專(zhuān)利名稱(chēng)：數(shù)字式兆歐表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于絕緣電阻測(cè)量?jī)x器技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種數(shù)字式兆歐表。
背景技術(shù)：
絕緣體兩端的電壓超過(guò)某一數(shù)值時(shí)，其內(nèi)部分子在電磁場(chǎng)的作用下發(fā)生變化，對(duì) 電子的束縛力下降，引起絕緣體擊穿，使得絕緣體導(dǎo)電。為了用電安全，需測(cè)定用電設(shè)備的 絕緣電阻，只有絕緣電阻符合要求，才能保證用電設(shè)備的完好，并避免造成人身安全事故。 絕緣電阻是電氣安全檢測(cè)項(xiàng)目中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。而吸收比K二R60/R15，即測(cè)試 用電設(shè)備絕緣電阻60s得到的電值R60與測(cè)試該用電設(shè)備絕緣電阻15s得到的電值R15的 比值(對(duì)于大電容設(shè)備為10min之值與lmin之值的比值，稱(chēng)為極化指數(shù))，是檢驗(yàn)用電設(shè)備 絕緣性是否嚴(yán)重受損或存在局部缺陷的重要依據(jù)。兆歐表是測(cè)量絕緣電阻的專(zhuān)用儀表，應(yīng) 用廣泛。傳統(tǒng)手搖指針式兆歐表，使用時(shí)，必須采用手搖電機(jī)，保證120r/s的轉(zhuǎn)速，才能維 持正常的輸出電壓，且測(cè)量范圍小，誤差大，吸收比需測(cè)量后另行計(jì)算，使用不便。 隨著電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，尤其是單片機(jī)(single-chip microcontroller)的出 現(xiàn)并不斷發(fā)展，引起了儀器儀表結(jié)構(gòu)的根本性變革。以單片機(jī)為主體取代傳統(tǒng)儀器儀表的 常規(guī)機(jī)械及電子線路，可以容易地將計(jì)算技術(shù)與測(cè)量控制技術(shù)結(jié)合在一起，形成智能化測(cè) 量?jī)x表。這種新型的智能化儀表在測(cè)量過(guò)程的自動(dòng)化、測(cè)量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理以及功能的多 樣化方面取得了巨大進(jìn)展，并得到了廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)有兆歐表的電壓檔位較少，電壓誤差較 大，通過(guò)升壓變壓器再經(jīng)過(guò)倍壓，濾波得到的高壓不穩(wěn)定，雜波成分多，且沒(méi)有電壓回采回 路(理論上在1000伏的檔位輸出1000伏，但實(shí)際上隨著負(fù)載電阻的變化輸出的電壓在 1000伏左右變化)，導(dǎo)致測(cè)量誤差較大，電路復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種數(shù)字式兆歐表，電壓誤差小，濾波得到的高壓穩(wěn)定， 雜波成分少，測(cè)量準(zhǔn)確，且電壓檔位較多，電路簡(jiǎn)單。 本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是，數(shù)字式兆歐表，包括依次連接的直流高壓產(chǎn)生 電路、取樣電路和數(shù)據(jù)采集及A/D轉(zhuǎn)換電路，取樣電路與譯碼/驅(qū)動(dòng)LCD顯示電路相連接， 數(shù)據(jù)采集及A/D轉(zhuǎn)換電路與單片機(jī)相連接，單片機(jī)與譯碼/驅(qū)動(dòng)LCD顯示電路相連接，單片 機(jī)采用PIC16F873。 本實(shí)用新型的特征還在于， 譯碼/驅(qū)動(dòng)LCD顯示電路采用320X240真彩液晶模塊。 直流高壓產(chǎn)生電路的結(jié)構(gòu)包括依次連接的P麗產(chǎn)生芯片、大功率場(chǎng)效應(yīng)管、高壓
包和分壓電阻，P麗產(chǎn)生芯片與換擋繼電器組相連接，換擋繼電器組與單片機(jī)相連接，分壓
電阻分別與P麗產(chǎn)生芯片和單片機(jī)相連接。 高壓包采用17英寸黑白電視顯示器高壓包。 P麗產(chǎn)生芯片采用SG3525電流控制型脈寬調(diào)制器。[0012] 本實(shí)用新型兆歐表的優(yōu)點(diǎn)有 1.采用17英寸黑白電視顯示器高壓包作為變壓器，其電壓范圍大、體積小，采用 密封隔離技術(shù)，最大程度減少了高壓交流信號(hào)對(duì)模擬部分的干擾。 2.P麗產(chǎn)生芯片采用開(kāi)關(guān)電源芯片SG3525，頻率占空比可調(diào)，有利于和高壓變壓 器的頻率匹配，大大改善了高壓變壓器的性能和效率. 3.采用高壓回采技術(shù)和深度反饋技術(shù)，將高壓包輸出的高壓經(jīng)過(guò)采樣，確定其準(zhǔn) 確值再計(jì)算而不是理論的當(dāng)位置，保證了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確，誤差小。

圖1是本實(shí)用新型兆歐表一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本實(shí)用新型兆歐表中直流高壓產(chǎn)生電路的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖中，l.直流高壓產(chǎn)生電路，2.取樣電路，3.數(shù)據(jù)采集及A/D轉(zhuǎn)換電路，4.譯碼/
驅(qū)動(dòng)LCD顯示電路，5.單片機(jī)，6.換擋繼電器組，7.P麗產(chǎn)生芯片，8.大功率場(chǎng)效應(yīng)管，9.黑
白電視高壓包，IO.分壓電阻。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。 絕緣電阻表是基于伏安法的一種電阻測(cè)量機(jī)構(gòu)。被測(cè)電阻本身不帶能量，因此，絕 緣電阻表中必須配置直流電源裝置作為輔助電源，該直流電源裝置為絕緣電阻表提供直流 電壓。而電流指示儀表用于測(cè)量由直流電壓到被測(cè)對(duì)象產(chǎn)生的直流微小電流，屏蔽是為防 止干擾、保證精度設(shè)置的機(jī)構(gòu)。由于電器設(shè)備的絕緣電阻往往是在某一規(guī)定的電壓(絕緣 電壓系數(shù))下進(jìn)行測(cè)量的，因此絕緣電阻表的電壓值較高，一般按其額定電壓值可分為以 下4種500V，1000V，2500V，5000V。工作電壓的分類(lèi)主要取決于絕緣體承受的電壓。 一般 的電路的絕緣實(shí)驗(yàn)電壓為500V，而電機(jī)為1000V。 本實(shí)用新型兆歐表一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，如圖1所示，包括依次連接的直流高壓產(chǎn) 生電路1、取樣電路2和數(shù)據(jù)采集及A/D轉(zhuǎn)換電路3，取樣電路2與譯碼/驅(qū)動(dòng)LCD顯示電 路4相連接，數(shù)據(jù)采集及A/D轉(zhuǎn)換電路3與單片機(jī)5相連接，單片機(jī)5與譯碼/驅(qū)動(dòng)LCD顯 示電路4相連接。 本實(shí)用新型兆歐表中直流高壓產(chǎn)生電路1的結(jié)構(gòu)，如圖2所示，包括依次連接的 P麗產(chǎn)生芯片7、大功率場(chǎng)效應(yīng)管8、高壓包9和分壓電阻10，P麗產(chǎn)生芯片7與換擋繼電器 組6相連接，換擋繼電器組6與單片機(jī)5相連接，分壓電阻10分別與P麗產(chǎn)生芯片7和單 片機(jī)5相連接。 直流高壓產(chǎn)生電路1是兆歐表的硬件核心部分，決定測(cè)量的性能和指標(biāo)。其產(chǎn)生 的幾千伏高壓，處理不好會(huì)產(chǎn)生很大干擾，甚至燒毀兆歐表，也會(huì)影響測(cè)量結(jié)果的正確。本 兆歐表采用軟件和硬件共同閉環(huán)原理，同時(shí)采用深度負(fù)反饋，確保了高壓的穩(wěn)定性。并且將 穩(wěn)定的電壓再進(jìn)行采樣，確保了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。P麗產(chǎn)生芯片7采用SG3525電流控制 型脈寬調(diào)制器，該電流控制型脈寬調(diào)制器接反饋電流來(lái)調(diào)節(jié)脈寬。在脈寬調(diào)制器的脈寬比 較器的輸入端直接用流過(guò)輸出電感線圈的信號(hào)與誤差放大器輸出信號(hào)進(jìn)行比較，調(diào)節(jié)占空 比使輸出的電感峰值電流跟隨誤差電壓變化而變化。高壓包9屬于行輸出變壓器，工作頻
4率在15KHZ時(shí)的效率最高，脈寬調(diào)制器輸出頻率固定為15KHZ的交流信號(hào)波(占空比可以 調(diào)節(jié)，即通過(guò)反饋端電壓改變誤差放大器反相輸入端電流的大小來(lái)改變輸出的占空比，頻 率固定在15KHZ， 一定范圍內(nèi)占空比越大輸出的電壓越高)，該交流信號(hào)波推動(dòng)大功率場(chǎng)效 應(yīng)管8的通斷，產(chǎn)生大電流的交流信號(hào)，再推動(dòng)高壓包9產(chǎn)生直流高壓。高壓包9產(chǎn)生的直 流高壓送入分壓電阻10，分壓電阻10由三組電阻組成，該三組電阻將分壓電阻10接收到的 直流高壓分別引入P麗產(chǎn)生芯片7、取樣電路2和數(shù)據(jù)采集及A/D轉(zhuǎn)換電路3。其中第一組 電阻將直流高壓引入P麗產(chǎn)生芯片7調(diào)節(jié)占空比，即引入誤差放大器的反相輸入端，實(shí)現(xiàn)輸 出到輸入的深度負(fù)反饋，穩(wěn)定高壓輸出；第二組電阻將直流高壓引入取樣電路2，該組電阻 與被測(cè)電阻串聯(lián)分壓，電壓分量經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓二極管，模擬跟隨器和濾波電容引入單片機(jī)5的 模數(shù)轉(zhuǎn)換口進(jìn)行采樣分析，換檔判定；第二組電阻將直流高壓引入數(shù)據(jù)采集及A/D轉(zhuǎn)換電 路3，電壓分量經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓二極管，模擬跟隨器和濾波電容引入單片機(jī)5的數(shù)模轉(zhuǎn)換接口，進(jìn) 行采樣，并計(jì)算出精確的直流高壓值。數(shù)模轉(zhuǎn)換接口為單片機(jī)5的內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換單元，5路 模擬輸入(本兆歐表使用ANI1和ANI2兩路)，12位A/D采樣精度，四個(gè)可選時(shí)鐘2T0SC， 8T0SC，32T0SC和內(nèi)部的RC振蕩器。 高壓包9采用17寸黑白電視顯像管的高壓變壓器，內(nèi)部集成了高壓整流硅堆，輸 出的直流范圍可達(dá)到12000伏，5000伏的短路電流高達(dá)15MA，完全符合本實(shí)用新型兆歐表 的要求。換檔繼電器有三個(gè)，1000伏，2500伏，5000伏各使用一個(gè)，500伏是默認(rèn)值不用繼 電器切換。 譯碼/驅(qū)動(dòng)LCD顯示電路4采用320X240真彩液晶模塊，該模塊內(nèi)集成有圖庫(kù)字 庫(kù)，同時(shí)顯示被測(cè)物體的電壓檔位、阻值、吸收比和極化指數(shù)。譯碼/驅(qū)動(dòng)LCD顯示電路4 與單片機(jī)5通過(guò)串口連接，單片機(jī)5將計(jì)算得到的直流高壓值通過(guò)串口發(fā)送到譯碼/驅(qū)動(dòng) LCD顯示電路4，通過(guò)液晶予以顯示，大大減少了線路板對(duì)液晶的干擾。 單片機(jī)5采用PIC16F873， PIC16F873是具有高性能的RISC CPU，只有35條指 令，除程序分支指令為兩個(gè)周期外，其他均為單周期指令，運(yùn)行速度DC-20MHZ時(shí)鐘輸入 DC-200NS指令周期，8K*14個(gè)FLASH程序存儲(chǔ)器，368*8個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器字節(jié)，256*8EEPR0M數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)器字節(jié)，14個(gè)中斷源，8級(jí)深度硬件堆，直接、間接和相對(duì)尋址，上電復(fù)位，上電定時(shí) 器和震蕩啟動(dòng)定時(shí)器，監(jiān)視定時(shí)器，帶有片內(nèi)可靠運(yùn)行的RC震蕩器、低功耗高速全靜態(tài)設(shè) 計(jì)高吸入/拉出電流25MA、三個(gè)定時(shí)器、兩個(gè)捕捉器、比較器、P麗模塊、12位多通道模/數(shù) 轉(zhuǎn)換器、SPI接口和12C接口，并具有九位地址探測(cè)的通用同步異步接受/發(fā)送器(USART/ SCI)。單片機(jī)5是整個(gè)儀表的核心部分，負(fù)責(zé)運(yùn)算處理顯示，協(xié)調(diào)各部分功能。 本兆歐表具有500伏、1000伏、2500伏和5000伏四種檔位。 本兆歐表中的電路板分為電源和采樣處理及運(yùn)算兩塊，避免了高壓返回的沖擊電 流的影響。液晶顯示電源和工作電源分開(kāi)隔離， 本實(shí)用新型兆歐表的工作流程 將被測(cè)物體接入取樣電路2，電信號(hào)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，但A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果是 動(dòng)態(tài)的。不同的阻值范圍需要不同的取樣電阻，經(jīng)過(guò)換擋繼電器組6選擇取樣電阻，取樣 電阻與被測(cè)電阻串聯(lián)進(jìn)行電壓取樣，單片機(jī)5則通過(guò)中斷查詢(xún)的方式讀取數(shù)據(jù)，并進(jìn)行存 儲(chǔ)。將所得結(jié)果進(jìn)行保存和適當(dāng)?shù)拇a制轉(zhuǎn)換，響應(yīng)鍵盤(pán)以顯示絕緣電阻值或吸收比(極化 指數(shù))。短路3秒內(nèi)，內(nèi)部關(guān)斷高壓和低壓電源，屏幕上的數(shù)據(jù)保持不變，本兆歐表具有電流
5檢測(cè)保護(hù)功能，當(dāng)外界放電，瞬間放電，電流沖擊一定值，儀器可以自動(dòng)切斷高壓電源。使儀 器重新開(kāi)始( 一個(gè)擊穿電路和過(guò)流保護(hù)電路)，高壓回路的測(cè)量采樣用隔離變壓器，高壓回 路的采樣信號(hào)避免直接進(jìn)入儀器，避免外部放電時(shí)對(duì)測(cè)量部分的沖擊。 本兆歐表加電后，開(kāi)路狀態(tài)下的電阻值為無(wú)窮大，單位可以自動(dòng)變換，可以顯示到 小數(shù)點(diǎn)后兩位。按動(dòng)一次測(cè)試鍵，進(jìn)入測(cè)量狀態(tài)，再按一次進(jìn)入退出狀態(tài)，即兆歐表內(nèi)部切 斷高壓，并且液晶顯示屏幕上保持原有的數(shù)據(jù)不丟失。若測(cè)試線掉線，測(cè)試數(shù)據(jù)自動(dòng)回0，若 測(cè)試線短路，5秒內(nèi)高壓自動(dòng)關(guān)閉。測(cè)試結(jié)束后，高壓自動(dòng)關(guān)閉，數(shù)據(jù)自動(dòng)保存。測(cè)試進(jìn)行過(guò) 程中按下測(cè)試鍵，即停止測(cè)試，此時(shí)，高壓切斷，屏幕數(shù)據(jù)自動(dòng)保存，重新啟動(dòng)后才有新數(shù)據(jù) 產(chǎn)生。測(cè)試完畢，無(wú)需短路測(cè)試端人工放電，高壓電路自動(dòng)放電。 本兆歐表中安裝有蜂鳴器，測(cè)量中定時(shí)15秒和60秒或(lmin和10min)時(shí)發(fā)出蜂 鳴聲，單片機(jī)5定時(shí)獲取15s和60s時(shí)的用電設(shè)備絕緣電阻值(或lmin和10min)，通過(guò)計(jì) 算獲得用電設(shè)備絕緣電阻的吸收比和極化指數(shù)，并通過(guò)譯碼/驅(qū)動(dòng)LCD顯示電路4予以顯 示。 本兆歐表能方便地測(cè)量絕緣電阻的吸收比和極化指數(shù)等參數(shù)，適合各類(lèi)絕緣設(shè)備 的測(cè)量需要。且電路簡(jiǎn)單、成本低，雜波成分比較少，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確，誤差小。
權(quán)利要求數(shù)字式兆歐表，其特征在于，包括依次連接的直流高壓產(chǎn)生電路(1)、取樣電路(2)和數(shù)據(jù)采集及A/D轉(zhuǎn)換電路(3)，取樣電路(2)與譯碼/驅(qū)動(dòng)LCD顯示電路(4)相連接，數(shù)據(jù)采集及A/D轉(zhuǎn)換電路(3)與單片機(jī)(5)相連接，單片機(jī)(5)與譯碼/驅(qū)動(dòng)LCD顯示電路(4)相連接，單片機(jī)(5)采用PIC16F873。
2. 按照權(quán)利要求1所述的兆歐表，其特征在于，所述的譯碼/驅(qū)動(dòng)LCD顯示電路(4)采 用320X240真彩液晶模塊。
3. 按照權(quán)利要求l所述的兆歐表，其特征在于，所述直流高壓產(chǎn)生電路(1)的結(jié)構(gòu)包 括依次連接的P麗產(chǎn)生芯片(7)、大功率場(chǎng)效應(yīng)管(8)、高壓包(9)和分壓電阻(10)， P麗 產(chǎn)生芯片(7)與換擋繼電器組(6)相連接，換擋繼電器組(6)與單片機(jī)(5)相連接，分壓電 阻(10)分別與P麗產(chǎn)生芯片(7)和單片機(jī)(5)相連接。
4. 按照權(quán)利要求3所述的兆歐表，其特征在于，所述的高壓包(9)采用17英寸黑白電 視顯示器高壓包。
5. 按照權(quán)利要求3所述的兆歐表，其特征在于，所述的P麗產(chǎn)生芯片(7)采用SG3525 電流控制型脈寬調(diào)制器。
專(zhuān)利摘要數(shù)字式兆歐表，包括依次連接的直流高壓產(chǎn)生電路、取樣電路和數(shù)據(jù)采集及A/D轉(zhuǎn)換電路，取樣電路與譯碼/驅(qū)動(dòng)LCD顯示電路相連接，數(shù)據(jù)采集及A/D轉(zhuǎn)換電路與單片機(jī)相連接，單片機(jī)與譯碼/驅(qū)動(dòng)LCD顯示電路相連接，單片機(jī)采用PIC16F873。本實(shí)用新型兆歐表電壓誤差小，濾波得到的高壓穩(wěn)定，雜波成分少，測(cè)量準(zhǔn)確，且電壓檔位較多，電路簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)G01R27/02GK201503469SQ20092030589
公開(kāi)日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2009年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月9日
發(fā)明者張大興, 趙剛, 黃新波 申請(qǐng)人:西安工程大學(xué)