CN204228826U - 高阻值电阻测量装置 - Google Patents

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罗雷
田干
陶胜杰
张炜
朱杰堂
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Abstract

本实用新型提供一种高阻值电阻测量装置，包括高压升压单元、电压嵌位单元、滤波单元和阻值测量单元，其中高压升压单元用于提供测量待测电阻的阻值所需的第一直流激励电压，电压嵌位单元用于嵌位第一直流激励电压，得到嵌位后的第二直流激励电压，滤波单元用于滤除第二直流激励电压中的交流谐波，得到滤波后的第三直流激励电压，阻值测量单元用于根据第三直流激励电压，得到待测电阻的阻值。本实用新型采用二阶无源RC低通滤波网络，有效消除测量电压中的交流谐波，提高了高阻值电阻的测量精度。此外，还通过扩展电压表的电压测量范围，以及采用高分辨率的电流检测技术，提高了高阻值电阻的测量范围。

Description

高阻值电阻测量装置
技术领域
本实用新型涉及电气测量技术领域，具体涉及一种高阻值电阻测量装置。
背景技术
电阻阻值测量是电气测量领域内非常普遍的一种测量内容。常用的测量工具有万用表和绝缘电阻表。对于高阻值的电阻或者绝缘电阻，一般在其两端施加500V～2500V的直流测量电压，根据欧姆定律，通过测试回路电流的大小即可换算出电阻阻值。然而，无论是手摇式绝缘电阻表还是数字式绝缘电阻表，其输出的直流测量电压中都含有几KHz至几十KHz的交流谐波，交流谐波的电压高达几十伏甚至上百伏，在测量高阻值电阻时，这种交流谐波通过绝缘体的寄生电容和空间电容作用于测量回路，会显著影响回路电流，给电阻的测量带来很大的误差，测量精度不高。
此外，一般情况下，万用表的阻值测量范围一般在0.1Ω～100MΩ，绝缘电阻表的测量范围在0.1MΩ～1000MΩ，先进的数字式绝缘电阻表可以测量阻值为100GΩ的电阻。然而，现有测量工具的测量范围仍然比较有限，不能满足对阻值更高的电阻的测量需要。
实用新型内容
本实用新型提供一种高阻值电阻测量装置，以解决现有技术中高阻值电阻测量精度不高的问题。
本实用新型提供一种高阻值电阻测量装置，所述装置包括高压升压单元、电压嵌位单元、滤波单元和阻值测量单元，所述高压升压单元、所述滤波单元和所述阻值测量单元依次连接，所述电压嵌位单元嵌连在所述滤波单元内部；
所述高压升压单元，用于提供测量待测电阻的阻值所需的第一直流激励电压；
所述电压嵌位单元，用于嵌位所述第一直流激励电压，得到嵌位后的第二直流激励电压；
所述滤波单元，用于滤除所述第二直流激励电压中的交流谐波，得到滤波后的第三直流激励电压；
所述阻值测量单元，用于根据所述第三直流激励电压，得到所述待测电阻的阻值。
结合上述方案，在第一种可能的实现方式中，所述滤波单元为二阶无源RC低通滤波网络，包括第一电阻、第二电阻、第一电容和第二电容，所述第一电阻和所述第一电容串联，所述第二电阻和所述第二电容串联后与所述第一电容并联。
结合上述方案，在第二种可能的实现方式中，所述电压嵌位单元嵌连在所述滤波单元内部包括：所述电压嵌位单元与所述滤波单元的第一电容并联。通过所述待测电阻的电流。
结合上述方案，在第三种可能的实现方式中， 所述阻值测量单元包括并联连接的高压测量模块和微电流测量模块，所述高压测量模块用于测量所述第三直流激励电压，所述微电流测量模块用于测量
结合上述方案的第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述高压测量模块包括第一电压表和第四电阻，所述第一电压表和所述第四电阻串联；所述第一电压表的直流电压量程大于500V，内阻大于5MΩ。
结合上述方案的第三种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，所述微电流测量模块包括第二电压表和待测电阻，所述第二电压表和所述待测电阻串联；所述第二电压表的电压分辨率小于0.1mV，内阻大于1MΩ。
结合上述方案，在第六种可能的实现方式中，所述装置还包括保护单元，连接在所述滤波单元和所述阻值测量单元之间，用于防止电路异常时出现高压电击人体和其他敏感设备的情况。
结合上述方案的第六种可能的实现方式，在第七种可能的实现方式中，所述保护单元包括第三电阻，所述第三电阻的阻值范围为0.5~10MΩ。
结合上述方案以及上述方案的第一种至第七种可能实现方式，在第八种可能的实现方式中，所述装置还包括由导电金属材料制作的外壳，所述外壳内部由隔离板分为左侧腔体和右侧腔体，所述左侧腔体内设置所述高压升压单元、所述电压嵌位单元、所述滤波单元和所述保护单元，所述右侧腔体设置所述阻值测量单元；所述隔离板上设有两个带绝缘管套的通孔，所述保护单元与所述阻值测量单元的接线从所述通孔穿过。
本实用新型采用二阶无源RC低通滤波网络，有效消除测量电压中的交流谐波，不影响回路电流，有效提高高阻值电阻的测量精度。此外，本实用新型还通过扩展电压表的电压测量范围，以及采用高分辨率的电流检测技术，提高对高阻值电阻的测量范围。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例提供的高阻值电阻测量装置的电路原理图；
图2为本实用新型实施例提供的高阻值电阻测量装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。
参照图1所示，图1为本实用新型实施例提供的高阻值电阻测量装置的电路原理图。具体地，本实用新型实施例提供一种高阻值电阻测量装置，用于精确测量高阻值电阻的阻值。该装置包括高压升压单元101、电压嵌位单元102、滤波单元103、保护单元104和阻值测量单元105，其中高压升压单元101、滤波单元103、保护单元104和阻值测量单元105依次连接，电压嵌位单元102嵌连在滤波单元103内部。
其中，高压升压单元101，用于提供测量待测电阻的阻值所需的第一直流激励电压；该高压升压单元101包括直流电源B、开关K和高压发生器，直流电源B的正极经过开关K后连接高压发生器的正输入端，负极直接连接高压发生器的负输入端，高压升压单元101输出第一直流激励电压。
具体地，根据待测电阻的不同，高压升压单元101可以输出100V～5000V的直流电压。一般情况下，待测电阻的阻值越大，所需的测量电压越高，高压升压单元101的输出电压也相应越高。根据待测电阻的阻值范围和耐压要求，作为测量电压的第一直流激励电压一般为500V、1000V、2500V和5000V，也可以根据需要输出其它电压值。
电压嵌位单元102，用于嵌位第一直流激励电压，得到嵌位后的第二直流激励电压；该电压嵌位单元102包括第一压敏电阻RV1、第二压敏电阻RV2和第三压敏电阻RV3，一般来说这三个压敏电阻的总耐压之和等于所需要的测量电压。电压嵌位单元102两端的电压为第二直流激励电压。
该单元一般由单个或者多个压敏电阻串联组成，将高压升压单元101输出的第一直流激励电压嵌位到安全的电压范围之内，防止过高的电压击穿整个测量装置和待测电阻。
滤波单元103，用于滤除第二直流激励电压中的交流谐波，得到滤波后的第三直流激励电压；该滤波单元103为二阶无源RC低通滤波网络，包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1和第二电容C2，第一电阻R1和第一电容C1串联，第二电阻R2和第二电容C2串联后与第一电容C1并联，电压嵌位单元102中的第一压敏电阻RV1、第二压敏电阻RV2和第三压敏电阻RV3串联后也与第一电容C1并联，第一电容C1和第二电容C2共负极，负极均连接高压升压单元101的输出负极。滤波单元103为二阶无源RC低通滤波网络，RC常数大于0.1，可以将第二直流激励电压中大于100Hz的交流谐波衰减67dB以上，滤波后的交流分量小于1V，有效减小其通过寄生电容和空间杂散电容对测量结果带来的误差。
为达到良好的滤波效果，一般地，滤波单元103中，第一电阻R1和第二电阻R2的阻值应大于1MΩ，第一电容C1和第二电容C2的容量大于0.1μf，第一电容C1和第二电容C2的耐压均需高于第一直流激励电压的20%以上。滤波单元103输出的电压，即第二电容C2两端的电压，为第三直流激励电压。
保护单元104，用于防止电路异常时出现高压电击人体和其他敏感设备的情况；该保护单元104包括第三电阻R3，串联在滤波单元103和阻值测量单元105之间。为达到良好的保护效果，第三电阻R3的阻值范围优选为0.5~10MΩ。
阻值测量单元105，用于根据第三直流激励电压，得到待测电阻的阻值；该阻值测量单元105包括并联连接的高压测量模块1051和微电流测量模块1052，高压测量模块1051用于测量第三直流激励电压，微电流测量模块1052用于测量通过待测电阻的电流。
具体地，高压测量模块1051包括第一电压表V1和第四电阻R4，其中第一电压表V1和第四电阻R4串联，第四电阻R4的另一端与第三电阻R3相接，第一电压表V1的另一端与第二电容C2的负极相接。为达到最佳测量效果，第一电压表V1为高阻数字式电压表，第一电压表V1的直流电压量程大于500V，内阻大于5MΩ，有效显示数字3位。根据欧姆定律，电压表串联电阻后量程得到扩展，扩展系数为串联电阻与电压表内阻的比值。高压测量模块1051中，第一电压表V1串联第四电阻R4量程得到扩展，扩展系数为R4/RV1，其中R4和RV1分别表示第四电阻R4的阻值和第一电压表V1的内阻。一般地，当第一电压表V1的量程为1000V，内阻为10M，串联的第四电阻R4为90M时，高压测量模块1051可以测量高达10kV的电压。串联第四电阻R4可以等效扩大第一电压表V1的内阻，可防止高压测量模块1051对第三直流激励电压形成过大的放电负载。
微电流测量模块1052包括第二电压表V2和待测电阻Rx，第二电压表V2和待测电阻Rx串联，第二电压表V2的另一端与第三电阻R3相接，待测电阻Rx的另一端与第二电容C2的负极相接。为达到最佳测量效果，第二电压表V2为高分辨率、高内阻的电压表，第二电压表V2的电压分辨率小于0.1mV，内阻大于1MΩ。待测电阻Rx的回路电流等于第二电压表V2的回路电流，即第二电压表V2两端的电压与其内阻的比值。一般地，当第二电压表V2的电压分辨率为0.01mV，内阻为10M，则电流分辨率为0.01mV/10M=10-12A，如此高的电流分辨率可以保证检测阻值更高的电阻。
假设第一电压表V1和第二电压表V2的内阻分别为RV1、RV2，电压表示数分别为U1、U2，第四电阻R4的阻值为R4。根据欧姆定律，待测电阻Rx的阻值Rx为待测电阻Rx两端的电压与通过待测电阻Rx的电流的比值，可由下式得出，单位为MΩ，即：
。
一般情况下，选择第一电压表V1的内阻RV1和第二电压表V2的内阻RV2为10MΩ、第四电阻R4的阻值R4为90MΩ时较佳，当U1=250V、U2=10mV时，待测电阻Rx的阻值Rx=2.5TΩ，实现了TΩ量级电阻的测量，可以满足对阻值更高的电阻的测量需要。
图2为本实用新型实施例提供的高阻值电阻测量装置的结构示意图。结合图1和图2，具体地，本实施例提供的高阻值电阻测量装置还包括由导电金属材料制作的外壳1，整个电路安装在导电金属材料屏蔽的密封空间中，可有效避免电磁干扰。为进一步屏蔽高阻值电阻测量装置的电磁干扰对电压和电流测量的影响，该装置的外壳1内部由隔离板2分为左侧腔体3和右侧腔体4，左侧腔体3内设置高压升压单元101、电压嵌位单元102、滤波单元103和保护单元104，右侧腔体4设置阻值测量单元105。其中，隔离板2上设有两个带绝缘管套5的通孔6，保护单元104与阻值测量单元105的接线从两个通孔6穿过。
测试时，在两个接线端子P1和P2处接好待测电阻。为使装置内部各单元的电压稳定，在按下开关K后两秒钟之后再读取第一电压表V1和第二电压表V2的读数，带入计算待测电阻阻值的公式中即可计算出待测电阻的阻值。
整个装置结构简单，体积小巧，内部元器件通用性好，成本低廉，操作非常方便。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高阻值电阻测量装置，其特征在于，所述装置包括高压升压单元、电压嵌位单元、滤波单元和阻值测量单元，所述高压升压单元、所述滤波单元和所述阻值测量单元依次连接，所述电压嵌位单元嵌连在所述滤波单元内部；
所述高压升压单元，用于提供测量待测电阻的阻值所需的第一直流激励电压；
所述电压嵌位单元，用于嵌位所述第一直流激励电压，得到嵌位后的第二直流激励电压；
所述滤波单元，用于滤除所述第二直流激励电压中的交流谐波，得到滤波后的第三直流激励电压；
所述阻值测量单元，用于根据所述第三直流激励电压，得到所述待测电阻的阻值。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述滤波单元为二阶无源RC低通滤波网络，包括第一电阻、第二电阻、第一电容和第二电容，所述第一电阻和所述第一电容串联，所述第二电阻和所述第二电容串联后与所述第一电容并联。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电压嵌位单元嵌连在所述滤波单元内部包括：所述电压嵌位单元与所述滤波单元的第一电容并联。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阻值测量单元包括并联连接的高压测量模块和微电流测量模块，所述高压测量模块用于测量所述第三直流激励电压，所述微电流测量模块用于测量通过所述待测电阻的电流。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述高压测量模块包括第一电压表和第四电阻，所述第一电压表和所述第四电阻串联；所述第一电压表的直流电压量程大于500V，内阻大于5MΩ。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述微电流测量模块包括第二电压表和待测电阻，所述第二电压表和所述待测电阻串联；所述第二电压表的电压分辨率小于0.1mV，内阻大于1MΩ。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括保护单元，连接在所述滤波单元和所述阻值测量单元之间，用于防止电路异常时出现高压电击人体和其他敏感设备的情况。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述保护单元包括第三电阻，所述第三电阻的阻值范围为0.5~10MΩ。
9.根据权利要求1至8中任一所述的装置，其特征在于，所述装置还包括由导电金属材料制作的外壳，所述外壳内部由隔离板分为左侧腔体和右侧腔体，所述左侧腔体内设置所述高压升压单元、所述电压嵌位单元、所述滤波单元和所述保护单元，所述右侧腔体设置所述阻值测量单元；所述隔离板上设有两个带绝缘管套的通孔，所述保护单元与所述阻值测量单元的接线从所述通孔穿过。
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