CN103293386B - 一种绝缘电阻的测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种绝缘电阻的测试装置及方法，包括标准电阻，第一运算放大器、第二运算放大器，第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻；第一运算放大器的反相输入端通过标准电阻连接至基准电压，第一运算放大器的正相输入端接地；第一运算放大器的输出端通过第三电阻连接至第二运算放大器的反相输入端；第二运算放大器的正相输入端接地，第一电阻连接在第一运算放大器的输出端与反相输入端之间；第四电阻连接在第二运算放大器的输出端与反相输入端之间；第二电阻连接在第二运算放大器的反相输入端与基准电压之间；测试时，将待测电阻并联接入标准电阻的两端，通过测量第二运算放大器的输出电压得到待测电阻的阻值。本发明测试精度可以达到0.1％。
Description
技术领域
本发明属于电子设备绝缘电阻测试应用领域，更具体地，涉及一种10MΩ～100MΩ绝缘电阻的测试装置。
背景技术
在电气设备使用过程中很多时候都需要进行绝缘电阻测试，绝缘电阻阻值一般在10MΩ到100MΩ绝缘电阻之间，使用传统的电阻分压法测量，随着电阻变大，电流变小，纹波的影响较大，测量误差较大。一般情况下使用绝缘阻值测试设备，都是高压测试测试时有一定风险性；也有低压测试设备，但造价较高，也可以使用三用表进行测试，但普通三用表只能测试到20MΩ以下，测量范围不够。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种绝缘电阻的测试装置，旨在解决现有技术采用电阻分压法测量，随着电阻变大、电流变小导致纹波的影响较大，测量误差较大的问题。
本发明提供了一种绝缘电阻的测试装置，包括标准电阻，第一运算放大器、第二运算放大器，第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻；所述第一运算放大器的反相输入端通过所述标准电阻连接至基准电压，所述第一运算放大器的正相输入端接地；所述第一运算放大器的输出端通过第三电阻连接至所述第二运算放大器的反相输入端；所述第二运算放大器的正相输入端接地，所述第二运算放大器的输出端用于连接AD芯片；所述第一电阻连接在所述第一运算放大器的输出端与反相输入端之间；所述第四电阻连接在所述第二运算放大器的输出端与反相输入端之间；所述第二电阻连接在所述第二运算放大器的反相输入端与所述基准电压之间；测试时，将待测电阻并联接入所述标准电阻的两端，通过测量所述第二运算放大器的输出电压得到所述待测电阻的阻值；所述第二电阻的阻值与第三电阻的阻值相等。
更进一步地，所述待测电阻与所述第二运算放大器的输出电压VO2之间的关系式为：Rx＝Vref×R0×R5/(VO2×R4)，Rx为待测电阻的阻值，Vref为基准电压，R0为标准电阻的阻值，R5为第四电阻的阻值，R4为第三电阻的阻值。
更进一步地，所述基准电压由电压基准源产生。
本发明还提供了一种基于上述的测试装置的测试方法，包括下述步骤：
将待测电阻并联接入至标准电阻的两端；
测量第二运算放大器的输出电压；
根据所述输出电压获得所述待测电阻的阻值。
更进一步地，当第一电阻的阻值等于标准电阻的阻值时，根据计算公式Rx＝Vref×R0×R5/(VO2×R4)和测量的输出电压VO2获得待测电阻的阻值Rx；Vref为基准电压，R0为标准电阻的阻值，R5为第四电阻的阻值，R4为第三电阻的阻值。
本发明通过两级运算放大器，把待测电阻阻值转换成电压值，通过第二级运算放大器的输出电压与待测电阻之间的关系式可直接得出待测电阻的阻值；测试精度高、测量范围大、造价较低，同时可以方便移植到其它电路中使用；经过实际测试电阻测试精度可以达到0.1％。
附图说明
图1是本发明实施例提供的绝缘电阻的测试装置的原理结构图；
图2是本发明实施例提供的绝缘电阻的测试装置的具体电路图；
图3是本发明实施例提供的绝缘电阻的测试装置的电压基准源的具体电路图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供的绝缘电阻的测试装置可以实现10MΩ到100MΩ之间电阻的测量；解决了大低值电阻测试精度及可靠性要求较高的问题。
在大电阻阻值测试系统，如图1所示，绝缘电阻的测试装置包括：标准电阻R0，第一运算放大器N1、第二运算放大器N2，第一电阻R1、第二电阻R3、第三电阻R4和第四电阻R5；第一运算放大器N1的反相输入端通过标准电阻R0连接至基准电压Vref，第一运算放大器N1的正相输入端接地；第一运算放大器N1的输出端通过第三电阻R4连接至第二运算放大器N2的反相输入端；第二运算放大器N2的正相输入端接地，第二运算放大器N2的输出端用于连接AD芯片；第一电阻R1连接在第一运算放大器N1的输出端与反相输入端之间；第四电阻R5连接在第二运算放大器N2的输出端与反相输入端之间；第二电阻R3连接在第二运算放大器N2的反相输入端与基准电压Vref之间；测试时，将待测电阻Rx并联接入标准电阻R0的两端，通过测量第二运算放大器N2的输出电压VO2得到待测电阻Rx的阻值。
本发明通过两级运算放大器，把待测电阻阻值转换成电压值，通过本发明给出的计算公式，可直接得出待测电阻的阻值；以把该电路电压输出端连接到采集范围在±5V及以上的A/D数据采集电路中。
Rx为待测电阻，R0为已知阻值的标准电阻，为了便于说明，本发明实施例中，R0的阻值取200kΩ，该电阻两端A端和B端，各引出一根测试端子，用于测试Rx。Rx与R0为并联接入，基准电压Vref为+2.5V电压基准源，通过A端连接到Rx与R0上，Rx与R0另一端B连接到运算放大器N1输入端，并联后阻值为Ry，Ry＝Rx×R0/(Rx+R0)；第一级运算放大器N1输出的电压VO1，VO1＝-Vref(R1/Ry),根据放大关系，取R1＝R0，VO1＝-Vref(1+R0/Rx)；电流为I1＝(VO1+Vref)/R4,得出I1＝-Vref×R0/(Rx×R4)；第二级运算放大器N2输出的电压VO2，VO2＝-I1×R5。电阻计算公式：Rx＝Vref×R0×R5/(VO2×R4)。
当R0的阻值取200kΩ，基准电压Vref取+2.5V，第二电阻R3和第三电阻R4的阻值均为10kΩ，第四电阻R5的阻值为400kΩ时，上述公式可以简化为：Rx＝20/VO2(MΩ)；即当VO2为2V电压时，Rx为10MΩ，即当VO2为0.2V电压时，Rx为100MΩ。经过实际测试电阻测试精度可以达到0.1％。
为了更进一步的说明本发明实施例提供的10MΩ到100MΩ绝缘电阻的测试装置，现结合图2和图3详述如下：
N1和N2均以型号为OP07A的运放为例，N3以型号为AD584TH的电压基准源为例，其中N1包括8个引脚，第2引脚作为N1的反相输入端，第3引脚作为N1的正相输入端，通过电阻R2接地；第4引脚接-5V电压，第1、5、8引脚悬空不接，第6引脚作为N1的输出端，第7引脚接+5V电压；N2包括8个引脚，第2引脚作为N2的反相输入端，第3引脚作为N2的正相输入端，通过电阻R6接地；第4引脚接-5V电压，第1、5、8引脚悬空不接，第6引脚作为N2的输出端，连接AD芯片；第7引脚接+5V电压。运算放大器N1为OP07A，OP07A是一种低噪声非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路，具有非常低的输入失调电压最大25μA，输入偏置电流低为±2nA，开环增益高达到300V/mV。支持输入电压最大为±3V～±22V，共模电阻阻抗为120GΩ。
电压基准源N3用于产生基准电压Vref；N3包括8个引脚，第8引脚连接+15V电压，第7引脚通过电容C1与第6引脚连接，第2、5引脚悬空不接，第4引脚接地，第1、3引脚连接后用于输出2.5V的基准电压Vref。当N3为电压基准源AD584TH时，可以产生2.5V的基准电压；供电电源为+15V，通过把管脚1和管脚3并联可以得到+2.5V电压基准，温度漂移15ppm/℃，最大输出电流为10mA。
Rx为待测电阻。R0为200kΩ的标准测试电阻，该电阻两端A端和B端，各引出一根测试端子，用于测试Rx。Rx与R0为并联接入，Vref为+2.5V电压基准源，通过端连接到Rx与R0上，Rx与R0另一端连接到运算放大器N1输入端。OP07A的放大倍数为:R1×(Rx+R0)/(Rx×R0)，通过第一运算放大器N1为电压VO1，因为电阻R3＝R4＝10kΩ，电阻R5＝400kΩ。第二级运算放大器放大倍数为40倍。经过计算得出电阻计算公式：Rx＝20/VO2(MΩ)；即当VO2为2V电压时，Rx为10MΩ，即当VO2为0.2V电压时，Rx为100MΩ。当电阻大于100MΩ测的电压过小，电阻不精确，电阻小于10MΩ时，第一级放大器溢出，最终测试值将会满偏到+5V。因为使用该发明，最终输出的电压值不会超过±5V，因此可把该电路接到电压测试范围在±5V芯片上。
本发明还提供了上述测试装置的测试方法，包括下述步骤：
将待测电阻Rx并联接入至标准电阻R0的两端；
测量第二运算放大器N2的输出电压VO2；
根据所述输出电压VO2和Rx＝R0/VO2(MΩ)获得所述待测电阻Rx的阻值。
其中，标准电阻R0的阻值为200KΩ；基准电压Vref为+2.5V。
本发明中，在待测电阻并联一只200kΩ电阻，加+2.5V基准电压，通过两只运算放大器串联使用，将待测电阻阻值转化成电压信号，通过计算公式可得出电阻阻值。实现了10MΩ到100MΩ绝缘电阻测试装置，测试精度可以达到0.1％。使用+2.5V低压测试方法，测试精度高、测量范围大、造价较低，同时可以方便移植到其它电路中使用；可以应用任何A/D数据采集功能的电路中，通过电压采集计算出电阻的阻值，使用方便，应用范围广，可靠性高。具有一定的实用价值。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种绝缘电阻的测试装置，其特征在于，包括：标准电阻，第一运算放大器、第二运算放大器，第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻；
所述第一运算放大器的反相输入端通过所述标准电阻连接至基准电压，所述第一运算放大器的正相输入端接地；所述第一运算放大器的输出端通过第三电阻连接至所述第二运算放大器的反相输入端；
所述第二运算放大器的正相输入端接地，所述第二运算放大器的输出端用于连接AD芯片；
所述第一电阻连接在所述第一运算放大器的输出端与反相输入端之间；所述第四电阻连接在所述第二运算放大器的输出端与反相输入端之间；所述第二电阻连接在所述第二运算放大器的反相输入端与所述基准电压之间；
测试时，将待测电阻并联接入所述标准电阻的两端，通过测量所述第二运算放大器的输出电压得到所述待测电阻的阻值；所述第二电阻的阻值与所述第三电阻的阻值相等；
通过两级运算放大器将待测电阻阻值转换成电压值，并通过第二级运算放大器的输出电压与待测电阻之间的关系式可直接得出待测电阻的阻值；测试精度高、测量范围大、造价较低，使用方便。
2.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述待测电阻与所述第二运算放大器的输出电压VO2之间的关系式为：Rx＝Vref×R0×R5/(VO2×R4)，Rx为待测电阻的阻值，Vref为基准电压，R0为标准电阻的阻值，R5为第四电阻的阻值，R4为第三电阻的阻值。
3.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述基准电压由电压基准源产生。
4.一种基于权利要求1-3任一项所述的测试装置的测试方法，其特征在于，包括下述步骤：
将待测电阻并联接入至标准电阻的两端；
测量第二运算放大器的输出电压；
根据所述输出电压获得所述待测电阻的阻值。
5.如权利要求4所述的测试方法，其特征在于，当第一电阻的阻值等于标准电阻的阻值时，根据计算公式Rx＝Vref×R0×R5/(VO2×R4)和测量的输出电压VO2获得待测电阻的阻值Rx；Vref为基准电压，R0为标准电阻的阻值，R5为第四电阻的阻值，R4为第三电阻的阻值。
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