CN1153980C - 测量绝缘电阻的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种测量绝缘电阻的方法，它能够去掉由提供给电子部件的机械振动引起的压电噪声的影响，以高精确度测量电子部件的绝缘电阻。为此，将预定的测量电压提供给设置在适当位置上以从外面周期性受到机械振动的电子部件，以测量流过电子部件的电流。然后，在机械振动周期或其整数倍时间内对测量到的流过电子部件的电流积分。通过这种安排，可以去掉压电噪声电流，并且仅仅提取要主要测量的漏电流。由此，通过从电流值计算绝缘电阻值，可以以高精确度检测绝缘电阻。

Description

测量绝缘电阻的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于测量电子部件的绝缘电阻的方法。本发明尤其涉及用于去掉由用于检查具有压电效应的电子部件的特性的设备中产生的机械振动引起的噪声的影响。

背景技术

传统的，将测量电路用于测量诸如陶瓷电容器之类的电子部件的绝缘电阻。图1示出传统的测量电路，它使用电路电压转换系统。标号Rs表示作为测试样品的电子部件的涌入电流限制电阻，标号Rx表示电子部件1的绝缘电阻。Rs的值大大小于Rx的值。由绝缘电阻Rx和电容构成的并联等效电路一般地示出陶瓷电容器。但是，在该图中，仅设置绝缘电阻Rx，以简化说明。标号2表示具有负反馈电阻Rf的运算放大器。在这种情况下，得到从运算放大器2的输出Vo流过电子部件1的电流i。然后，通过电源电压E和电流i，通过下面的公式得到电子部件的绝缘电阻Rx。

i＝Vo/Rf      Rx＝E/i

在这种方法中，虽然控制简单，并且可以得到快速的响应，但是漏电流i非常小，并且易受噪声影响。

另外，如图2所示，有一个绝缘电阻测量电路，它使用电荷累积系统。在第5-064782号日本未审查实用新型公报中描述了一个例子。在这种测量电路中，将开关SW和反馈电容Cf并联在运算放大器2(作为高输入阻抗放大器)的反向输入端与其输出端之间。将开关SW从ON切换到OFF，以在t秒后测量输出Vo。例如，将其t值设置为大约0.1到10秒的理想值。然后，通过下面的公式得到从输出Vo通过电子部件1的电流I。另外，通过电源电压E和电流I，得到电子部件1的绝缘电阻Rx。

i＝Cf·Vo/t     Rx＝E/i

由于电荷累积电路用作积分器，该电路可以减小由商用电源等引起的交流声的影响。

当在提供DC电压的情况下，将应力提供给介质部件时，压电效应允许由介质部件产生根据应力引起的电荷。通常，在用于检测电子部件的特性的设备中，使用许多诸如加零件机、电动机、计量机之类的装置，它们由于驱动而产生机械振动。由于振动传播通过电子部件，产生由压电效应引起的噪声电流。但是，如上所述，被测量以得到电子部件1的绝缘电阻的漏电流i非常小。另外，由提供给电子部件1的机械振动产生的压电噪声电流重叠在测量到的电流i上，从而产生测量误差。

结果，前面的使用电流电压转换系统的测量电路无法去掉噪声影响。另外，后面的使用电荷累积系统的测量电路也无法去掉上述压电噪声电流的影响。

发明内容

相应的，本发明的一个目的是提供一种绝缘电阻测量设备，它可以去掉由提供给电子部件的机械振动引起的压电噪声的影响，并可以以高精确度测量电子部件的绝缘电阻。

为了达到上述目的，本发明的第一方面提供了一种绝缘电阻测量方法，其特征在于包含以下步骤：将预定测量电压提供给电子部件，所述电子部件设置在适当位置以从外面受到周期性机械振动；测量通过所述电子部件的电流；和在机械振动周期内或其周期的整数倍的时间内对测量到的流过电子部件的电流值积分，以得到所述电子部件的绝缘电阻。

根据本发明的第二方面，提供了一种绝缘电阻测量方法，其特征在于包含以下步骤：将预定的测量电压提供给电子部件，所述电子部件设置在适当位置以从外面受到周期性的机械振动；测量流过所述电子部件的电流；和在机械振动周期和商用电源周期的最小公倍数的时间内对测得的流过电子部件的电流值积分，以得到电子部件的绝缘电阻。

根据本发明的第三方面提供了一种绝缘电阻测量方法，其特征在于包含以下步骤：将预定的测量电压提供给电子部件，所述电子部件设置在适当的位置以从外面受到周期性机械振动，其中，机械振动周期等于或小于商用电源的周期的1/2；测量流过电子部件的电流；在机械振动周期内对测得的流过电子部件的电流值积分；在从上述积分开始经过商用电源周期1/2时间后，在机械振动周期内对测量到的流过电子部件的电流值积分；和从上述两次积分得到结果的平均值。

根据本发明的第四方面，提供了一种绝缘电阻测量方法，其特征在于包含以下步骤：将预定的测量电压提供给电子部件，所述电子部件设置在适当的位置以从外面受到周期性机械振动，其中，商用电源周期等于或小于机械振动的周期的1/2；测量流过电子部件的电流；在商用电源周期内对测量到的流过电子部件的电流值积分；在从上述积分开始经过机械振动周期1/2时间后，在商用电源周期内对测量到的流过电子部件的电流值积分；和从上述两次积分得到结果的平均值。

根据本发明的第五方面，提供了一种绝缘电阻测量设备，其特征在于包含：DC测量电源；电子部件，设置在适当位置以从外面受到周期性机械振动；和电荷累积电路，用于对输入电流I积分，以得到电压输出Vo，以便得到电子部件的绝缘电阻，所述DC测量电源、电子部件和电荷累积电路相互串联；其中，将输入电流的积分时间设置为机械振动周期或其整数倍的时间。

根据本发明的第六方面，提供了一种绝缘电阻测量设备，其特征在于包含：DC测量电源；电子部件，设置在适当位置以从外面受到周期性机械振动；和电荷累积电路，用于对输入电流I积分，以得到电压输出Vo，以便得到电子部件的绝缘电阻，所述DC测量电源、电子部件和电荷累积电路相互串联；其中，将输入电流的积分时间设置为机械振动周期和商用电源周期的最小公倍数。

在根据本发明的绝缘电阻测量方法中，将测量电压提供给电子部件以测量电流。当由驱动机械等引起的振动通过电子部件时，产生压电噪声电流。压电噪声电流根据驱动机械的振动频率具有周期性。测量将要主要测量的漏电流重叠在压电噪声电流上而得到的电流。预先测量驱动机械的振动频率，并在机械振动周期内积分测量到的流过电子部件的电流的值。通过这种安排，由于消除了压电噪声电流，可以提取主要测量的漏电流。通过根据电流值计算，可以以高精确度检测到电子部件的绝缘电阻。

对于积分时间，即使当不仅在机械振动周期内，还在其整数倍时间内进行积分，可以得到相同的结果。

如果只有压电噪声具有周期性，则可以使用这种方法，即使该噪声具有被扭曲的波形。

当提供给电子部件的噪声仅仅来自由单个驱动机械引起的振动时，可以通过在机械振动周期内积分有效消除压电噪声信号。同时，当由多个驱动机械引起的振动引起的噪声结合时，通过在驱动机械的振动周期的最小公倍数时间内积分，可以同时消除多个压电噪声电流。结果可以仅仅提取主要测量的漏电流。例如，当第一驱动机械的振动频率是120Hz，并且第二驱动机械的振动频率是240Hz时，通过在最小公倍数(1/120＝8.3毫秒)周期内积分，可以同时去掉两个压电噪声电流。

当提供给电子部件的噪声是由驱动机械引起的机械振动和由商用电源引起的交流声的结合产生的时候，如上所述，可以在机械振动周期和商用电源周期的最小公倍数周期内积分结合的噪声电流。例如，当商用电源频率为60Hz，并且驱动机械的振动频率是120Hz时，测量设备测量要主要测量的漏电流以外，测量来自商用电源的交流声电流和来自驱动机械的压电噪声电流的重叠形式。当在作为最小公倍数的周期的商用电源周期(1/60＝16.7毫秒)内积分通过重叠形成的电流时，可以同时去掉交流声电流和压电噪声电流。由此，可以仅仅提取要主要测量的漏电流。

只要压电噪声和交流声每一个都具有周期性，就可以使用这种方法，即使这种噪声具有畸变的波形。

如上所述，较好地，预先如此设计驱动机械，从而将机械振动频率设置为商用电源频率的整数倍或其整数倍的倒数。通过这种安排，将机械振动的周期和商用电源周期中最长的一个用于积分。由此不增加积分时间。

如上所述，可以通过在机械振动的周期和商用电源周期中最小公倍数的周期内积分而去掉两个噪声。但是，有一个增加积分时间的问题。由此，当机械振动的周期等于或小于商用电源周期的1/2时，通过根据本发明的第三方面的方法去掉噪声。结果可以缩短时间。换句话说，首先在机械振动周期内对测量到的电流值积分。然后，从积分开始经过商用电源周期的1/2时间后，在机械振动周期时间内再次对测量到的电流值积分。由此，可以通过两个积分的结果的平均值提取要主要测量的漏电流。

当机械振动频率高于商用电源频率时可以使用上述方法。另外，当交流声具有不畸变的标准正弦波形时有一个优点。

和上述情况相反，当商用电源的周期等于或小于机械振动周期的1/2时，可以通过根据本发明的第四方面的方法去掉噪声。结果，可以使积分时间缩短。换句话说，首先，在商用电源周期内对测量到的电流值积分。然后，在从积分开始经过机械振动周期的1/2的时间后，在商用电源周期内再次积分测量的电流值。此后，可以通过两个积分的结果的平均值提取要主要测量的漏电流。

当商用电源的频率高于机械振动的频率时可以使用这种方式。另外，当交流声具有未畸变的正弦波形时，有一个优点。

在根据本发明的第五方面的测量设备中，将本发明的第一方面的上述方法提供给使用电荷累积系统的电路。在根据本发明的第六方面的测量设备中，将本发明的第二方面的方法提供给使用电荷累积系统的电路。

附图说明

图1是传统的绝缘电阻测量设备的一个例子的电路图；

图2是传统的绝缘电阻测量设备的另一个例子的电路图；

图3是根据本发明的第一实施例的绝缘电阻测量设备的电路图；

图4A到4D示出根据本发明的第一实施例的绝缘电阻测量方法的电流波形的曲线图；

图5A到5F示出根据本发明的第二实施例的绝缘电阻测量方法的电流波形的曲线图；以及

图6A到6E示出根据本发明的第三实施例的绝缘电阻测量方法的电流波形的曲线图。

具体实施方式

图3示出根据本发明的第一实施例的绝缘电阻测量设备。

该绝缘电阻测量设备是与图2所示的相同的电荷累积系统的测量电路。标号1表示使用诸如陶瓷电容器之类的介质部件的电子元件。标号2表示作为高输入阻抗放大器的运算放大器。标号Cf表示连接在运算放大器2的反向输入端和其输出端之间的反馈电容。标号SW表示与反馈电容Cf并联的开关。由运算放大器2和反馈电容Cf形成电荷累积电路。

积分流过电子部件1的电流i，以得到电压示出Vo。标号E表示电源电压，标号Rs表示电子部件1的进入电流限制电阻。标号Rx表示电子部件1的绝缘电阻。Rs的值大大小于Rx的值。

通过控制单元控制开关SW的ON/OFF。控制单元3通过A/D转换器4连接到运算放大器2的输出端。控制单元3将开关从ON转换到OFF，以测量t秒钟以后的输出Vo。然后，通过下面的公式，从输出Vo得到流过电子部件1的电流值，并且根据电源电压E和电流i得到电子部件的绝缘电阻Rx。

I＝Cf·Vo/t                                  (1)

Rx＝E/I                                      (2)

设置绝缘电阻测量设备作为用于检测电子部件1的特性的装置的一部分。绝缘电阻测量设备设置在产生机械振动的驱动器械附近，诸如加零件机、发动机、计量机等。由此，机械振动传播通过电子部件1，由此产生由压电效应引起的噪声电流。压电噪声电流添加在待主要地进行测量的电流i上，结果产生测量误差。

图4A示出流过电子部件1的漏电流I。电流I是要进行主要测量的电流。图4B示出根据驱动机械的振动频率具有周期性的压电噪声电流。图4C示出漏电流I和压电噪声电流重叠的形式。观察两个电流的重叠形式的信号。当驱动机械的振动频率是200Hz时，振动频率的周期是1/200(5毫秒)。控制单元3设置一时间t，用于将开关SW从ON转换到OFF，以根据周期测量输出Vo。即在机械振动周期上积分流过电子部件的电流1，周期等于tc(5毫秒)。

图4D中示出通过上述方法得到的电流I，并且可以以5毫秒间隔得到。这和通过图4A中示出的通过电流取样得到的以5毫秒为间隔的电流是相同的。结果，这是经平滑的、不受到压电噪声电流的影响的电流。由此，在公式(2)中，由于根据电流I得到绝缘电阻Rx，可以以高精确度测量绝缘电阻。

在这种情况下，积分时间t可以是机械振动的周期tc。或者，时间t可以是周期tc的整数倍以得到相同的结果。为了使积分时间尽可能短，如第一实施例示出最好是积分时间等于机械振动周期。

图5A到5E示出根据本发明的第二实施例的绝缘电阻测量方法的有关电流。

在这个实施例中，给予电子部件1的噪声是由驱动机械导致的机械振动和由商用电源引起的交流声的组合。这个实施例中使用的测量设备与图3所示的相同。

图5A示出流过电子部件的电流1的漏电流。该电流是要被主要地测量的电流。图5B示出由于诸如加零件机之类的第一驱动机械引起的压电噪声电流。图5C示出由诸如电动机之类的第二驱动机械引起的压电噪声电流。图5D示出由于商用电源引起的交流声电流。图5E示出漏电流、压电噪声电流以及交流声电流的重叠形式。观察电流的重叠形式的信号。

在这种情况下，将时间t(从切换开关SW的ON/OFF到测量输出Vo)设置为机械振动周期和商用电源周期的最小公倍数。换句话说，在机械振动的周期和商用电源周期的最小公倍数的时间内对流过电子部件的电流1进行积分。

例如，当第一驱动机械的振动频率是240Hz，第二驱动机械的振动频率是120Hz时，商用电源的频率是60Hz，这些周期的最小公倍数通过等式1/60＝16.7毫秒得到。结果，将开关SW从ON切换到OFF，以测量时间t的16.7毫秒之后的输出Vo。然后，由公式(1)从输出Vo得到电流I。

图5F中示出得到的电流I，并且电流I可以以16.7毫秒的间隔得到。这和如图5A所示通过取样电流以16.7毫秒得到的电流是相同的。该电流是平滑电流，不受压电噪声电流和交流声电流影响。结果，根据电流I，如在公式(2)中，可以得到绝缘电阻Rx，由此可以以高精确度测量绝缘电阻。

如在上述实施例中描述的，较好地，预先以如此方式制造每一个驱动机械，从而将机械振动频率设置为商用电源频率的整数倍或其整数倍的倒数。通过这种安排，可以将机械振动的周期和商用电源的周期中最长的一个用于积分。由此可以缩短积分时间。

图6A到6E示出根据本发明的第三实施例的绝缘电阻测量方法的电流。

在本实施例中，给予电子部件1的噪声是由驱动机械引起的机械振动与由商用电源引起的交流声的结合。另外，机械振动周期等于或小于商用电源周期的1/2。

图6A示出流过电子部件1的漏电流。该电流是要主要测量的电流。图6B示出由驱动机械引起的压电噪声电流。图6C示出由商用电源引起的交流声电流。图6D示出由漏电流、压电噪声电流和交流声电流的重叠形式。观察独立的重叠形式的信号。

在第二实施例中，为了给测量的电流值积分，可使用机械振动周期和商用电源周期的最小公倍数。但是，积分时间增加了。例如，当将商用电源的频率设置为60Hz，并将机械振动的频率设置为200Hz时，积分时间为83.5毫秒。

但是，在这个实施例中，首先在它们还更短的周期(机械振动周期)上积分测量的电流值。然后，在从积分开始经过它们中较长的周期(商用电源的周期)的1/2后，在较短的周期(机械振动周期)内再次积分测量到的电流值。结果，得到两次积分的平均值，通过该平均值只取出了要主要测量的漏电流。

例如，当商用电源的频率设置为60Hz，而机械振动频率设定为200Hz时，首先在机械振动的周期(1/200＝5毫秒)积分测量到的电流值。在从第一次积分经过商用电源周期的1/2的时间(1/60×2＝8.3毫秒)后，在机械振动周期(1/200＝5毫秒)内再次积分测量到的电流值。当得到两次积分的平均值时，噪声成份被减为零。由此，如图6E所示，只有要测量的漏电流可以以13.3毫秒(5+8.3)的间隔检测到。换句话说，得到的电流与如图6A所示以13.3毫秒的间隔取样电流得到的电流相同。

通过这种方式，积分时间仅仅是13.3毫秒。由此，这大大短于最小公倍数(83.5毫秒)的情况。

在第三实施例中，提供给电子部件1的噪声是由驱动机械引起的机械振动和由商用电源引起的交流声的组合。另外，机械振动周期等于或小于商用电源的周期的1/2。相反，当商用电源的周期等于或小于机械振动的周期时，可以使用和上述方法相对的方法进行测量。

换句话说，在商用电源的周期内积分测量到的电流值。然后，在从积分开始经过机械振动周期的1/2的之间后，在商用电源周期内再次对测量到的电流值进行积分。由此，通过由两次积分的结果的平均值仅仅提取了要主要测量的漏电流。

除了陶瓷电容器，本发明可以用于具有压电效应的其它任何的电子部件。

如上所述，根据本发明，在机械振动周期内或者其整数倍的周期内积分流过电子部件的电流值，由此减小由机械振动通过电子部件引起的压电噪声的影响。结果，可以以高精确度得到电子部件的绝缘电阻。

另外，当由机械振动引起的压电噪声和由商用电源引起的交流声结合以施加到电子部件时，在机械振动周期和商用电源周期的最小公倍数的时间内积分电流值。结果，可以减小这些噪声的影响，并且可以通过高精确度得到电子部件的绝缘电阻。

另外，在上述压电噪声和交流声结合的情况下，当将机械振动周期设置得等于或小于商用电源的周期的1/2时，在机械振动周期内对电流积分，并且在从积分开始经过商用电源周期的1/2的时间后的机械振动周期内再次积分，以从两次积分得到平均值。相反，当将商用电源周期设置得等于或小于机械振动周期的1/2时，在商用电源的周期内对电流积分，并且在从开始积分起经过机械振动周期的1/2后在商用电源周期内再次积分，以从两次积分得到平均值。通过这种安排，可以减小噪声影响，并且可以以高精确度得到电子部件的绝缘电阻。另外，可以缩短积分时间。

虽然已经描述了本发明的较佳实施例，熟悉本领域的人来说，在不背离下面的权利要求的主旨和范围的条件下可以有各种变化和修改。

Claims (6)

1.一种绝缘电阻测量方法，其特征在于包含以下步骤：

将预定测量电压提供给电子部件，所述电子部件设置在适当位置以从外面受到周期性机械振动；

测量通过所述电子部件的电流；和

在机械振动周期内或其周期的整数倍的时间内对测量到的流过电子部件的电流值积分，以得到所述电子部件的绝缘电阻。

2.一种绝缘电阻测量方法，其特征在于包含以下步骤：

将预定的测量电压提供给电子部件，所述电子部件设置在适当位置以从外面受到周期性的机械振动；

测量流过所述电子部件的电流；和

在机械振动周期和商用电源周期的最小公倍数的时间内对测量到的流过电子部件的电流值积分，以得到电子部件的绝缘电阻。

3.一种绝缘电阻测量方法，其特征在于包含以下步骤：

将预定的测量电压提供给电子部件，所述电子部件设置在适当的位置以从外面受到周期性机械振动，其中，机械振动周期等于或小于商用电源的周期的1/2；

测量流过电子部件的电流；

在机械振动周期内对测量到的流过电子部件的电流值积分；

在从上述积分开始经过商用电源周期1/2时间后，在机械振动周期内对测量到的流过电子部件的电流值积分；和

从上述两次积分得到结果的平均值。

4.一种绝缘电阻测量方法，其特征在于包含以下步骤：

将预定的测量电压提供给电子部件，所述电子部件设置在适当的位置以从外面受到周期性机械振动，其中，商用电源周期等于或小于机械振动的周期的1/2；

测量流过电子部件的电流；

在商用电源周期内对测量到的流过电子部件的电流值积分；

在从上述积分开始经过机械振动周期1/2时间后，在商用电源周期内对测量到的流过电子部件的电流值积分；和

从上述两次积分得到结果的平均值。

5.一种绝缘电阻测量设备，其特征在于包含：

DC测量电源；

电子部件，设置在适当位置以从外面受到周期性机械振动；和

电荷累积电路，用于对输入电流(I)积分，以得到电压输出(Vo)，以便得到电子部件的绝缘电阻，所述DC测量电源、电子部件和电荷累积电路相互串联；

其中，将输入电流i的积分时间设置为机械振动周期或其整数倍的时间。

6.一种绝缘电阻测量设备，其特征在于包含：

DC测量电源；

电子部件，设置在适当位置以从外面受到周期性机械振动；和

电荷累积电路，用于对输入电流(I)积分，以得到电压输出(Vo)，以便得到电子部件的绝缘电阻，所述DC测量电源、电子部件和电荷累积电路相互串联；

其中，将输入电流的积分时间设置为机械振动周期和商用电源周期的最小公倍数。

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