CN101470145A

CN101470145A - 绝缘电阻测试系统

Info

Publication number: CN101470145A
Application number: CN200710306020.1A
Authority: CN
Inventors: 李东; 王晓飞; 王艳林; 刘刚
Original assignee: BEIJING MECHANICAL INDUSTRY COLLEGE
Current assignee: BEIJING MECHANICAL INDUSTRY COLLEGE
Priority date: 2007-12-28
Filing date: 2007-12-28
Publication date: 2009-07-01
Anticipated expiration: 2027-12-28
Also published as: CN101470145B

Abstract

公开了一种绝缘电阻测试系统，包括：计算机，用于发出测试参数及测试命令，控制单元，用于基于来自所属计算机的测试参数及测试命令，发出电压控制信号和测试控制信号；和测试回路，接收所述电压控制信号和测试控制信号，根据所述电压控制信号将来自电源的直流低压信号转换为直流高压信号，并且根据测试控制信号改变测试系统量程，测量绝缘电阻并输出测量结果。该绝缘电阻测试系统结合了PC机和单片机系统作为控制、测试核心，使测量操作非常方便，易于控制，可以自动切换量程，并且将测量过程与结果在PC机上进行了动态显示，实现了电子测试技术与PC机相结合的虚拟仪器技术，提高了测量精度、操作方便性与动态显示的灵活性。

Description

绝缘电阻测试系统

技术领域

本发明涉及绝缘电阻测试技术，尤其涉及一种实现虚拟仪器技术的电气安全性能中的绝缘电阻测试系统。

背景技术

电气安全是仪器仪表正常工作的基本性能要求，它的基本性能指标有：泄漏电流、绝缘电阻、接地电阻和耐压强度。绝缘电阻是指用绝缘材料隔开的两部分导体之间的电阻值，它是反映两部分导体之间绝缘强度的有力指标，为了保证电气设备运行的安全，应对其不同极性(或不同相)的导电体之间，或导电体与外壳之间的绝缘电阻提出一个最低要求。2001年，IEC(国际电工委员会)对《测量、控制及试验室用电气设备的安全》系列标准进行了重新修订，并于同年发布了IEC61010标准，该标准针对仪器仪表产品的电气安全性测试技术和安全限值要求进行了详细的规定。但在目前尚未出现完全符合该标准的安全检测设备。

目前国内绝缘电阻测试仪器大多采用单片机为测控核心来完成数据的采集与处理，将用于控制命令输入的小键盘与测试过程、测试结果显示的小屏幕相结合构成人机交互，使整个系统兼容性较差、数据保存与处理能力较弱、操作不方便，不适应仪器虚拟化发展的方向。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种实现虚拟仪器技术的电气安全性能中的绝缘电阻测试系统。

根据本发明为了实现上述目的，提供一种绝缘电阻测试系统，包括：计算机，用于发出测试参数及测试命令，控制单元，用于基于来自所属计算机的测试参数及测试命令，发出电压控制信号和测试控制信号；和测试回路，接收所述电压控制信号和测试控制信号，根据所述电压控制信号将来自电源的直流电压信号转换为直流高压信号，并且根据测试控制信号改变测试系统量程，测量绝缘电阻并输出测量结果

本发明的测试回路包括：直流高压电源，用于向被测设备提供电源；分压网络，根据来自所述控制单元的测试控制信号对测试回路的电压进行分压，从而控制施加在被测设备上的电压。

本发明的绝缘电阻测试系统还包括用于防止被测设备绝缘电阻不合格导致所述测试系统过压冲击的过压保护与信号处理单元。

本发明的控制单元是单片机系统和计算机。

附图说明

通过结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，本发明的上述目的和特性将会变得更加清楚，其中：

图1显示了根据本发明实施例的绝缘电阻测试系统框图；

图2显示了根据本发明实施例的绝缘电阻测试系统中单片机系统的框图；和

图3显示了根据本发明实施例的绝缘电阻测试流程。

具体实施方式

在下文中，通过借助附图将详细描述本发明的优选实施例。

图1所示为根据本发明实施例的绝缘电阻测试系统框图。

如图1所示：本系统包括计算机单元110、控制单元(单片机系统)120、用于保护本发明系统不会因被测设备绝缘电阻不合格导致受到过压冲击的过压保护与信号处理单元140及测试回路。计算机单元110主要是用来实现人机交互，由其发出测试参数及测试命令。通过串口传送到单片机系统以及实时显示通过串口传送上来的测试过程与结果。单片机系统120实现测试控制、数据采集、数据存储与处理及与PC间的通信；测试回路包括直流电源(未示出)、被测设备(未示出)、保护电阻R_I及分压网络130，主要是用来给单片机系统提供被控设备与采集信号。

根据IEC61010-2001标准及测试要求，绝缘电阻的测试回路施加三种直流电压信号(250VDC、500VDC、1000VDC)，在本发明的测试系统中设计了程控直流高压电源，直流高压源在电压控制信号的作用下，将单片机系统提供的0V～5V直流信号转变成0V～1000V的直流高压信号。

分压网络130的用于从测试回路中分出一小部分直流电压信号作为检测信号。本发明中，本测试系统的绝缘电阻测试范围设定为0MΩ～2000MΩ，因为单片机系统的只能采集0V～2.5V的直流信号，为了保障单片机系统的测量范围，同时实现绝缘电阻的全量程测量，由单片机系统120向分压网络130提供控制信号K进行量程自动切换。

绝缘电阻测试原理如图1所示：其中R_L为被测设备的绝缘电阻(通常为被测设备电源线对外壳的电阻)，R_I为保护电阻，当被测设备短路时，为防止测试回路电压过高而设置此电阻，R_i为测试分压电阻，如果直流高压电源供给电压为U_I，通过分压电阻分出电压为U_i，则被测设备的绝缘电阻值为：

R_{L} = \frac{U_{l}}{U_{i}} \times R_{i} - R_{I} - R_{i}

图2所示为本发明绝缘电阻测试系统中的单片机系统120的框图。如图2所示，单片机系统120包括单片机、扩展RAM(随机存储器)及CPLD(复杂可编程逻辑器件)，实现测试控制、数据采集、数据存储与处理及与PC间的通信。单片机系统120发出测试控制信号控制开关K的动作以选中分压网络四个电阻(0.5K、5K、50K及500K)中任一个，当回路中所加直流高压信号一定时，测试回路因分压网络所选中电阻不同而分出的检测信号不一样，当检测信号低于单片机的采集范围时，分压网络向小电阻档切换，反之，向高电阻档自动转换，四个电阻档所对应的被测设备的绝缘电阻范围为：0MΩ～0.2MΩ、0.2MΩ～2MΩ、2MΩ～200MΩ、200MΩ～2000MΩ。

单片机系统120的工作如下。根据本发明实施例，单片机系统采用的是AD公司的ADuC842作为控制、测试核心，该单片机具有丰富的资源，集成了八路十二位高精度ADC，可以将0V～2.5V的模拟信号直接转换成十二门的数字量以备分析与处理，由于整个电气安全性能测试仪主要检测的参数有绝缘电阻、泄漏电流、接地电阻、耐压强度及功率，而对于像接地电阻等参数，需要同时检测电压、电流两个量，因此系统设计中需要将八路采样通道全部用到；两路十二位的DAC，有输出0V～2.5V与0V～5V直流信号两种工作方式。在本系统中为测试回路中的直流高压电源提供控制信号，选择输出0V～5V直流信号的方式；双输出PWM/∑-ΔDACs，在进行接地电阻与耐压强度测试时，测试回路需要施加大电流或大电压(0V～5000VAC)，采用PWM(Pulse-Width Modulation)技术就能容易实现；62kB片内闪速/电擦除程序存储器，4kB片内闪速/电擦除数据存储器，存储保持100年，重复擦写10万次，2304B片内数据RAM，对于电气性能综合测试仪器来说，有八路模拟信号输入，每个输入模拟量自动转换为12位的数字信号。系统采样频率大于1KHZ，因此扩展RAM。在本方面中，采用了32KB的CMOS型静态RAM HY62256来扩展32KB的随机存储器。对于直流高压电源的通断、分压网络中哪一路电阻被选中是通过单片机系统给出控制信号来完成的。在整个测试系统中，如果这样的数字输出控制信号为很多路(例如三十多路)，则仅仅依靠单片机自身的资源是不能满足要求的，因此，这里采用CPLD技术来对其数字输出信号扩展。CPLD是在PAL(可编程阵列逻辑)、GAL(通用阵列逻辑)等逻辑器件的基础上发展起来的复杂可编程逻辑器件，其中Altera公司的产品以先进的结构、先进的处理技术、现代化的开发工具及各种兆(Mega)功能等优点而深受用户青睐。根据本发明实施例，采用Altera公司的MAX7000S系列产品之一EPM7128S。

另外，单纯的单片机控制、测试系统使用起来的不灵活性与测试界面的单调性使其正在慢慢被仪器虚拟化的发展趋势所代替。根据本发明的测试系统中，利用了计算机的使用方便、大众化、易于测试界面设计等优势来实现测试人机交互的友好。

本方面的绝缘电阻测试流程如图3所示。

首先，进行“测试电压”、“标准电阻”(即被测设备的标准绝缘电阻值)和“测试时间”各测试参数的设定并启动测试，单片机DAC输出直流控制信号以控制直流高压电源，同时单片机的ADC进行模拟信号的采样与转换，如果所采得电压值在0.2V～2.0V范围内，继续采样直到采样时间完成，如果采样电压不到0.2V，则向分压网络的大电阻档切换，如果采样电压超出2.0V，则向分压网络的小电阻档切换，由采样计算结果与绝缘电阻设定值进行比较来判定被测设备的绝缘电阻参数是否合格并显示。

测试系统的实验方法如下：操作本系统进入绝缘电阻测试状态，分别选择控制系统使其输出250V、500V、1000V直流电压，并且测试本系统输出的直流电压，同时采用示波器观察经分压后的直流电压纹波；改变负载观测输出电压的变化。经分析可得直流高压源输出电压的误差以及纹波对绝缘电阻测试的影响可以忽略。本发明中，采用来自单片机单元的测试控制信号来且电阻档。

用可调高压电阻箱(精度0.5级)作为标准被检仪器，不断改变电阻箱的电阻值并与本系统测得的绝缘电阻值相比较，并以电阻箱的电阻值作为标准检验本系统绝缘电阻测试的准确性。在IEC61010中规定，被测仪器的绝缘电阻测量误差不能超过±5％，而采用本发明的测试系统，实验可得其误差<1％(1σ)。

该绝缘电阻测试系统结合了PC机和单片机系统作为控制、测试核心，使测量操作非常方便，易于控制，可以自动切换量程，并且将测量过程与结果在PC机上进行了动态显示，实现了电子测试技术与PC机相结合的虚拟仪器技术，提高了测量精度、操作方便性与动态显示的灵活性。

尽管已经参照本发明的优选实施例描述了本发明，但本领域的技术人员应该理解，本发明并不限定于所描述的优选实施例，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行各种改变和修改。

Claims

1.一种绝缘电阻测试系统，包括：

计算机，用于发出测试参数及测试命令，

控制单元，用于基于来自所属计算机的测试参数及测试命令，发出电压控制信号和测试控制信号；和

测试回路，接收所述电压控制信号和测试控制信号，根据所述电压控制信号将来自电源的直流低压信号转换为直流高压信号，并且根据测试控制信号改变测试系统量程，测量绝缘电阻并输出测量结果。

2.如权利要求1所述的绝缘电阻测试系统，其中所述测试回路包括：

直流高压电源，用于向被测设备提供电源；

分压网络，根据来自所述控制单元的测试控制信号对测试回路的电压进行分压，从而控制施加在被测设备上的电压。

3.如权利要求1所述的绝缘电阻测试系统，还包括用于防止被测设备绝缘电阻不合格导致所述测试系统过压冲击的过压保护与信号处理单元。

4.如前述权利要求中的任一项所述的绝缘电阻测试系统，其中所述控制单元是单片机系统和计算机。