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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）摘要本文對數(shù)字式兆歐表工作原理進行簡單分析，同時介紹數(shù)字式兆歐表幾個重要參數(shù)，使人們對數(shù)字式兆歐表有一個初步的了解。關鍵詞兆歐表脈寬調制(PWM)倍壓整流DC-DC轉換I-V轉換1.引言兆歐表也叫絕緣電阻表，是測量絕緣電阻最常用的儀表。主要用于測量電力設備的絕緣電阻,判斷設備絕緣是否合格，然后決定該設備是否進行絕緣性能試驗和耐壓試驗，為后續(xù)試驗提供安全保障傳統(tǒng)的兆歐表也叫“搖表”，是由手搖發(fā)電機產(chǎn)生的高壓施加在被測物體上，通過測量流經(jīng)被測物體的電流來測量其絕緣電阻，其操作
2、麻煩、精度低。二十世紀八十年代以來由于電子技術及數(shù)字測量技術的迅速發(fā)展，出現(xiàn)數(shù)字式兆歐表。數(shù)字兆歐表運用電池驅動，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，使之逐漸取代傳統(tǒng)的“搖表”，成為當今測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換為直流高壓電作為測試電壓，這個測試電壓施加于被測物上產(chǎn)生的電流經(jīng)電流電壓轉換器轉換為相應的電壓值，然后送入模數(shù)轉換器變?yōu)閿?shù)字編碼經(jīng)微處理器計算處理，由顯示器顯示出相應的電阻值。圖1.數(shù)字兆歐表
3、原理框圖2.1直流電壓變換器（DC-DC變換器）是將電池電壓轉換為直流高壓測試電壓，它是數(shù)字式兆歐表關鍵部分，常見有250V、500V、1000V三種測試電壓（也有2500V、5000V等較高測試電壓）。由于考慮轉換效率、體積、輸出電壓控制及變換，數(shù)字兆歐表經(jīng)常采用脈寬調制（PWM）型開關電源集成控制器將電池的直流電壓變換為脈寬調制信號，經(jīng)升壓變壓器轉化為高壓脈沖，由倍壓整流（二倍或三倍）平滑成直流高壓測試電壓，其輸出電壓大小是通過輸出電壓控制電路調節(jié)脈沖寬度來實現(xiàn)的。常見使用UC3840、TL494、SG3524
4、等，這類脈寬調制型控制器是國際上最為流行的開關電源集成控制器，它包括開關穩(wěn)壓器所需的全部控制電路，其中有誤差放大器、振蕩器、脈寬調制器、脈沖發(fā)生器、開關管、過流過熱保護。圖2是應用SG3524將9V直流電升壓至1000V的實用電路。圖2.DC9V-DC1000V升壓轉換電路圖2中SG3524是升壓電路的核心，它直接向開關管Q1提供脈寬調制信號，由Q1推動升壓變壓器，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，確定其開關頻率。電阻R1、R2提供取樣電壓經(jīng)電壓誤差放大器管腳1引
5、入與管腳2的參考電壓進行比較，放大器輸出電壓送至脈寬調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)射極均開路NPN晶體管組成的輸出極。由SG3524可知：開關頻率：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≈1000V數(shù)字式兆歐表直流電壓變換器性能可以通過測量其的短路輸出電流
6、和跌落電壓這兩個參數(shù)進行判斷，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。我國的相關規(guī)程要求兆歐表輸出短路電流應大于0.5mA、1mA、2mA或5mA，國家計量檢驗規(guī)程JJG1005-2005規(guī)定兆歐表在其測量端接廠家提供的跌落電阻值時，端子的電壓既為跌落電壓，其值不低于額定電壓的90%。2.2電流電壓轉換器（I-V轉換）：從圖1可以看出，由待測電阻Rx、反饋電阻Rf及運算放大器A1組成一個I-V轉換電路。它將流經(jīng)被測絕緣電阻Rx的電流轉換為電壓信號輸出。當測試電壓Vi作用于待測電阻Rx上時，根據(jù)運算
7、放大器特性，其正輸入端為地電位，那么負輸入端（測試端-）同樣為地電位（虛地），由歐姆定律可得：Io=Vi/Rx（1）所以運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)過反相后：Vref=-Vo=Vi*Rf/Rx（4）由公式（4）可以看出，Vo與Rx成反比關系。那么在相同測試電壓，Rx就越大，Vo越小。I-V轉換-8-3電路的精度直接關系的儀器的測量準確度，由于所測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電壓低漂移高精度的運算放大器，因
8、此經(jīng)常使用斬波運算放大器2.3模數(shù)轉換器（A/D）及顯示電路：模數(shù)轉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LED顯示）的3?位雙積分A/D轉換器，利用其輸入電壓與參考電壓比值特性可以非常方便地測得
