CN106226601A - 一种弱电流自动化绝缘电阻的检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种弱电流自动化绝缘电阻的检测装置，该装置由计算机模块、CPLD译码模块、继电器驱动模块、继电器阵列、电压比较模块、数据采集模块和高压发生模块组成。可以在弱测试电流下保证高的测试精度，同时自动切换测试点，可对多达上百个孤立点进行绝缘电阻测试，并对判断测试结果是否合格，存储并显示结果。本发明提供的检测装置可以广泛应用于电缆、单机、系统中孤立点的绝缘电阻测试。

Description

一种弱电流自动化绝缘电阻的检测装置

技术领域

本发明属于自动控制技术领域，更具体地，涉及一种弱电流自动化绝缘电阻的检测装置。

背景技术

绝缘电阻是对电气设备的安全性的一个衡量指标，它使用来考察电气设备绝缘性能。常用的绝缘电阻测量仪有两种，一种是500V手摇式传统兆欧表，另一种是经过对电池进行DC-DC转换成100V的兆欧表。在测试前，需要将被测设备电源切断，同时将待测设备里的待测电气部件拆出或者与设备切断，防止在测试过程由于测试电流过大而破坏待测设备中其他部分，再利用兆欧表依次接通各个孤立点。

现有技术中，由于测试电流大而必须将待测设备中待测电气部件拆出或与设备切断，导致测试过程复杂，而测试电流对测试精度有影响，如果控制测试电流过小，会影响测试精度。另外，由于测试通道较少，复杂的被测设备中待测电气部件数量较多，需要逐次接通各测试点，导致测试时间长，这些缺陷导致现有的绝缘电阻测试系统不能适应快速、高精度的测试要求。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种弱电流自动化绝缘电阻的检测装置，旨在解决现有技术的绝缘电阻测试系统因为测试电流大而控制测电流过小会影响到测试精度以及测试通道少而导致测试过程复杂、自动化程度低的问题。

本发明的技术方案由计算机模块、CPLD译码模块、继电器驱动模块、继电器阵列、电压比较模块、数据采集模块和高压发生模块组成。

计算机模块用于发送指令信号，同时用于将接收数据采集模块信号，并将信号进行计算处理，自动判断所测绝缘电阻值是否合格，显示并存储所测绝缘电阻值。

CPLD译码模块，与计算机模块相连，用于接收计算机模块的指令信号，将计算机模块的指令信号译码为控制电流信号，并放大控制电流信号。

继电器驱动模块，用于进一步放大控制电流信号。继电器驱动电路输入端与CPLD译码模块输出端连接，接收CPLD译码模块的控制电流信号，继电器驱动模块输出端与继电器阵列输入端相连。

继电器阵列，根据控制电流信号实现继电器触点通断。继电器阵列输入端与继电器驱动模块输出端相连，继电器阵列输出端与待测孤立点相连。

电压比较模块，与继电器阵列和待测孤立点构成测量回路。包括测试支路和辅助支路，测试支路包括第一电阻和第二电阻，辅助支路包括第三电阻和第四电阻，辅助支路与测试支路相互并联；电压比较模块一端与继电器阵列第一公共端相连，电压比较模块另一端与继电器阵列第二公共端相连，数据采集模块第一输入端与继电器阵列的第一公共端相连，数据采集模块第二输入端连接于第三电阻和第四电阻之间。

数据采集模块，与计算机模块相连，采集电压比较模块的电压信号，并将电压信号传送给计算机模块，为计算机模块计算绝缘电阻提供参数。

高压发生模块用于向计算机模块、CPLD译码模块、继电器阵列以及电压比较模块提供电压。

进一步地，CPLD译码模块包含多个输出端，继电器驱动模块包含多个输入端与多个输出端，继电器阵列包含多个输入端和多个输出端，CPLD译码模块多个输出端与所述继电器驱动模块多个输入端一一对应相连，继电器驱动模块多个输出端与所述继电器阵列多个输入端一一对应相连，继电器阵列多个输出端与待测孤立点相连，通过增加与待测孤立点的连接通道，可以实现自动化切换待测对象。

进一步地，在CPLD译码模块与继电器驱动模块之间加入隔离模块和驱动放大模块，隔离模块输入端与CPLD译码模块输出端相连，隔离模块用于防止继电器驱动电路干扰弱电区域控制信号，驱动放大模块输入端与隔离模块输出端相连，驱动放大模块输出端与继电器驱动模块相连，驱动放大模块用于放大多路控制电流信号，提高驱动能力，保证继电器有效工作。

进一步地，优选继电器阵列中触点的绝缘电阻在常温常湿下大于500MΩ，防止触电的绝缘电阻影响被测孤立点的绝缘电阻值。

进一步地，电压比较模块中，还包括第一二极管、第二二极管、第一电容与第二电容，第一二极管与第三电阻相互并联，第二二极管、第一电容、第二电容与第一电阻相互并联，用于过压保护和过滤干扰信号。

进一步地，第三电阻的阻值与第四电阻的阻值要求使第三电阻的电压小于5V，保证数据采集模块的输入不超过其量程。

进一步地，第一电阻的阻值与第二电阻的阻值要求使测试支路电流小于10mA，保证测试过程的弱电流。

进一步地，第一电阻、第二电阻、第三电阻与第四电阻选用高精度电阻，保证测试精度。

计算机模块发出指令信号，指令信号通过CPLD译码模块译码并放大为多路控制电流信号，多路控制电流信号经过继电器驱动模块进一步功率放大后，控制继电器阵列中多个线包是否通电，进一步控制继电器阵列中多对触点是否通断，继电器阵列中触点的通断可以控制被测孤立点是否接入测量回路；高压发生模块产生高压，将高压加于第三电阻与第四电阻之间，数据采集模块通过采集第三电阻的电压和采集第四电阻的电压，将采集电压输出至计算机模块，经过计算机模块计算处理后，判断绝缘电阻是否合格，并显示与存储被测绝缘电阻值。

通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果。

1、通过设置的第一电阻与第二电阻的阻值，可以限制测试支路中的测试电流，测试电流降低后会导致测试支路中第三电阻电压同时降低，通过将电压比较模块中辅助支路中第一电阻的电压作为数据采集模块的输入电压，抬高了数据采集模块的输入电压，实现弱电流下高精度的测量。

2、通过计算机模块输出指令信号，经过CPLD译码模块将指令信号译码并放大为多路控制电流信号，多路控制电流信号经过继电器驱动模块放大后控制继电器中多个线包是否通电，从而控制继电器矩阵多对触点的通断，通过控制触点的通断而控制被测孤立点是否接入测试回路，大大增加了检测装置的测试通道，能够实现自动切换被测对象，计算机模块能够实现处理数据采集模块的信号，判断被测绝缘电阻值是否合格，显示并存储被测结果。

3、本发明提供的弱电流自动化绝缘电阻的检测装置中，通过设置第一电阻与第二电阻阻值限制测试电流，可以实现测试过程中不用将被测电气部件从被测设备中拆除或者切断，同时在保证弱的测试电流下能够实现高精度的测试，另外，可实现自动对任意被测孤立点进行测试。本发明提供的检测装置可以广泛应用于电缆、单机、系统中孤立点的绝缘电阻测试。

附图说明

图1为本发明装置原理示意图；

图2为本发明装置继电器驱动电路图；

图3为本发明装置的实施例提供的电压比较模块；

图4为本发明装置的另一实施例提供的电压比较模块。

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。

如图1所示，计算机模块通过ISA总线与CPLD译码模块相连，计算机模块发出指令信号，通过CPLD译码模块译码并放大为多路控制电流信号，CPLD译码模块多个输出端口与继电器驱动模块的多个输入模块一一相连，继电器驱动模块将每一路控制电流信号进一步放大。

继电器驱动模块的多个输出与继电器阵列多个输入相连，待测孤立点与继电器阵列多个输出相连，电压比较模块与继电器阵列公共端相连，待测孤立点、继电器阵列与电压比较模块构成测量回路，控制电流信号控制继电器阵列中线包是否通电，来控制继电器阵列的触点是否闭合，从而控制待测孤立点是否接入测量回路，可以实现自动切换被测孤立点，提高测试效率。

电压比较模块，与继电器阵列和被测孤立点构成测量回路。包括测试支路与辅助支路，测试支路包括第一电阻和第二电阻，第一电阻与第二电阻用于限制测试支路中的电流，保证在测试过程中流过被测设备的电流较小，实现在测试过程中不用将被测电气部分从被测设备中拆除或者断开；辅助支路包括第三电阻与第四电阻，辅助支路与测试支路相互并联；电压比较模块一端与继电器阵列第一公共端相连，电压比较模块另一端与继电器阵列第二公共端相连，数据采集模块第一输入端与继电器阵列的第一公共端相连，数据采集模块第二输入端连于第三电阻与第四电阻之间。限制测试支路中的测试电路后，数据采集模块采集的第一电阻的电压相应变小，会影响到测试精度，将第三电阻的电压同时作为数据采集模块的输入，抬高了数据采集模块的输入电压，实现在弱测试电流下能够保证测试精度。

电压比较模块与数据采集模块相连，数据采集模块采集电压比较模块传送的信号，数据采集模块向计算机模块传送采集信号，计算机模块根据采集信号计算出被测绝缘电阻值，并判断被测绝缘电阻值是否符合，并存储结果。

通过计算机发送指令，指令信号经过译码后放大为多路控制电流信号，多路控制电流信号控制继电器阵列中的线包是否通电，控制继电器阵列的触点通断，触点通断决定被测孤立点是否接入测试回路，实现连续自动切换被测孤立点的接入测试回路状态，通过数据采集模块采集电压比较模块的输出电压，并将采集到的输出电压传递给计算机模块，计算机模块计算处理并存储数据，实现自动判断并存储测试值。

如图2所示，在所述CPLD译码模块与继电器驱动模块之间加入隔离模块和驱动放大模块，隔离模块输入端与CPLD译码模块输出端相连，隔离模块用于防止继电器供电电路干扰弱电区域控制信号，驱动放大模块输入端与隔离模块输出端相连，驱动放大模块输出端与继电器驱动模块相连，驱动放大模块用于放大控制电流，提高驱动能力，保证继电器有效工作。

计算机模块是核心控制模块，采用PC104模块，为本发明提供CF卡接口(配备CF卡)、显示接口、键盘鼠标接口、USB接口、网口等，CF卡是操作系统和测试软件的载体。

CPLD译码模块选择型号为EPM1270T144I5(N)的可编程逻辑器件。继电器驱动模块采达林顿晶体管阵。

继电器阵列采用超小型电磁继电器，为了减少触点绝缘电阻对待测绝缘电阻结果的影响，触点绝缘电阻应大于500MΩ，本实施例中选择触点绝缘电阻在常温常湿可达10000MΩ的继电器阵列，继电器负责将被测点按规定的测试顺序切入测试通道进行测试。

如图3为本发明实施例提供的电压比较模块，直流100V由高压发生装置提供，VREF为已知的参考电压，VIN为待采样的电压。RX为待测绝缘电阻，RN和RA为分压电阻，用于产生参考电压VREF，RN阻值与RA阻值要求保证参考电压VREF值小于5V；RB和RC为限流电阻，主要用于保证当绝缘电阻较小时，限制检测电流，RB阻值与RC的阻值要求保证该支路电流小于10mA。

选取：电阻RN阻值47k，电阻RA阻值1k，可知VREF＝2.083V。电阻RB阻值620k，电阻RC阻值6.8MΩ。VIN最大为8.356V，未超过数据采集模块中放大电路的量程0～+10V，有效保护数据采集模块。

由图2可得：

$\frac{VREF}{RA}\×(RN+RA)=\frac{VIN}{RB}\×(RC+RX+RB);$

可知：

$RX=\frac{VREF}{VIN}\×\frac{RB}{RA}\×(RN+RA)-RB-RC;$

本发明通过设置电压比较模块中测试电路中电阻RC阻值为6.8MΩ，可保证测试时其电流最大为1.47mA，在测试过程中对被测对象损害较小。

图4为本发明实施例提供的另一种电压比较模块，在电阻RA两端并联二极管V1，用于对电阻RA过压保护，在电阻RB两端并联二极管V2，用于对RB过压保护，在电阻RB两端并联电容C1，用于过滤高频干扰，在电阻RB两端并联电容C2，用于过滤中低频干扰。

数据采集模块采用基于PC104总线的扩展板卡，内设一16位模数转换芯片，精度高、稳定性好。通过数据采集模块采集VIN和VREF的电压值，可计算出待测绝缘电阻的阻值。可见RX的测量精度与高压100V的精度无关，与数据采集模块的采样的精度有关。本发明数据采集模块采用16位模数转换芯片，从模拟输入通道经过A/D转换后可以得到的数字范围是0～65535，所以A/D转换器能够分辨的最小电压是满量程的1/65536，对应A/D转换结果的1LSB，选择测量量程0～+10V，则能够分辨的最小电压量为0.153mV。为了进一步保证测试精度，RN、RA、RB、RC均选用高精度电阻。

本发明的高压发生装置由AC/DC转化模块和DC/DC转化模块组成。AD/DC转化模块输入端接220V交流电，AD/DC转化模块将交流220V电压转换为直流5V，12V和100V电压，DC/DC转化模块输入端与AD/DC转化模块5V直流电输出端相连，将5V直流电转化为3.3V直流电压。AD/DC转化模块5V直流电输出端与PC104模块电源输入端相连，供给PC104模块5V直流电，AD/DC转化模块100V直流电输出端与电压比较模块电源输入端相连，供给电压比较模块100V直流电，AD/DC转化模块12V直流电输出端与继电器阵列电源输入端相连，供给继电器阵列12V直流。DC/DC转化模块3.3V直流电输出端与CPLD译码模块，供给CPLD译码模块3.3V直流电。

继电器控制指令由计算机模块发出，经CPLD译码后，送隔离器ADUM2400隔离，防止继电器供电电路干扰弱电区域控制指令的发出。为提高驱动能力，保证继电器有效工作，控制指令经隔离后，送至达林顿晶体管，控制某一路达林顿晶体管接通，从而使继电器线包通电，继电器工作。达林顿晶体管驱动能力较强，倒灌电流最大可至500mA。

在测试过程中，由于继电器阵列的动作顺序决定了孤立点怎样接入测试通道测试，为保证测试的全覆盖性，不遗漏任意孤立点本发明采用的是从触点K2001至触点K2040顺序闭合。由计算机发出指令，指令信号通过CPLD译码模块译码并放大控制电流信号后，驱动继电器驱动电路，继电器驱动电路可对继电器阵列进行控制，闭合继电器触点；高压发生模块产生高压，将高压加于电压比较模块上，通过测量电压比较模块上电压，数据采集模块采集电压值，将采集到的电压值传送到计算机模块，计算机模块对电压值分析处理后，由计算机模块中显示器显示被测绝缘电阻值，并将测得电阻值存储，完成一次测试，继电器断开，进入下一次测试。如此保证每个孤立点均和其它孤立点组合测试一次，整个流程完毕，记录测试中不合格的绝缘电阻。

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 (8)

1.一种弱电流自动化绝缘电阻的检测装置，其特征在于，包括计算机模块、CPLD译码模块、继电器驱动模块、继电器阵列、电压比较模块、数据采集模块和高压发生模块；所述电压比较模块包括测试支路和辅助支路，测试支路包括第一电阻和第二电阻，辅助支路包括第三电阻与第四电阻，所述辅助支路与所述测试支路互相并联；

所述计算机模块与所述CPLD译码模块相连，所述CPLD译码模块与所述继电器驱动模块相连，所述继电器驱动模块与所述继电器阵列相连，所述继电器阵列与待测孤立点相连，电压比较模块一端与继电器阵列第一公共端相连，电压比较模块另一端与继电器阵列第二公共端相连，数据采集模块第一输入端与继电器阵列的第一公共端相连，数据采集模块第二输入端连接于第三电阻与第四电阻之间，数据采集模块与计算机模块相连，高压发生模块多个输出端与计算机模块、CPLD译码模块、继电器阵列以及电压比较模块相连。

2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述CPLD译码模块包含多个输出端，所述继电器驱动模块包含多个输入端与多个输出端，所述继电器阵列包含多个输入端和多个输出端，所述CPLD译码模块多个输出端与所述继电器驱动模块多个输入端一一对应相连，所述继电器驱动模块多个输出端与所述继电器阵列多个输入端一一对应相连，所述继电器阵列多个输出端与所述待测孤立点相连。

3.根据权利要求1或2所述的检测装置，其特征在于，在CPLD译码模块和继电器驱动电路之间增加隔离模块和驱动放大模块，其中，隔离模块与驱动放大模块相连，驱动放大模块与继电器驱动模块相连。

4.根据权利要求1或2所述的检测装置，其特征在于，继电器阵列触点的绝缘电阻在常温常湿下大于500MΩ。

5.根据权利要求1或2所述的检测装置，其特征在于，所述电压比较模块还包括第一二极管、第二二极管、第一电容与第二电容，第一二极管与第三电阻相互并联，第二二极管、第一电容、第二电容与第一电阻相互并联。

6.根据权利要求1或2所述的检测装置，其特征在于，第三电阻的阻值与第四电阻的阻值要求使第三电阻的电压小于5V。

7.根据权利要求1或2所的述检测装置，其特征在于，第一电阻的阻值与第二电阻的阻值要求使测试支路电流小于10mA。

8.根据权利要求1或2所的述检测装置，其特征在于，第一电阻、第二电阻、第三电阻与第四电阻选用高精度电阻。