CN201503469U - 数字式兆欧表 - Google Patents

Abstract

数字式兆欧表，包括依次连接的直流高压产生电路、取样电路和数据采集及A/D转换电路，取样电路与译码/驱动LCD显示电路相连接，数据采集及A/D转换电路与单片机相连接，单片机与译码/驱动LCD显示电路相连接，单片机采用PIC16F873。本实用新型兆欧表电压误差小，滤波得到的高压稳定，杂波成分少，测量准确，且电压档位较多，电路简单。

Description

数字式兆欧表

技术领域

本实用新型属于绝缘电阻测量仪器技术领域，涉及一种数字式兆欧表。

背景技术

绝缘体两端的电压超过某一数值时，其内部分子在电磁场的作用下发生变化，对电子的束缚力下降，引起绝缘体击穿，使得绝缘体导电。为了用电安全，需测定用电设备的绝缘电阻，只有绝缘电阻符合要求，才能保证用电设备的完好，并避免造成人身安全事故。

绝缘电阻是电气安全检测项目中的一项重要内容。而吸收比K＝R60/R15，即测试用电设备绝缘电阻60s得到的电值R60与测试该用电设备绝缘电阻15s得到的电值R15的比值(对于大电容设备为10min之值与1min之值的比值，称为极化指数)，是检验用电设备绝缘性是否严重受损或存在局部缺陷的重要依据。兆欧表是测量绝缘电阻的专用仪表，应用广泛。传统手摇指针式兆欧表，使用时，必须采用手摇电机，保证120r/s的转速，才能维持正常的输出电压，且测量范围小，误差大，吸收比需测量后另行计算，使用不便。

随着电子技术的不断进步，尤其是单片机(single-chlp microcontroller)的出现并不断发展，引起了仪器仪表结构的根本性变革。以单片机为主体取代传统仪器仪表的常规机械及电子线路，可以容易地将计算技术与测量控制技术结合在一起，形成智能化测量仪表。这种新型的智能化仪表在测量过程的自动化、测量结果的数据处理以及功能的多样化方面取得了巨大进展，并得到了广泛应用。现有兆欧表的电压档位较少，电压误差较大，通过升压变压器再经过倍压，滤波得到的高压不稳定，杂波成分多，且没有电压回采回路(理论上在1000伏的档位输出1000伏，但实际上随着负载电阻的变化输出的电压在1000伏左右变化)，导致测量误差较大，电路复杂。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种数字式兆欧表，电压误差小，滤波得到的高压稳定，杂波成分少，测量准确，且电压档位较多，电路简单。

本实用新型所采用的技术方案是，数字式兆欧表，包括依次连接的直流高压产生电路、取样电路和数据采集及A/D转换电路，取样电路与译码/驱动LCD显示电路相连接，数据采集及A/D转换电路与单片机相连接，单片机与译码/驱动LCD显示电路相连接，单片机采用PIC16F873。

本实用新型的特征还在于，

译码/驱动LCD显示电路采用320X240真彩液晶模块。

直流高压产生电路的结构包括：依次连接的PWM产生芯片、大功率场效应管、高压包和分压电阻，PWM产生芯片与换挡继电器组相连接，换挡继电器组与单片机相连接，分压电阻分别与PWM产生芯片和单片机相连接。

高压包采用17英寸黑白电视显示器高压包。

PWM产生芯片采用SG3525电流控制型脉宽调制器。

本实用新型兆欧表的优点有：

1.采用17英寸黑白电视显示器高压包作为变压器，其电压范围大、体积小，采用密封隔离技术，最大程度减少了高压交流信号对模拟部分的干扰。

2.PWM产生芯片采用开关电源芯片SG3525，频率占空比可调，有利于和高压变压器的频率匹配，大大改善了高压变压器的性能和效率.

3.采用高压回采技术和深度反馈技术，将高压包输出的高压经过采样，确定其准确值再计算而不是理论的当位置，保证了测量结果的准确，误差小。

附图说明

图1是本实用新型兆欧表一种实施例的结构示意图；

图2是本实用新型兆欧表中直流高压产生电路的结构示意图。

图中，1.直流高压产生电路，2.取样电路，3.数据采集及A/D转换电路，4.译码/驱动LCD显示电路，5.单片机，6.换挡继电器组，7.PWM产生芯片，8.大功率场效应管，9.黑白电视高压包，10.分压电阻。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

绝缘电阻表是基于伏安法的一种电阻测量机构。被测电阻本身不带能量，因此，绝缘电阻表中必须配置直流电源装置作为辅助电源，该直流电源装置为绝缘电阻表提供直流电压。而电流指示仪表用于测量由直流电压到被测对象产生的直流微小电流，屏蔽是为防止干扰、保证精度设置的机构。由于电器设备的绝缘电阻往往是在某一规定的电压(绝缘电压系数)下进行测量的，因此绝缘电阻表的电压值较高，一般按其额定电压值可分为以下4种：500V，1000V，2500V，5000V。工作电压的分类主要取决于绝缘体承受的电压。一般的电路的绝缘实验电压为500V，而电机为1000V。

本实用新型兆欧表一种实施例的结构，如图1所示，包括依次连接的直流高压产生电路1、取样电路2和数据采集及A/D转换电路3，取样电路2与译码/驱动LCD显示电路4相连接，数据采集及A/D转换电路3与单片机5相连接，单片机5与译码/驱动LCD显示电路4相连接。

本实用新型兆欧表中直流高压产生电路1的结构，如图2所示，包括依次连接的PWM产生芯片7、大功率场效应管8、高压包9和分压电阻10，PWM产生芯片7与换挡继电器组6相连接，换挡继电器组6与单片机5相连接，分压电阻10分别与PWM产生芯片7和单片机5相连接。

直流高压产生电路1是兆欧表的硬件核心部分，决定测量的性能和指标。其产生的几千伏高压，处理不好会产生很大干扰，甚至烧毁兆欧表，也会影响测量结果的正确。本兆欧表采用软件和硬件共同闭环原理，同时采用深度负反馈，确保了高压的稳定性。并且将稳定的电压再进行采样，确保了测量结果的准确性。PWM产生芯片7采用SG3525电流控制型脉宽调制器，该电流控制型脉宽调制器接反馈电流来调节脉宽。在脉宽调制器的脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感线圈的信号与误差放大器输出信号进行比较，调节占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。高压包9属于行输出变压器，工作频率在15KHZ时的效率最高，脉宽调制器输出频率固定为15KHZ的交流信号波(占空比可以调节，即通过反馈端电压改变误差放大器反相输入端电流的大小来改变输出的占空比，频率固定在15KHZ，一定范围内占空比越大输出的电压越高)，该交流信号波推动大功率场效应管8的通断，产生大电流的交流信号，再推动高压包9产生直流高压。高压包9产生的直流高压送入分压电阻10，分压电阻10由三组电阻组成，该三组电阻将分压电阻10接收到的直流高压分别引入PWM产生芯片7、取样电路2和数据采集及A/D转换电路3。其中第一组电阻将直流高压引入PWM产生芯片7调节占空比，即引入误差放大器的反相输入端，实现输出到输入的深度负反馈，稳定高压输出；第二组电阻将直流高压引入取样电路2，该组电阻与被测电阻串联分压，电压分量经过稳压二极管，模拟跟随器和滤波电容引入单片机5的模数转换口进行采样分析，换档判定；第二组电阻将直流高压引入数据采集及A/D转换电路3，电压分量经过稳压二极管，模拟跟随器和滤波电容引入单片机5的数模转换接口，进行采样，并计算出精确的直流高压值。数模转换接口为单片机5的内部A/D转换单元，5路模拟输入(本兆欧表使用ANI1和ANI2两路)，12位A/D采样精度，四个可选时钟2TOSC，8TOSC，32TOSC和内部的RC振荡器。

高压包9采用17寸黑白电视显像管的高压变压器，内部集成了高压整流硅堆，输出的直流范围可达到12000伏，5000伏的短路电流高达15MA，完全符合本实用新型兆欧表的要求。换档继电器有三个，1000伏，2500伏，5000伏各使用一个，500伏是默认值不用继电器切换。

译码/驱动LCD显示电路4采用320X240真彩液晶模块，该模块内集成有图库字库，同时显示被测物体的电压档位、阻值、吸收比和极化指数。译码/驱动LCD显示电路4与单片机5通过串口连接，单片机5将计算得到的直流高压值通过串口发送到译码/驱动LCD显示电路4，通过液晶予以显示，大大减少了线路板对液晶的干扰。

单片机5采用PIC16F873，PIC16F873是具有高性能的RISC CPU，只有35条指令，除程序分支指令为两个周期外，其他均为单周期指令，运行速度DC-20MHZ时钟输入DC-200NS指令周期，8K*14个FLASH程序存储器，368*8个数据存储器字节，256*8EEPROM数据存储器字节，14个中断源，8级深度硬件堆，直接、间接和相对寻址，上电复位，上电定时器和震荡启动定时器，监视定时器，带有片内可靠运行的RC震荡器、低功耗高速全静态设计高吸入/拉出电流25MA、三个定时器、两个捕捉器、比较器、PWM模块、12位多通道模/数转换器、SPI接口和I2C接口，并具有九位地址探测的通用同步异步接受/发送器(USART/SCI)。单片机5是整个仪表的核心部分，负责运算处理显示，协调各部分功能。

本兆欧表具有500伏、1000伏、2500伏和5000伏四种档位。

本兆欧表中的电路板分为电源和采样处理及运算两块，避免了高压返回的冲击电流的影响。液晶显示电源和工作电源分开隔离，

本实用新型兆欧表的工作流程：

将被测物体接入取样电路2，电信号经模数转变为数字信号，但A/D转换的结果是动态的。不同的阻值范围需要不同的取样电阻，经过换挡继电器组6选择取样电阻，取样电阻与被测电阻串联进行电压取样，单片机5则通过中断查询的方式读取数据，并进行存储。将所得结果进行保存和适当的码制转换，响应键盘以显示绝缘电阻值或吸收比(极化指数)。短路3秒内，内部关断高压和低压电源，屏幕上的数据保持不变，本兆欧表具有电流检测保护功能，当外界放电，瞬间放电，电流冲击一定值，仪器可以自动切断高压电源。使仪器重新开始(一个击穿电路和过流保护电路)，高压回路的测量采样用隔离变压器，高压回路的采样信号避免直接进入仪器，避免外部放电时对测量部分的冲击。

本兆欧表加电后，开路状态下的电阻值为无穷大，单位可以自动变换，可以显示到小数点后两位。按动一次测试键，进入测量状态，再按一次进入退出状态，即兆欧表内部切断高压，并且液晶显示屏幕上保持原有的数据不丢失。若测试线掉线，测试数据自动回0，若测试线短路，5秒内高压自动关闭。测试结束后，高压自动关闭，数据自动保存。测试进行过程中按下测试键，即停止测试，此时，高压切断，屏幕数据自动保存，重新启动后才有新数据产生。测试完毕，无需短路测试端人工放电，高压电路自动放电。

本兆欧表中安装有蜂鸣器，测量中定时15秒和60秒或(1min和10min)时发出蜂鸣声，单片机5定时获取15s和60s时的用电设备绝缘电阻值(或1min和10min)，通过计算获得用电设备绝缘电阻的吸收比和极化指数，并通过译码/驱动LCD显示电路4予以显示。

本兆欧表能方便地测量绝缘电阻的吸收比和极化指数等参数，适合各类绝缘设备的测量需要。且电路简单、成本低，杂波成分比较少，测量结果准确，误差小。

Claims (5)

1.数字式兆欧表，其特征在于，包括依次连接的直流高压产生电路(1)、取样电路(2)和数据采集及A/D转换电路(3)，取样电路(2)与译码/驱动LCD显示电路(4)相连接，数据采集及A/D转换电路(3)与单片机(5)相连接，单片机(5)与译码/驱动LCD显示电路(4)相连接，单片机(5)采用PIC16F873。

2.按照权利要求1所述的兆欧表，其特征在于，所述的译码/驱动LCD显示电路(4)采用320X240真彩液晶模块。

3.按照权利要求1所述的兆欧表，其特征在于，所述直流高压产生电路(1)的结构包括：依次连接的PWM产生芯片(7)、大功率场效应管(8)、高压包(9)和分压电阻(10)，PWM产生芯片(7)与换挡继电器组(6)相连接，换挡继电器组(6)与单片机(5)相连接，分压电阻(10)分别与PWM产生芯片(7)和单片机(5)相连接。

4.按照权利要求3所述的兆欧表，其特征在于，所述的高压包(9)采用17英寸黑白电视显示器高压包。

5.按照权利要求3所述的兆欧表，其特征在于，所述的PWM产生芯片(7)采用SG3525电流控制型脉宽调制器。

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