CN1241026C - 电子式表头指针指示绝缘电阻测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电子式表头指针指示绝缘电阻测试装置，采用DC/DC直流(高)电压源(可为正或负极性)，对数放大电路，温度补偿放大电路和表头及驱动电路，其特征在于：DC/DC直流(高)电压源的输出分别经测试电阻Rt支路和标准电阻支路Ro支路与对数放大电路的两个输入端相连，对数放大电路的输出与温度补偿放大电路的输入端相连，温度补偿放大电路的输出与表头及驱动电路的输入端相连。本发明的优点在于：绝缘电阻测试值的准确度和稳定度不再受加在试品上测试电压的准确度和稳定度的影响；规范的对数放大电路保障了良好的工艺性，一致性，并允许大于1mA的测试电流输入；给定的小值电阻r取值很小，保障试品上电压跌落小，还可保障容性负载快速充电；表头的对数刻度示值清晰，易于读取试值。
Description
技术领域
本发明属于一种测量绝缘电阻的方法，尤其是一种电子式表头指针指示绝缘电阻测量装置。
背景技术
目前，用磁电系表头指针作指示装置的电子兆欧表由DC/DC高压电路，电流测试电路和表头指示电路等部分组成。可大致分为二类：
一类由高压源、中值电阻Rz、表头组成。当高压源的输出额定测试电压为E时，表头的满度电流为I＝E/Rz，电流为微安μA级(一般小于100μA)，对应各刻度线的电流由Im＝E/(Rz+Rx)决定，其中Rz为中值电阻，Rx为被测电阻。其准确度主要依赖E的准确稳定。由于高压源的输出功率有限和便于示值刻度，Rz一般为几兆欧至几十兆欧。由于Im与Rx为倒数关系，高阻示值区段的刻度密集，不易分辨读数。
另一类对高压源的依赖同前一类；但表头示值刻度为近似对数刻度，合理地对高、低阻区段示值刻度进行了扩压，提高了高阻值的分辨度，使试值的读取更清晰方便。其原理是利用稳压管的导通V-A特性，在小电流(μA级)导通区段上的近似对数特点，用被测电阻Rx上的电流在稳压管两端得到一个电压，再对该电压进行处理后推动表头指针指示测量的阻值。
以上两类电子兆欧表存在以下问题：
1.电子兆欧表的工作电源多为电池供电，工作中电池电压是逐渐下降的，则DC/DC变换器产生的高压E也不易稳定。
2.中值电阻大，短路输出电流小(或等效输出高压源的内阻太大)，被测电阻上的电压随其阻值不同与额定电压有很大差值，也不利于对容性负载快速充电。如果为了使试品端电压达到要求的额定值，而减小中值电阻，又会由于高压源输出功率的限制，使得输出电压E随负载而大幅变化，引起很大的测试误差，同时使高阻区段无法作出有足够间隔的刻度线。
3.由于流经表头的电流Im与Rx为倒数关系，使高阻区段示值刻度线密集，不易分辨。
4.由于稳压二极管的稳压值和在小电流(μA级)导通时的V-A特性的离散性，这种技术方式装置的生产制作工艺性极差。
发明内容
本发明的目的是提出一种测量装置，使试值的准确稳定与高压E的准确稳定无关、并使高阻区段示值刻度易分辨的电子式表头指针指示绝缘电阻测量装置，以克服上述的不足。
为了实现上述目的，本发明的实现方案是，采用DC/DC直流(高)电压源(可为正或负极性)，对数放大电路，温度补偿放大电路和表头及驱动电路，其特征是：DC/DC直流(高)电压源的输出分别经测试电阻Rt支路和标准电阻Ro支路与对数放大电路的两个输入端相连，对数放大电路的输出与温度补偿放大电路的输入端相连，温度补偿放大电路的输出与表头及驱动电路的输入端相连；
上述测试电阻Rt支路是由给定的小值电阻r和被测电阻R2串连组成，且小值电阻r为对数电路可测量的最小电阻，其大小可随电阻量程的大小来选定；
上述对数放大电路采用的是双匹配三极管温度补偿对数放大电路，其中被测量电阻Rt支路和标准电阻Ro支路的一端都接在同一直流(高)电压源上，且两支路上的电流分别接入双匹配三极管温度补偿对数放大电路的测量电流输入端和补偿电流输入端；
上述双匹配三极管温度补偿对数放大电路的两只三极管的基极B、集电极C分别接在运算放大电路的同相输入端和反向输入端。
本发明的优点在于：绝缘电阻测试值的准确度和稳定度不再受加在试品上测试电压的准确度和稳定度的影响；规范的对数放大电路保障了良好的工艺性，一致性，并允许大于1m A的测试电流输入；给定的小值电阻r取值很小，保障试品上电压跌落小，还可保障容性负载快速充电；表头的对数刻度示值清晰，易于读取试值。
附图说明
图1是本发明的电路原理方框图。
图2是本发明的负输入电流型对数放大电路电路图。
图3是本发明的正输入电流型对数放大电路电路图。
图4是本发明的温度补偿放大电路同相放大电路图。
图5是本发明的温度补偿放大电路反相放大电路图。
图6是本发明的表头及驱动电路图。
具体实施方式
下面根据附图详细描述本发明的实施例。
本发明采用的方式是将DC/DC直流(高)电压源的输出经测试电阻RT支路和标准电阻R0支路与对数放大电路的两个输入端相连，对数放大电路的输出与温度补偿放大电路的输入端相连，温度补偿放大电路的输出与表头及驱动电路的输入端相连。从而组成了新型电子式表头指针指示绝缘电阻测量方法和装置。本发明的基本工作过程是将RT支路和R0支路的两个电流馈入对数放大电路，从对数放大电路输出得到的电压为V0＝VTln(R0/RT)；将V0送温度补偿放大电路放大，并消除温度的影响后，输出的电压为V1＝klg(R0/RT)；再将V1送到表头及驱动电路，由表头指针在对数刻度盘上指示测得的电阻值。
如图1所示，本发明由DC/DC直流(高)电压源1，对数放大电路2，温度补偿放大电路3，表头及驱动电路4，及标准电阻R0支路和测试电阻RT支路组合而成。
DC/DC直流(高)电压源的输出为E，当它为正极性时，对数放大电路用正输入电流型，且后连反相放大电路；当它为负极性时，对数放大电路用负输入电流型，且后连同相放大电路。标准电阻R0支路和测量电阻RT支路从E点分别连接到对数放大电路2的输入端A和B，这样两支路的电流分别馈入到对数放大电路的两个输入端。如图2所示，流入的电流IC1和Ic2，一路经三极管入地，另一路进入运放的输出端，完成两电流的对数运算，C点输出的电压为V0[＝ln(R0/RT)]。温度补偿放大电路3的输入端也接在C点上，它将V0放大并进行温度补偿后，在D点输出电压V1[＝klg(R0/RT)]。表头驱动电路4将D点输入的电压V1转换成电流IM，驱动表头指针在对数刻度盘上指示测得的电阻值。
如图2所示，对于一般采用两只对称三极管作温度补偿的对数放大电路，为消除IS影响引入T2并经T2馈入常量补偿电流IC2，其输出电压为：
V0＝Vbe1-Vbe2＝VTln(IC1/IS1)-VTln(IC2/IS2)
＝VT(lnIC1-lnIS1-lnIC2+lnIS2)
由于IS1＝IS2，则上式为：
V0＝VT(lnIC1-lnIC2)＝VTln(IC1/IC2) ……………式(1)
其中VT＝kT/q
这是采用了参数相同的两只三极管消除IS影响的对数放大电路输出电压与输入电流(IC1)之间函数关系的结论。
我们对于上述传统的对数放大电路稍做调整，将E点输出的电压取值E0，将补偿电流也视作变量，使：
IC1＝E0/RT，IC2＝E0/R0，E0＞＞0.7V …………条件(1)
即使测试电流与补偿电流由同一个电压E0，经RT和R0得到，则式(1)可变为：
V0＝VTln(IC1/IC2)＝VTln[(E0/RT)/(E0/R0)]＝VTln(R0/RT)………式(2)
式(2)表明，在满足条件(1)时有以下结论：该对数放大电路的输出电压V0为R0与RT的比值(R0/RT)的对数与VT的乘积，且与E0无关。
这一结论使得电阻测量，特别是绝缘电阻的测量又多了一种简单的方法。
考察式(2)，只有当：∞＞R0＞0，∞＞RT＞0
时式(2)才有意义。我们取RT＝r+RX，其中r为电路可测量的设定最小电阻，RX是可为零的实际被测电阻；R0为一标准电阻。
同理，将RT、R0支路与对数放大电路的连接点A、B互换，则有：
V0＝VTln(RT/R0)。 ………………………式(3)
这就实现了(绝缘)电阻测量的一种新方法：
当B点接标准电阻时，V0的小值对应被测电阻的大值(对应式2)；
当A点接标准电阻时，V0的小值对应被测电阻的小值(对应式3)。
由于式(2)V0＝VTln(R0/RT)中仍含有与温度相关的因子VT，我们可加一级温度补偿放大电路进行温度补偿，并将对数函数换底，如图(2)示。
V1＝(R1+RF)/R1·VTln(R0/RT)
＝2.303(R1+RF)/R1·VTlg(R0/RT) ………………………式(4)
其中(R1+RF)/R1为放大电路的放大倍数。
取k＝2.303(R1+RF)/R1·VT
若使RT为正温度系数电阻，并选择其温度系数及阻值的大小，可在-20℃～+50℃内补偿VT随温度产生的变化，保障k为稳定的常量。
即V1＝klg(R0/RT) …………………式(5)
表头驱动电路将式(5)表述的电压转换成驱动表头的电流，如下式：
IM＝(V1-VB)/RM＝{klg[R0/(r+RX)]-VB}1/RM …………………式(6)
根据式(6)，我们就得到了IM与RX各值对应的示值刻度电流值。
Claims (4)
1、一种电子式表头指针指示绝缘电阻测试装置，采用由低压直流电压源转变为高压直流的电压源，对数放大电路，温度补偿放大电路和表头及驱动电路，其特征在于：由低压直流电压源转变为高压直流的电压源的输出分别经测试电阻(Rt)支路和标准电阻(Ro)支路与对数放大电路的两个输入端相连，对数放大电路的输出与温度补偿放大电路的输入端相连，温度补偿放大电路的输出与表头及驱动电路的输入端相连。
2、如权利要求1所述的电子式表头指针指示绝缘电阻测试装置，其特征在于：测试电阻(Rt)支路是由给定的小值电阻(r)和被测电阻(R2)串连组成，且小值电阻(r)为对数电路可测量的最小电阻，其大小可随电阻量程的大小来选定。
3、如权利要求1所述的电子式表头指针指示绝缘电阻测试装置，其特征在于：对数放大电路采用的是双匹配三极管温度补偿对数放大电路，其中被测量电阻(Rt)支路和标准电阻(Ro)支路的一端都接在同一直流电压源上，且两支路上的电流分别接入双匹配三极管温度补偿对数放大电路的测量电流输入端和补偿电流输入端。
4、如权利要求1或3所述的电子式表头指针指示绝缘电阻测试装置，其特征在于：双匹配三极管温度补偿对数放大电路的两只三极管的基极(B)、集电极(C)分别接在运算放大电路的同相输入端和反向输入端。
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