CN2045117U - 高精度数字高阻计 - Google Patents

Abstract

一种用于测量绝缘电阻、高值电阻的高精度数字高阻计、其结构主要是由高压发生器、采样电路、A/D转换器等电路所组成，由于本实用新型采用了新颖的技术设计，使得本高阻计的测试精度与测试电源电压(一般为500V直流以上高压)变化无关，并且可由一件普通A/D转换器自动完成倒数运算及读数锁存。本实用新型具有精度最高，功能较多、体积最小、价格最低、耗电最省的优点，达到国内国外同类产品的先进水平。

Description

高精度数字高阻计是一种用于测量各种电器的绝缘结构、绝缘材料的绝缘电阻或其它高值电阻的计量仪器，又称兆欧计。

目前，电压电流法是数字化测定绝缘电阻的主要方法之一。其中，最常用的数字式高阻计以恒压式数字绝缘测试仪为最普遍，该仪器是由高精度高压发生器，倒数运算电路，A／D转换器、数字显示器，基准电压源等五部分组成，被测电阻R_X接在高精度高压发生器输出电压U的两端，根据欧姆定律并经换算后可得关系式：（参见“电测与仪表”杂志，1987年11期）

R_X＝UR／U_R……（1）

R_X为被测电阻，R_X》R，

U_R为取样电阻两端的电压，R为取样电阻。

这种数字式高阻计有三个缺点：

其一是高压测试电源U的变化，将直接影响测试精度，在R_X大范围变化（从0.1MΩ～2000MΩ）及供电电源变化等情况下，要保持U的高稳定，不但十分困难，而且电子线路复杂、成本高、耗电多、在便携式仪器中更难实现。

其二是取样电阻两端的电压U_R与被测电阻R_X成倒数关系，要经过倒数运算后才能送入作数字电压表使用的A／D转换器，这样，电子线路复杂、精度低。

其三，A／D转换器所用的基准电压源价格高，且因温度飘移等影响，使A／D转换器精度变差。

本实用新型是设计一种新颖的且结构简单的高精度数字高阻计，它不但可以大大提高高阻计的精度，而且可省去倒数运算电路及A／D转换器的外接基准电源电路，简化高压发生器，从而大大降低高阻计的成本，还可大幅度降低高阻计功耗，并实现高压切断后的读数锁存。

本实用新型的设计原理是根据一般双积分A／D转换器的通用公式：

D＝U_i×1000／U_EF……（2）

其中：D为A／D转换器输出的读数值，为十进制数，对3.1／2位A／D而言最大为1999

U_i为A／D转换器模拟输入电压，其输入端为IN_＋、IN_－

U_EF为A／D转换器的基准电压，其输入端为R_EF ^＋，R_EF ^－。

若在技术上采取以下措施：

先将取样电阻两端的电压U_R作为A／D转换器基准电压输入R_EF ^＋、R_EF ^－两端；（高压接R_EF ^＋）。

同时，A／D转换器的外接基准电压U_EF′，采取由高压发生器经限流后输出的电压U再分压而得U_EF′，并将U_EF′的两端输入A／D转换器的模拟信号输入端IN_＋，IN_－，（高端接IN_＋）并将IN_－，R_EF ^－与U的低端相连接，称为COM。

若设分压系数为K，则，A／D转换器的模拟输入电压：

U_EF′＝U_i＝KU

又由（1）式可得：U_EF＝U_R＝U·R／R_X

代入（2）式则得：D＝R_X·KU×1000／U·R＝1000k·R_X／R……（3）

其中K为分压系数为一常数，若取K＝10^－6，R＝1000Ω R_X的单位为MΩ（10⁶Ω）

则：D＝R_X（MΩ）……（4）

由于技术上采取的措施得到了（4）式。从（4）式中可以看出：

1、数字显示器D读数与被测电阻成正比关系，这就省去了倒数变换运算电路。

2、高压测试电源U，已从公式中消    去，这时，高压U的精度变化与本高阻计的精度无关。

3、影响A／D转换器精度的外接基准电压源已被省去。

本实用新型是这样完成的，在高精度数字高阻计的电子线路结构上，由高压发生器，采样电路、A／D转换电路等三个主要部份组成。

高压发生器中振荡变压器是由E形磁芯、三极管BG₁，电感L₁、L₂、电容C₂组成反馈式振荡电路，起振后感应出高压，此高压经整流、滤波后再经R₄限流送到采样电路。同时，还采用反馈稳幅网络电路，使高压稳压。

采样电路是由两分路组成，其一是由分压电阻R₁，分压比微调电位器W串联组成高压分压分路，将这分路并联在经电阻R₄限流后的高压发生器1的输出端，该两端电压为U、电压低端称为COM端（公共端），W的一端接COM端，并从W中心轴头，取得电压U_EF′，若分压比为K，则微调W使U_EF′＝KU。另一分路是由被测电阻R_X、取样电阻R、串联后并联在高压U的两端、R的一端接COM，并从R两端取得取样电压U_R，U_EF′及U_R的低压端均接COM，然后将A／D转换器基准电压输入端R_EF－和模拟信号电压输入端IN_－连接后接COM端，将电压U_EF′的高压端接A／D转换器的信号输入端IN_＋，将取样电压U_R的高压端接A／D转换器基准电压的高压端接R_EF＋，根据上述公式可直接完成倒数运算及A／D转换，使显示器上显示的数字直接与被测电阻R_X对应，无需换算、并使高压测试电源电压U的变化不影响本高阻计的测试精度。

A／D转换电路由A／D换化器集成块、数字显示器及其它为集成块配套的外围阻容组成，电阻R₅、电容C₆为时钟振荡阻容、C₇为基准电容、C₈为自另位电容，C₉为积分电容、R₆为积分电阻、R₇为显示器限流电阻、并在时钟电路中装有开关或按钮AN，按下AN，使时钟停振、这样，可在切断高压时，使普通不带锁存的A／D转换器实现读数锁存。

下面结合附图、实施例对本实用新型作进一步描述：

图1为本实用新型电原理框图

图2为本实用新型电子线路图

图3为本实用新型外型结构图

图4为本实用新型外型局部剖视图

1－高压发生器、2－采样电路、3－A／D转换器电路、4－机壳、5－电源开关、6－数字显示器、7－量程选择开关、8－工作／锁存开关、9－测试插孔、10－被测电阻、11－电源、12－电压选择开关。

高压发生器1中，B为振荡变压器，它采用MOX2000型E形磁芯，三极管BG₁、电感L₁、L₂、电容C₂组成变压器反馈式振荡电路、振荡频率为1／2π $\sqrt{L_{1}L{}_2}$ ，起振后在电感L₄、L₅、L₆，上感应出高压，经整流管D₅、D₆和电容C₄、C₅滤波后，经限流电阻R₄，送到采样电路。其内阻应保证在被测电阻R_X短路时，取样电压U_R小于A／D转换器允许最大输入电压。高压发生器1的其余电路组成反馈稳幅网络，可在外负载变化时，保证输出电压变化＜±10％，当振荡变压器起振后，电感L₃感应出电压，经整流管D₁～D₄整流，再经电容C₁滤波、稳压管DW₁稳压，使BG₂的b稳定，当某种原因使振荡加强，使电流I_c1上升，BG₂的电压V_e2上升，但V_b不变，从而使V_be2下降，又使振荡减弱，并趋向稳定，因而高压基本不变。

采样电路2中的高压分压分路是采用分压电阻R₁、分压比微调电位器W组成。R₁、W采用精密电阻、分压比为K，K＝W／R₁＋W，将该分路作基准电源采样，高压U的低端，W的一端均接COM端。另一分路的取样电阻R也采样用精密电阻，接在A／D转换器的R_EF ^＋、COM端之间，被测电阻R_X》R、取样电阻可在500Ω～10KΩ范围选用，分压比可取10^－5、10^－6等。在取样电阻R确定的情况下，其分压值的变化可方便地改变本高阻计的量程。

在采样电路2中、取样电压U_R的两端，作为A／D转换器基准电压输入端R_EF ^＋、R_EF ^－并连接。外接基准电压U_EF′是采用由高压发生器经电阻R₄限流后输出的电压U分压而得U_EF′，并将U_EF′两端输入A／D转换器的模拟信号输入端IN_＋、IN_－并连接高压U的低端，IN_－、R_EF－连接作公共端COM。

A／D转换电路3中，A／D转换器可采用7107型、14433型、7135型，并配以LED显示器，若A／D转换器采用7106型、7116型、7126型、77136型则可配用LCD显示器。电阻R₅与电容C₆为时钟振荡阻容，C₇为基准电容，C₈为自零位电容，C₉为积分电容，R₆为积分电阻，R₇为显示器的限流电阻。

本实用新型的操作过程如下：

1、先选择测试电压，测试电压分为250V、500V、1000V，三档，可由开关K₄选择。（校准仪表时只需在任一档电压值下校准一次即可，因为电压U的变化与读数无关）。

2、再选择满度值，改变K₃或R可方便地改变本高阻计的满度值。

3、将被测电阻R_X接入E、L两端插孔，

4、合上电源开关K₁，A／D转换器得电、但因K_2－2合上、使高压发生器振荡停止，

5、合上“互作启动”开关K₂、K_2－1合上，使高压发生器工作，K_2－2分开，使A／D转换器正常工作。

6、测试完成后，打开K₂，高压发生器停止工作，K_2－2合上使A／D转换器无时钟振荡，读数被保持。

本实用新型的优点：

1、本实用新型提出了与恒压式数字绝缘测试仪完全不同的原理，即不是将A／D转换器作为数字电压表之用，而是利用读数与输入电压、基准电压之间的关系，使一块普通的A／D转换器，不但完成了模－数转换，而且自动完成了倒数运算，省去了倒数运算电路。对于影响精度的高压发生器输出电压，本高阻计采用了“利用其误差自动补偿读数误差”的设计思想、通过巧妙的连接，不但将影响精度的高压发生器输出电压从公式中消去，而且省去了价格较贵、影响A／D转换器精度的外接基准电压源，由于这两个关键问题的介决，使得便携式高精度数字高阻计的实用化成为可能，而且由于电路简单，价格又接近老式手摇式指针指示的兆欧表，从而具有极强的市场竞争力，与国内外同类产品相比，精度最高，能达到±0.5％，读数达±5字级，精度提高一倍以上，体积最小，功能最齐，而成本只有原本国产品的1／4，进口的日本产品的1／7，予计本高阻计将完全可能淘汰手摇发电机指针兆欧计。

2、简化了高压发生器，因为高压发生器电源电压变化而引起的高压变化，对精度无任何影响，但为了保证本高阻计对高压测试电压的要求、（一般为±10％），对高压发生器电路中可加一简单的反馈稳幅网络，使高压波动达到±10％的要求。

3、由于高压发生器的简化和大幅度简化了电子线路及读数锁存功能使高阻计功耗最省、这对于便携式仪表特别具有实用价值。不但降低了高阻计成本，而且大大提高了可靠性。

4、影响本高阻计精度的仅仅是取样电阻R，分压电阻R₁，分压比微调电位器W，采用价廉的精密电阻便可达到2×10^－5／℃的温度系数，从而使本高阻计的温度性能极佳。

5、与原有的兆欧计相比，本高阻计基本上采用电子元器件组成，省去了大量的铜线、硅钢片、铝铸件等，也相对节省了能源与紧缺的有色金属原材料。

6、本高阻计采用“利用其误差自动补偿读数误差”的设计原理可作为经典电路，亦可适用其它仪器仪表设计之用，使更多仪器既提高精度、又降低成本。

Claims (2)

1、一种用于测量绝缘电阻、高值电阻的高精度数字高阻计、含有高压发生器1、采样电路2、A/D转换器电路3、机壳4、电源开关5、数字显示器6、量程选择开关7、工作/锁存开关8、测试插孔9、被测电阻10、电源11、电压选择开关12，其特征在于采样电路2由二个分路组成，一分路是由分压电阻R₁、分压比微调电位器W串联组成高压分压分路。将其并联在经电阻R₄限流后的高压发生器1的输出端，该两端电压为U，电压低端为COM端，W的一端接COM端，并从W中心抽头，取得电压U_EF′，若分压比为K，则

U_EF′=KU

另一分路是由被测电阻R_x、取样电阻R、串联后并联在高压U的两端，并从R两端取得取样电压U_R。U_EF′及U_R的低端均接COM，

a、将A/D转换器的基准电压输入端R_EF、和摸拟信号输入端IN_-连接后接COM端。

b、将取样电压U_R的高压端送入A/D转换器的基准电压的高压端R_EF+，

c、电压U_EF′的高压端送入A/D转换器的摸拟信号输入端IN₊

2、按照权利要求1所述的高精度数字高阻计，其特征在于在A／D转换电路3中装有当切断高压时，使普通不带锁存的A／D转换器实现读数锁存的开关或按纽8。

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