CN101788657B

CN101788657B - 泄漏电流测试仪检定装置

Info

Publication number: CN101788657B
Application number: CN 201010010013
Authority: CN
Inventors: 隋莉; 周正; 张曦弘; 沈宏; 李瑾; 吕强; 李士民; 李俊峰
Original assignee: Shenyang Metrology Testing Institute
Current assignee: Shenyang Metrology Testing Institute
Priority date: 2010-01-05
Filing date: 2010-01-05
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2030-01-05
Also published as: CN101788657A

Abstract

泄漏电流测试仪检定装置，为了解决检定过程复杂，接线繁琐且精度难以保证、测量范围窄等技术问题而设计的。它主要由检定装置主体、操作面板和集成电路三部分组成，集成电路部分的量程转换单元采用与基准取样一体化模式，利用可调节电阻，取泄漏电流在取样电阻的压降全面覆盖由10μA到400mA各量程，实现定电压、调电阻及定电阻，调电压两种工作方式；正常/保持单元在被测泄漏电流测试仪发出报警信号瞬间，锁存瞬时泄漏电流最大值，同时将它的输入与量程转换单元断开。有益效果：转换速度和准确度得到大幅度提高；保证了交流信号的准确度和线性度，具有测试精度高，测量范围宽，功能齐全，保护功能完善，操作方便等优点，配合独特的数据保持功能，解决了在线检测和计算机控制的生产线检测的技术难题。

Description

泄漏电流测试仪检定装置

技术领域

本发明涉及一种检定装置，尤其涉及一种泄漏电流测试仪检定装置。适用于各级计量检测机构做泄漏电流测试仪的检定，同时也适用于生产企业的在线检测和计算机控制的生产线检测。属于计量标准器具检定装置的制造与应用领域。

背景技术

高品质的电气产品要进行许多项目的安全规格测试，包含耐压测试、绝缘电阻测试、接地阻抗测试、泄漏电流测试等，这些电气安全测试中最重要的项目是泄漏电流的测量。泄漏电流是指在没有故障和不另行施加电压的条件下，电器中相互绝缘的金属零件之间，或带电零件与接地零件之间，通过其周围介质或绝缘表面所形成的电流，也包括当人体触及电器设备时，由设备经人体到达大地的电流或由设备经人体又回到设备的电流，它是反映设备实际工作状态的安全电参数之一，也是一个对人体安全有着直接影响的电参数。在检测工作中发现，由于国内外生产的泄漏电流测试仪性能与操作方法各不相同，要求检测方法要与之对应，而目前国内对泄漏电流测试仪的检定与校准多采用分离式检定装置，检定过程复杂且精度难以保证。在广泛收集的国内外关于泄漏电流测试仪检定校准装置的技术信息从中发现存在以下技术缺陷：

1，测量范围窄。目前很多医用泄漏电流测试仪测试电流下限为微安级，现有检测装置难以计量。

2，测试数据不准确。国内各计量检测部门对泄漏电流测试仪的检定与校准多采用分离式检定装置，就是将负载电阻、隔离变压器、调压装置、标准电流表和标准电压表等各独立元件与被测泄漏电流测试仪连接成泄漏电流测试回路，调节负载电阻两端电压至规定的电压值，在标准电压表上读出相应的电压值，在标准电流表上读出负载电阻产生的电流值。标准电流表或电压表无最大值数据保持功能，无法准确记录泄漏电流测试仪设置的电流报警值。

3，操作复杂，安全性差。测试前须将各独立元件分别用导线连接，工作量较大；检测过程中导线和导线接头上电压很高，有触电隐患。

发明内容

本发明为了解决目前泄漏电流测试仪检定校准装置存在的由于检定与校准采用分离式结构，检定过程复杂且精度难以保证，测量范围窄满足不了医用测试仪泄漏电流测量范围的需求等技术问题，提供了一种泄漏电流测试仪检定装置，该装置主要由检定装置主体、操作面板和集成电路三部分组成，所述集成电路部分主要由量程转换单元A₁、AC/DC单元A₂、A/D单元A₃、显示单元A₄、正常/保持单元A₅、极性判断单元A₆和电源供给单元A₇组成；被测仪的输出端与本装置的输入端相连；所述量程转换单元A₁采用大功率电阻和不同的标准电阻的合理搭配，实现了一体化结构设计模式，利用可调节电阻，使得10μA到400mA十一个量程之间得到全面覆盖，实现定电压、调电阻工作方式，利用被测仪器的输出电压调节，结合本检定装置可实现定电阻，调电压工作方式；所述AC/DC单元A₂为真值-有效值转换电路，采用交直流转换芯片来进行整流滤波；所述正常/保持单元在被测泄漏电流测试仪发出报警信号瞬间，锁存瞬时泄漏电流最大值，并将此最大值送A/D单元A₃，同时将它的输入与量程转换单元A₁断开；

该检定装置的电路设计为被测仪器的输出端与该装置的输入端相连，由整流桥及稳压集成块元件组成的电源供给单元A₇，提供±5V电源和±15V电源为线路板各单元提供工作电压；极性判别单元A₆在检定前，对被测仪器的输出端与本装置的输入端做极性判断，首先将功能选择开关置于“OK”档，极性正确时，U_L经极性指示灯、功能选择开关和限流电阻接地，极性指示灯点亮；取泄漏电流在量程转换单元A₁中取样电阻的压降作为输出，经交-直流转换开关进入到下一级，若从量程转换单元A₁输出的泄漏电流为直流，直接经正常/保持单元A₅进入到A/D单元A₃，让显示单元A₄显示数值；若从量程转换单元A₁输出的泄漏电流为交流，经AC/DC单元按1∶1转换成直流，送往下级，显示单元则显示出了交流电流值；量程转换单元A₁控制显示单元A₄显示值单位的LED指示灯。

本发明的特点及有益效果：该检定装置的设计思路是采用集成电路设计，LED五位数字显示，应用最新的A/D转换芯片，其转换速度和准确度得到大幅度提高；AC/DC采用真有效值转换芯片，保证了交流信号的准确度和线性度，具有测试精度高，测量范围宽，功能齐全，保护功能完善，操作方便等优点，尤其是该装置采用两种方法检测泄漏电流，即定电压调节模拟负载或定负载调节电压两种检测方式，配合独特的数据保持功能，解决了在线检测和计算机控制的生产线检测的技术难题，扩展了仪器的应用范围。

具体表现为：

1，扩展测量范围。泄漏电流测试范围达到直流电流1μA～400mA，交流电流1μA～300mA，可满足现有泄漏电流测试仪(含医用泄漏电流测试仪)的检测。

2，保证测试数据准确。本仪器采用集成电路设计，应用高速A/D转换芯片，其转换速度和准确度得到大幅度提高；AC/DC采用真有效值转换芯片，保证了交流信号的准确度和线性度，具有泄漏电流数据最大值保持功能及智能极性判断功能，保护功能完善，数据真实可靠。

3，操作安全方便。一体化设计使外部连线简洁安全；两种方法检测泄漏电流，即可定电压调节模拟负载或可定负载调节电压两种检测方式，配合独特的数据保持功能，解决了在线检测和计算机控制的生产线检测的技术难题，扩展了仪器的应用范围。

4、保护功能使操作更安全便捷。测试信号超量程时，仪器显示闪烁报警；测试信号交、直流选择错误时，仪器蜂鸣报警。功能选择开关置OK位置，电源的L-N极性判断正确，极性指示灯亮时可进行正常检测。电压电流参数的检测，可以随意更换。这些保护功能充分体现了以人为本的创新理念。有了这些保护功能，使得检测人员的工作变得非常轻松，大大提高了工作效率.同时也避免了很多由误操作所引起的安全事故。

本发明不仅适用于各级计量检测机构做泄漏电流测试仪的检定，同时也适用于生产企业的在线检测和计算机控制的生产线检测。经辽宁省计量科学研究院校准，各项技术参数及功能均符合仪器的技术指标要求，并出具校准证书。具有重要的推广应用价值，社会经济效益显著。

附图说明：

图1外部结构示意图

图2内部单元结构示意图

图3-1，图3-2，图3-3集成电路部分的工作原理示意图

图 4 量程转换单元的电路工作原理示意图

图5正常/保持单元的电路工作原理示意图

图6AC/DC单元的电路工作原理示意图

图7A/D单元的电路工作原理示意图

图8显示单元的电路工作原理示意图

具体实施方式

参看图1、图2，泄漏电流测试仪检定装置，该装置主要由检定装置主体、操作面板和集成电路三部分组成，所述集成电路部分主要由量程转换单元A₁、AC/DC单元A₂、A/D单元A₃、显示单元A₄、正常/保持单元A₅、极性判断单元A₆和电源供给单元A₇组成；被测仪器的输出端与本装置的输入端相连；量程转换单元A₁采用大功率电阻和不同的标准电阻的合理搭配，实现了一体化结构设计模式，利用可调节电阻，使得10μA到400mA 十一个量程之间得到全面覆盖，实现定电压、调电阻工作方式，利用被测仪器的输出电压调节，结合本检定装置可实现定电阻，调电压工作方式；AC/DC单元A₂为真值-有效值转换电路，采用交直流转换芯片来进行整流滤波；正常/保持单元在被测泄漏电流测试仪发出报警信号瞬间，能锁存瞬时泄漏电流最大值，并将此最大值送A/D单元A₃，同时将它的输入与量程转换单元A₁断开；

参看图3-1、图3-2、图3-3，该检定装置的电路设计为被测仪器的输出端与该装置的输入端(U_L，地)相连，电源供给单元A₇主要由整流桥及稳压集成块元件组成，15、17脚提供±5V电源，8、10脚提供±15V电源，为线路板各元件提供工作电压；极性判别单元A₆，在检定前首先将功能选择开关置于“OK”档，极性正确时，U_L经极性指示灯、功能选择开关和限流电阻接地，极性指示灯点亮，极性正确；取(交流)泄漏电流在量程单元A₁中取样电阻的压降，经交-直流转换开关K_2-1进入到AC/DC单元A₂的1、2输入端，从该单元的21、22输出；泄漏电流为直流，经交-直流转换开关K_2-1直接经正常/保持单元A₅经K_2-2进入到A/D单元A₃，让显示单元A₄显示数值；泄漏电流为交流，经AC/DC单元按1∶1转换成直流，送往下级，显示单元则显示出了交流电流值；量程单元A₁控制显示单元A₄的LED指示灯。

所述AC/DC单元A₂，最小输入信号为0.5mV，纹波系数小于±0.1％；在它的前级增加了射级输出运放，并在后级再加一级运放，使其负载能力加强。

所述正常/保持单元A₅与操作面板上的保持/正常按钮控制连接，通过显示单元A₄显示泄漏电流测试仪正常或保持报警时泄漏电流值。

所述极性判别单元A₆，通过功能开关OK与操作面板上的极性指示信号连接，智能判别L-N极性。

工作原理：

为减轻检定人员的工作强度，避免繁锁接线，且保证操作安全，在量程单元设计中，用大功率电阻和不同标准阻值的电阻合理搭配，实现了一体化设计；利用了可调节电阻，使得量程由10μA到400mA的各量程之间得到全面覆盖，实现定电压、调电阻的工作方式；同时利用被测仪器的输出电压调节，结合本仪器可实现定电阻，调电压的工作方式。从量程单元引入的AC(或DC)电流流经标准电阻取其电压降，再经过AC-OK-DC开关送AC/DC单元(DC电流不需经过AC/DC单元)。AC/DC单元为真值-有效值转换电路，采用交直流转换芯片来进行整流滤波。正常/保持单元记录泄漏电流测试仪报警时泄漏电流值，在被测泄漏电流测试仪发出报警信号瞬间，能锁存瞬时泄漏电流最大值，并同时将它的输入与量程单元断开。通过极性判别单元智能判别L-N极性，避免因极性接线错误而引发安全事故。

实施例

本发明主要由检定装置主体、操作面板和集成电路三部分组成，集成电路部分主要由量程转换单元A₁、AC/DC单元A₂、A/D单元A₃、显示单元A₄、正常/保持单元A₅、极性判断单元A₆和电源供给单元A₇组成；操作面板上设有电源开关1、显示屏2、量程选择开关3、功能选择开关4、被测输入插口5、电流输入及校准信号输入端口6、极性指示信号7、电流调节旋钮8和保持/正常按钮9，可以采用两种工作方式进行检测：

a)为减轻检定人员的工作强度，避免繁锁接线，且保证操作安全，在量程单元(A₁)设计中，用大功率电阻和不同标准阻值的电阻合理搭配，实现了一体化设计，量程由10μA到400mA，巧妙地利用了可调节电阻，使得各量程之间得到全面覆盖，实现定电压、调电阻的工作方式。

b)利用被测仪器的输出电压调节，结合本仪器可实现定电阻，调电压的工作方式。

AC/DC单元A₂为真值-有效值转换电路，采用美国AD公司生产的交直流转换芯片AD637来进行整流滤波。该芯片具有高集成度、高准确度等特点，有效地克服微小信号带来的误差，其最小输入信号为0.5mV，纹波系数小于 ±0.1％，可满足高精度交直流转换要求。为了进一步提高输入阻抗，在它的前级增加了射级输出运放，并在后级再加一级运放，使其负载能力加强。

正常/保持单元A₅可实现显示泄漏电流测试仪报警时泄漏电流值。在正常测试泄漏电流时，利用A/D转换器ICL7135将电流值保存并送入A/D单元显示。在保持状态，被测泄漏电流测试仪发出报警信号瞬间，它锁存瞬时泄漏电流最大值，并将此最大值送A/D单元，通过显示单元显示。并同时将它的输入与量程单元断开。

极性判别单元A₆，泄漏电流测试的输出端对极性要求特别严格，为避免因极性接线错误引发安全事故，特别设计了极性判断单元A₆，在检定前首先将功能选择开关置于“OK”档，极性正确时，U_L经极性指示灯、功能选择开关和限流电阻接地，极性指示灯点亮。

该装置还可以用作标准交直流电流表。

参看图3-1，被测仪器的输出端与该装置的输入端(U_L，地)相连，取(交流)泄漏电流在量程单元A1中取样电阻的压降，经交-直流转换开关K_2-1进入到AC/DC单元A₂的1、2输入端，从该单元的21、22输出。从原理框图中可以看出，若泄漏电流为直流，它不经过AC/DC单元A₂，而是经K_2-2直接经正常/保持单元A₅进入到A/D单元A3，让显示单元A₄显示数值。若泄漏电流为交流，经AC/DC单元按1∶1转换成直流，送往下级，显示单元则显示出了交流电流值。量程单元A1控制显示单元A4显示值单位的LED指示灯。

参看图3-3，电源供给单元A7由整流桥及稳压集成块等元件组成，1 5、17脚提供±5V电源，8、1 0脚提供±1 5V电源，为线路板各元件提供工作电压。

参看图3-2，极性判别单元A₆，泄漏电流测试的输出端对极性要求特别严格，为避免因极性接线错误引发安全事故，特别设计了极性判断单元A₆，在检定前首先将功能选择开关置于“OK”档，极性正确时，U_L经极性指示灯、功能选择开关和限流电阻接地，极性指示灯点亮。

参看图4，量程单元A1(10μA～400mA共计11个量程)为适应检定被测仪器不同的信号量程而设计，输入信号U_L经量程开关K_1-1与该量程的降压电阻(分别为90W500Ω、50W1kΩ、30W2kΩ、10W5kΩ、5W10kΩ、2W50kΩ、2W500kΩ、1W1MΩ、1W2MΩ、1W10MΩ、1W20MΩ)、细调电阻(分别为470Ω、4.7kΩ、470kΩ、4.7MΩ)、标准电阻(分别为R₁、R₂、R₃、R₄)至参考地，标准电阻产生的压降作为A/D单元A₃的模拟量输入信号。

参看图5，正常/保持单元A₅的1、2脚接～220V电源，8、4脚为整流后的+12V电压端，此电压作为继电器的工作电压。3端为被测泄漏电流测试仪报警并切断输出电压时通知A/D转换器ICL7135的中断信号。6、7端为ICL7135信号输出端，它的作用是保持电流数据，断开A/D单元与取样电阻之间的通路。5端为ICL7135的时基信号。面板上有一只正常/保持按键开关9。按下此开关(正常位置)被测电流直接进入到下一级，A/D转换器不起作用。开关抬起时，A/D转换器进入工作状态，发挥保持作用。

参看图6，AC/DC单元A₂，采用真值-有效值转换电路，采用美国AD公司生产的交直流转换芯片AD637来进行整流滤波。1、2为AC/DC单元A₂的输入端，21、22为AC/DC单元A₂的输出端；该芯片具有高集成度、高准确度等特点，有效地克服微小信号带来的误差，其最小输入信号为0.5mV，纹波系数小于±0.1％，可满足高精度交直流转换要求。为了进一步提高输入阻抗，在交直流转换芯片AD637前级增加了射级输出运放，并在其后级再加一级运放，使其负载能力加强。

参看图7，A/D单元A₃由四位半双积分A/D转换器ICL7135和门电路组成，它的作用是将模拟量转成数字量，经锁存器、存贮器、译码器送往显示单元A4。ICL7135是美国Intersil公司的产品，具有四位半精度(相当于14位二进制数)，自动校零，自动极性输出，单基准电压，动态字位扫描BCD码输出，自动量程控制信号输出等功能，是目前市场上广泛流行的单片集成四位半双积分A/D转换器。19和20脚为+5V和-5V电源；21和22为模拟量输入端。3、4、5、6脚为段选BCD码的D、C、B、A；13、14、15、16、17为位选D₅、D₄、D₃、D₂、D₁与显示单元A₄相连。显示单元A₄的位选6、7、8、9、10脚与A/D单元A₃的13、14、15、16、17相连。显示单元A₄的BCD码段选5、1、2、3、4与A/D单元A₃的10、3、4、5、6相连。

参看图8，显示单元A₄主要由译码驱动器7 4LS24 7、5位LED及20个二极管组成的译码器元件构成，二极管译码器为变换字符显示小数点；五个三极管为位选信号的选通驱动开关，开通五位LED的显示；74LS247为七段译码驱动器，将A/D单元输送来的BCD码译为七段LED信号，并推动相应笔划显示。

使用方法：

将被测仪器的输出端与检定装置的输入插口5相连。开启电源开关1。

被检仪器输出调至220V。

检定装置细调电流调节旋钮8反时针旋转到底。

量程选择开关3放到10μA档。

功能选择开关4放置在OK(极性判断)。

按被检仪器的启动按钮，输出220V，极性判断指示灯7(OK)亮，说明极性正确可进行下一步操作。

根据被检仪器的输出电压类型(AC或DC)设置功能选择开关4。

选择开关3根据被检仪器的电流量程不同可在10μA～400mA选择，若被检仪器输出电压为220V，可用该设备的细调电流调节旋钮8来调节泄漏电流值。也可以调节被检仪器的输出电压大小达到设定的泄漏电流值。

检定报警电流值时，将面板上的保持/正常按钮9抬起。当被检仪的泄漏电流达到设置值时，输出被切断，这时操作面板上的显示屏2所显示的值就是报警电流值。

该装置用作标准交流，直流电流表时，被测信号从面板上的in put电流输入端加入，若要对该检定装置的电流信号进行校准时，标准电流信号也从in put电流输入端加入。被测电流的大小可与量程选择开关3配合使用。

Claims

1.泄漏电流测试仪检定装置，该装置主要由检定装置主体、操作面板和集成电路三部分组成，所述电路部分包括AC/DC单元A₂、A/D单元A₃及显示单元A₄；所述AC/DC单元A₂为真值-有效值转换电路，采用交直流转换芯片来进行整流滤波；其特征在于：所述电路部分还包括量程转换单元A₁、正常/保持单元A₅、极性判断单元A₆和电源供给单元A₇；所述量程转换单元A₁采用大功率电阻和不同的标准电阻的合理搭配，实现了一体化结构设计模式，利用可调节电阻，使得10μA到400mA十一个量程之间得到全面覆盖，实现了定电压、调电阻工作方式，利用被测仪器的输出电压调节，结合本检定装置可实现定电阻，调电压工作方式；所述正常/保持单元在被测泄漏电流测试仪发出报警信号瞬间，锁存瞬时泄漏电流最大值，并将此最大值送A/D单元A₃，同时将它的输入与量程转换单元A₁断开；

该检定装置的电路设计为被测仪器的输出端与该装置的输入端相连，由整流桥及稳压集成块元件组成的电源供给单元A₇，提供±5V电源和±15V电源为线路板各单元提供工作电压；极性判断单元A₆在检定前，对被测仪器的输出端做极性判断，首先将功能选择开关置于“OK”档，极性正确时，输入信号U_L经极性指示灯、功能选择开关和限流电阻接地，极性指示灯点亮；取泄漏电流在量程转换单元A₁中取样电阻的压降，经交-直流转换开关进入到下一级，若从量程转换单元A₁输出的泄漏电流为直流，直接经正常/保持单元A₅进入到A/D单元A₃，让显示单元A₄显示数值；若从量程转换单元A₁输出的泄漏电流为交流，经AC/DC单元按1:1转换成直流，送往下级，显示单元则显示出了交流电流值；量程转换单元A₁控制显示单元A₄显示值单位的LED指示灯。

2.根据权利要求1所述的泄漏电流测试仪检定装置，其特征在于：所述AC/DC单元A₂，采用交直流转换芯片，为提高输入阻抗在它的前级增加了射级输出运放，并在后级再加一级运放加强负载能力。

3.根据权利要求1所述的泄漏电流测试仪检定装置，其特征在于：所述正常/保持单元A₅与操作面板上的保持/正常按钮（9）连接，通过显示单元A₄显示泄漏电流测试仪正常或保持报警时泄漏电流值。

4.根据权利要求1所述的泄漏电流测试仪检定装置，其特征在于：所述极性判断单元A₆，通过功能开关OK与操作面板上的极性指示信号（7）连接，智能判别L-N极性。