CN106546790A - 一种差分结构电阻分压器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种差分结构电阻分压器，包括：屏蔽外壳、印制电路板、第一支分压电路、第二支分压电路和调平电位器；所述印制电路板固定于所述屏蔽外壳中；所述第一支分压电路和所述第二支分压电路通过所述调平电位器相连接，并固定于所述印制电路板上；所述第一支分压电路和所述第二支分压电路结构相同，包括：高压臂电阻、气体放电管、滤波电容、瞬变电压抑制二极管、低压臂电阻和接头。本发明采用两支分压电路并联的形式，通过调平电位器调节两支电路分压比相等，可有效抑制共模干扰信号，还可实现对悬浮电位的测量；对于非悬浮电位，可采用单路或双路测量，结构简单可靠，测量的安全性和准确性高，可有效测量15kV以内的直流及低频交流电压。
Description
技术领域
本发明涉及分压器技术领域，特别涉及一种差分结构电阻分压器。
背景技术
分压器是一种应用于高电压测量的专用仪器，既可测量直流高压，又可测量工频交流高压，具有测试准确、线性好、性能稳定等优点。分压器由两个(组)特性相同的阻抗元件(电阻、电容或电阻-电容元件的组合)串联组成。其中与高压端相连接的元件称为高压臂，与接地端相连接的元件称为低压臂。高压臂与低压臂阻抗值之和与低压臂阻抗值的比值称为分压比，测出低压臂上的电压，乘以分压比即可求出高压端的电压值。
目前常用的分压器有电阻分压器与电容分压器，由于电容对于直流电压相当于断路，因此对于直流高压的测量只能采用电阻分压器。现有电阻分压器采用单级或多级电阻直接分压，其高压臂一般不采用均压装置，由于这种分压器电阻对地以及电阻对高压端分布电容的存在，使得高压臂电阻电场分布不均，容易出现局部放电等现象，严重影响测量的安全性和准确性。
此外，现有分压器多采用单支接地测量方式，且对于悬浮电位的测量多采取间接测量，测量步骤繁琐，影响测量准确性；同时，现有分压器多采取低压臂信号直接引入测量装置中，对于分压器的安全性考虑不足，一旦高压臂电阻出现击穿或者短路等情况，很可能直接导致测量装置损坏，并严重威胁人身安全。
发明内容
本发明的发明目的在于提供一种差分结构电阻分压器，以解决现有分压器存在的结构复杂，且测量的安全性和准确性不足的问题。
根据本发明的实施例，提供了一种差分结构电阻分压器，包括：屏蔽外壳、印制电路板、第一支分压电路、第二支分压电路和调平电位器；
所述印制电路板固定于所述屏蔽外壳中；
所述第一支分压电路、所述第二支分压电路和所述调平电位器固定于所述印制电路板上；
所述第一支分压电路和所述第二支分压电路通过所述调平电位器相连接；
所述第一支分压电路和所述第二支分压电路具有相同的结构，包括：高压臂电阻、气体放电管、滤波电容、瞬变电压抑制二极管、低压臂电阻和连接器；
所述高压臂电阻的输入端与高压导线相连接；所述高压臂电阻的输出端与所述低压臂电阻的输入端相连接；
所述低压臂电阻的输出端与所述调平电位器的固定端相连接；
所述调平电位器的滑动端与所述屏蔽外壳相连接；
多个所述滤波电容相并联；
所述滤波电容的一端接地；所述滤波电容的另一端与所述高压臂电阻的输出端相连接；
所述瞬变电压抑制二极管的一端接地；所述瞬变电压抑制二极管的另一端与所述低压臂电阻的输入端相连接；
所述气体放电管与所述瞬变电压抑制二极管并联；
所述连接器与所述滤波电容并联。
优选地，所述差分结构电阻分压器还包括均压罩；所述均压罩由三个依次连接的第一均压板、第二均压板和第三均压板组成；所述第二均压板与所述第一均压板之间的夹角为90度；所述第二均压板与所述第三均压板之间的夹角为90度；所述均压罩固定于所述印制电路板的覆锡层上，构成一中空的高台；所述高压臂电阻位于所述高台的内部，所述高压臂电阻的输出端与所述均压罩相连接。
优选地，所述高压导线和所述高压臂电阻位于所述均压罩的中轴线上，所述高压臂电阻的输出端与所述均压罩相连接。
优选地，所述差分结构电阻分压器还包括绝缘护套，所述绝缘护套套设于所述高压臂电阻的外部。
优选地，所述差分结构电阻分压器还包括用于固定所述绝缘护套的高压臂电阻支撑架。
优选地，所述连接器为BNC连接器。
优选地，所述第一均压板、所述第二均压板和所述第三均压板为一体成型。
优选地，所述均压罩由铜箔材料制成。
优选地，所述均压罩通过激光焊接固定于所述覆锡层上。
优选地，所述印制电路板通过螺栓固定于所述屏蔽外壳中。
由以上技术方案可知，本发明提供的一种差分结构电阻分压器，包括：屏蔽外壳、印制电路板、第一支分压电路、第二支分压电路和调平电位器；所述第一支分压电路和所述第二支分压电路结构相同，包括：高压臂电阻、气体放电管、滤波电容、瞬变电压抑制二极管、低压臂电阻和接头；所述高压臂电阻和所述低压臂电阻用于分压和测量高电位；所述低压臂电阻两端并联所述气体放电管和所述瞬变电压抑制二极管，确保低压侧两端不会出现危险高电位；所述滤波电容用于滤除高频信号的干扰；所述接头用于输出所述低压臂电阻两端的测量信号。本发明采用两支分压电路并联的形式，通过调平电位器调节两支电路分压比相等，可以有效抑制共模干扰信号，同时可以实现对悬浮电位的测量；对于非悬浮电位，可采用单路测量或双路测量。本发明结构简单可靠，测量的安全性和准确性高，可以有效测量15kV以内的直流及低频交流电压。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为根据一优选实施例示出的一种差分结构电阻分压器的内部电路连接图；
图2为根据一优选实施例示出的一种差分结构电阻分压器的整体结构示意图。
其中，1-屏蔽外壳，2-印制电路板，3-均压罩，4-高压臂电阻支撑架，5-高压臂电阻，6-绝缘护套，7-气体放电管，8-滤波电容，9-瞬变电压抑制二极管，10-低压臂电阻，11-调平电位器，12-连接器，21-第一支分压电路，22-第二支分压电路，23-覆锡层，31-第一均压板，32-第二均压板，33-第三均压板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-2所示，为本发明提供的一种差分结构电阻分压器的一优选实施例，包括：屏蔽外壳1、印制电路板2、第一支分压电路21、第二支分压电路22和调平电位器11；
所述印制电路板2固定于所述屏蔽外壳1中，所述屏蔽外壳1用于隔离所述差分结构电阻分压器和外界环境；
所述第一支分压电路21、所述第二支分压电路22和所述调平电位器11固定于所述印制电路板2上；
所述第一支分压电路21和所述第二支分压电路22通过所述调平电位器11相连接，两支分压电路对称分布于所述调平电位器11的两侧；选择双路测量可以实现对悬浮电位的测量，而对于非悬浮电位，可以选择单路测量或双路测量；
所述第一支分压电路21和所述第二支分压电路22具有相同的结构，包括：高压臂电阻5、气体放电管7、滤波电容8、瞬变电压抑制二极管9、低压臂电阻10和连接器12；
所述高压臂电阻5的输入端与高压导线相连接；所述高压臂电阻5的输出端与所述低压臂电阻10的输入端相连接；所述高压臂电阻5与所述低压臂电阻10用于分压和测量高电位；
所述低压臂电阻10的输出端与所述调平电位器11的固定端相连接；
所述调平电位器11的滑动端与所述屏蔽外壳1相连接；
多个所述滤波电容8相并联，所述滤波电容8并联的数量可选但不限于本实施例提供的4个，可根据实际需要灵活调整。
所述滤波电容8的一端接地；所述滤波电容8的另一端与所述高压臂电阻5的输出端相连接；
所述瞬变电压抑制二极管9的一端接地；所述瞬变电压抑制二极管9的另一端与所述低压臂电阻10的输入端相连接；
所述气体放电管7与所述瞬变电压抑制二极管9并联；
所述连接器12与所述滤波电容8并联，所述连接器12用于输出低压臂侧的测量电压，该测量电压乘以分压比即为高压臂待测电压的实际值，可以提高所述差分结构电阻分压器测量的准确性。
在本实施例中，所述印制电路板2(Printed Circuit Board，PCB)是电子元器件的支撑体，也是电子元器件电气连接的提供者。PCB板以绝缘板为基材，切成一定尺寸，其上至少附有一个导电图形，并设有孔(如元件孔、紧固孔、金属化孔等)，可作为支撑电子元器件的底盘，同时可实现电子元器件的相互连接，可以大大减少布线和装配连接的误差，有利于简化所述差分结构电阻分压器的结构。
所述调平电位器11可以有效解决因电路元件参数误差引起的所述第一支分压电路21和所述第二支分压电路22的分压比不同的问题。本发明采用两支分压电路并联的形式，通过调平电位器11调节两支电路分压比相等，可以有效抑制共模干扰信号，同时可以实现对悬浮电位的测量。
当所述差分结构电阻分压器引入的高压信号超过了额定电压，所述气体放电管7用于保证所述差分结构电阻分压器的低压侧不会出现危害到测量装置的高压信号。当所述差分结构电阻分压器发生某种意外情况时，所述差分结构电阻分压器的所述高压臂电阻5可能会出现击穿或者沿面闪络等现象，此时所述气体放电管7被击穿，阻抗迅速下降，近乎短路状态，并将大电流通过线路接地，从而可以有效提高所述差分结构电阻分压器的安全性。
当所述差分结构电阻分压器引入的高压信号超过了额定电压，所述瞬变电压抑制二极管9(Transient Voltage Suppressor，TVS)用于保证所述差分结构电阻分压器的低压侧不会出现危害到测量装置的高压信号。当TVS管的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能以10的负12次方秒量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压箝位于一个预定值，有效地保护电子线路中的精密元器件，免受过电压的损坏，具有响应速度快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差小、箝位电压较易控制等优点，可以有效提高所述差分结构电阻分压器的安全性。
所述滤波电容8用在整流电路中，用于滤除交流成分，使输出的直流更平滑。对于精密电路而言，往往采用多个所述滤波电容并联的方式来提高所述滤波电容8的工作效果。在本实施例中，所述滤波电容8用于确保空间及高压臂干扰信号不会影响所述差分结构电阻分压器的测量准确性。对于一个信号，其频率越高，容抗值越小，由于所述高压臂电阻5附近存在一定杂散电容，当选取合适数量的所述滤波电容8时，高频干扰信号主要集中于所述滤波电容8上，可以有效减少所述低压臂电阻10两端的高频干扰信号，提高所述差分结构电阻分压器的测量准确性。
在本实施例中，首先对所述差分结构电阻分压器的所述第一支分压电路21和所述第二支分压电路22进行校正，并选择合适电压同时施加于两支所述高压臂电阻5的输入端，通过旋转所述调平电位器11，使得两低压臂测量幅值相等，即所述第一支分压电路21和所述第二支分压电路22的分压比相同。通过所述调节电位器11，能够解决因电路元件参数误差引起的，所述第一支分压电路21和所述第二支分压电路22的分压比不同的问题。其中，所述分压比为高压臂阻值与低压臂阻值之比。
在本实施例中，所述差分结构电阻分压器具有单路测量和双路测量两种方式：
在进行单路测量时，选择第一支分压电路21或所述第二支分压电路22中的一支。在该支分压电路中，将所述高压臂电阻5的输入端所连的高压导线接入待测电位上，地电位接所述屏蔽外壳1，由所述接头12输出低压臂侧的测量电压，该测量电压乘以分压比即为高压臂侧待测电压的实际值。
在进行双路测量时，将其中一支分压电路的所述高压臂电阻5的输入端所连的高压导线接入待测电位上，地电位接另一支分压电路的所述高压臂电阻5的输入端，所述屏蔽外壳1悬浮不接导线，两支分压电路中的所述接头12的输出电压之差即为低压臂侧的测量电压，该测量电压乘以分压比即为高压臂待测电压的实际值。
在测量悬浮电位时，只能选择双路测量方式；在测量非悬浮电位时，选择双路测量方式或单路测量方式均可。本实施例提供的一种差分结构电阻分压器结构简单可靠，大大提高了测量的准确性和安全性，可根据待测电位类型灵活选择单路或双路的测量方式，可以有效测量15kV以内的直流及低频交流电压。
优选地，所述差分结构电阻分压器还包括均压罩3；所述均压罩3由三个依次连接的第一均压板31、第二均压板32和第三均压板33组成；所述第二均压板32与所述第一均压板31之间的夹角为90度；所述第二均压板32与所述第三均压板33之间的夹角为90度；所述均压罩3固定于所述印制电路板2的覆锡层23上，构成一中空的高台；所述高压臂电阻5位于所述高台的内部，所述高压臂电阻5的输出端与所述均压罩3相连接。所述均压罩3采用对称结构来改善电场的分布，为了安装方便，采用非曲面的结构。通过在高压臂侧引入所述均压罩3来调节所述高压臂电阻5附近的电场分布，可以提高所述差分结构电阻分压器的测量准确性和安全性。
优选地，所述高压导线和所述高压臂电阻5位于所述均压罩3的中轴线上，使所述高压臂电阻5附近的电场分布更均匀，可以有效提高所述差分结构电阻分压器的测量准确性和安全性。
优选地，所述差分结构电阻分压器还包括绝缘护套6，所述绝缘护套6套设于所述高压臂电阻5的外部。所述绝缘护套6采用硅橡胶材料高温模压成型，具有优良的绝缘性能和电气性能，耐老化，耐高低温，是电力设备接线端头必须配用的绝缘安全防护用品，能有效地防止裸露在外的电力设备端头造成停电事故，从而避免由此带来的巨大经济损失。本实施例中，所述绝缘护套6可以避免所述高压臂电阻5与高压导线连接处的裸露导线，直接通过空气与所述均压罩3发生电位隔离，可以提高所述差分结构电阻分压器测量的可靠性和准确性。
优选地，还包括用于固定所述绝缘护套6的高压臂电阻支撑架4。所述绝缘护套6以扎带的方式固定于所述高压臂电阻支撑架4上，使用时，通过调节所述高压臂电阻支撑架4，使所述高压导线和所述高压臂电阻5位于所述均压罩3的中轴线上，使所述高压臂电阻5附近的电场分布更均匀，可以有效提高所述差分结构电阻分压器的测量准确性和安全性。调整完毕后，将所述高压臂电阻支撑架4固定于所述压制电路板2上。
优选地，所述连接器12为BNC(Bayonet Neill Concelman，尼尔-康塞曼卡口)连接器，是一种卡口式连接的射频同轴连接器，具有连接(或分离)迅速、接触可靠、信号响应效果好等特点，用于输出低压臂侧的测量电压，该测量电压乘以分压比即为高压臂待测电压的实际值，可以提高所述差分结构电阻分压器测量的准确性。
优选地，所述第一均压板31、所述第二均压板32和所述第三均压板33为一体成型，可以减少安装零部件的数量，使所述差分结构电阻分压器结构更为简单。此外，还有利于提高所述均压罩3的均匀电场的效果，从而可以有效提高所述差分结构电阻分压器的测量准确性和安全性。
制成所述均压罩3的材料一般选择导电性良好的金属材料，优选地，所述均压罩3由铜箔材料制成。铜箔具有低表面氧气特性，可以附着与各种不同基材，如金属，绝缘材料等，拥有较宽的温度使用范围，主要应用于电磁屏蔽及抗静电，将导电铜箔置于衬底面，结合金属基材，具有优良的导通性，并提供电磁屏蔽的效果。此外，铜的导电率高，且不会产生涡流现象。通过在高压臂侧引入由铜箔材料制成的所述均压罩3，有利于调节所述高压臂电阻5附近的电场分布，使电场更均匀，从而可以有效提高所述差分结构电阻分压器的测量准确性和安全性。
优选地，所述均压罩3通过激光焊接固定于所述覆锡层23上。激光焊接是采用高能激光束使材料熔融并连接，形成优良焊接接头的工艺过程。激光焊接的能量密度高、激光光斑直径小，其能量密度比常规方法高100倍以上。激光焊接技术具有熔池净化效应，能纯净焊缝金属，适用于相同和不同金属材料间的焊接。此外，激光焊接是无接触加工，对需要焊接的所述均压罩3和所述覆锡层23没有外力作用；激光能量高度集中，热影响小，热变形小；激光焊接的机械性能、抗蚀性能和电磁学性能优于常规焊接方法，使所述均压罩3和所述覆锡层23能够更好地结合，且不会对所述均压罩3均匀电场的效果产生影响。
优选地，所述印制电路板2通过螺栓固定于所述屏蔽外壳1中。螺栓是由头部和螺杆(带有外螺纹的圆柱体)两部分组成的一类紧固件，需与螺母配合使用，用于紧固连接两个带有通孔的零件。首先在所述屏蔽外壳1和所述印制电路板2的四角处开设孔径相等的4对通孔，选择与所述通孔相匹配的螺栓和螺母，使用时，将所述螺栓插入一对通孔内，再将所述螺母旋入螺栓杆上紧固即可，操作简便可靠，且便于安装拆卸。可选地，所述印制电路板2还可通过粘结剂固定于所述屏蔽外壳1中。
由以上技术方案可知，本发明提供的一种差分结构电阻分压器，包括：屏蔽外壳1、印制电路板2、第一支分压电路21、第二支分压电路22和调平电位器11；所述印制电路板2固定于所述屏蔽外壳1中，所述屏蔽外壳1用于隔离所述差分结构电阻分压器和外界环境；所述第一支分压电路21和所述第二支分压电路22固定于所述印制电路板2上；所述第一支分压电路21和所述第二支分压电路22通过所述调平电位器11相连接；所述第一支分压电路21和所述第二支分压电路22结构相同，包括：高压臂电阻5、气体放电管7、滤波电容8、瞬变电压抑制二极管9、低压臂电阻10和接头12；所述高压臂电阻5和所述低压臂电阻10用于分压和测量高电位；所述低压臂电阻10两端并联所述气体放电管7和所述瞬变电压抑制二极管9，确保低压侧两端不会出现危险高电位；所述滤波电容8用于滤除高频信号的干扰；所述接头12用于输出所述低压臂电阻10两端的测量信号。本发明采用两支分压电路并联的形式，通过调平电位器11调节两支电路分压比相等，可以有效抑制共模干扰信号，同时可以实现对悬浮电位的测量；对于非悬浮电位，可采用单路测量或双路测量。本发明结构简单可靠，测量的安全性和准确性高，可以有效测量15kV以内的直流及低频交流电压。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (10)
1.一种差分结构电阻分压器，其特征在于，包括：屏蔽外壳(1)、印制电路板(2)、第一支分压电路(21)、第二支分压电路(22)和调平电位器(11)；
所述印制电路板(2)固定于所述屏蔽外壳(1)内；
所述第一支分压电路(21)、所述第二支分压电路(22)和所述调平电位器(11)固定于所述印制电路板(2)上；
所述第一支分压电路(21)和所述第二支分压电路(22)通过所述调平电位器(11)相连接；
所述第一支分压电路(21)和所述第二支分压电路(22)具有相同的结构，包括：高压臂电阻(5)、气体放电管(7)、滤波电容(8)、瞬变电压抑制二极管(9)、低压臂电阻(10)和连接器(12)；
所述高压臂电阻(5)的输入端与高压导线相连接；所述高压臂电阻(5)的输出端与所述低压臂电阻(10)的输入端相连接；
所述低压臂电阻(10)的输出端与所述调平电位器(11)的固定端相连接；
所述调平电位器(11)的滑动端与所述屏蔽外壳(1)相连接；
多个所述滤波电容(8)相并联；所述滤波电容(8)的一端接地；所述滤波电容(8)的另一端与所述高压臂电阻(5)的输出端相连接；
所述瞬变电压抑制二极管(9)的一端接地；所述瞬变电压抑制二极管(9)的另一端与所述低压臂电阻(10)的输入端相连接；
所述气体放电管(7)与所述瞬变电压抑制二极管(9)并联；
所述连接器(12)与所述滤波电容(8)并联。
2.根据权利要求1所述的差分结构电阻分压器，其特征在于，还包括均压罩(3)；
所述均压罩(3)由三个依次连接的第一均压板(31)、第二均压板(32)和第三均压板(33)组成；
所述第二均压板(32)与所述第一均压板(31)之间的夹角为90度；所述第二均压板(32)与所述第三均压板(33)之间的夹角为90度；
所述均压罩(3)固定于所述印制电路板(2)的覆锡层(23)上，构成一中空的高台；
所述高压臂电阻(5)位于所述高台的内部，所述高压臂电阻(5)的输出端与所述均压罩(3)相连接。
3.根据权利要求2所述的差分结构电阻分压器，其特征在于，所述高压导线和所述高压臂电阻(5)位于所述均压罩(3)的中轴线上。
4.根据权利要求3所述的差分结构电阻分压器，其特征在于，还包括绝缘护套(6)，所述绝缘护套(6)套设于所述高压臂电阻(5)的外部。
5.根据权利要求4所述的差分结构电阻分压器，其特征在于，还包括用于固定所述绝缘护套(6)的高压臂电阻支撑架(4)。
6.根据权利要求1所述的差分结构电阻分压器，其特征在于，所述连接器(12)为BNC连接器。
7.根据权利要求2所述的差分结构电阻分压器，其特征在于，所述第一均压板(31)、所述第二均压板(32)和所述第三均压板(33)为一体成型。
8.根据权利要求2所述的差分结构电阻分压器，其特征在于，所述均压罩(3)由铜箔材料制成。
9.根据权利要求2所述的差分结构电阻分压器，其特征在于，所述均压罩(3)通过激光焊接固定于所述覆锡层(23)上。
10.根据权利要求1所述的差分结构电阻分压器，其特征在于，所述印制电路板(2)通过螺栓固定于所述屏蔽外壳(1)内。
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