（ICL7107為L(zhǎng)ED顯示）的3?位雙積分A/D轉(zhuǎn)換器，利用其輸入電壓與參考電壓比值特性可以非常方便地測(cè)得