高阻值電阻測(cè)量裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種高阻值電阻測(cè)量裝置，包括高壓升壓?jiǎn)卧㈦妷呵段粏卧?、濾波單元和阻值測(cè)量單元，其中高壓升壓?jiǎn)卧糜谔峁y(cè)量待測(cè)電阻的阻值所需的第一直流激勵(lì)電壓，電壓嵌位單元用于嵌位第一直流激勵(lì)電壓，得到嵌位后的第二直流激勵(lì)電壓，濾波單元用于濾除第二直流激勵(lì)電壓中的交流諧波，得到濾波后的第三直流激勵(lì)電壓，阻值測(cè)量單元用于根據(jù)第三直流激勵(lì)電壓，得到待測(cè)電阻的阻值。本實(shí)用新型采用二階無源RC低通濾波網(wǎng)絡(luò)，有效消除測(cè)量電壓中的交流諧波，提高了高阻值電阻的測(cè)量精度。此外，還通過擴(kuò)展電壓表的電壓測(cè)量范圍，以及采用高分辨率的電流檢測(cè)技術(shù)，提高了高阻值電阻的測(cè)量范圍。
【專利說明】高阻值電阻測(cè)量裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及電氣測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種高阻值電阻測(cè)量裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 電阻阻值測(cè)量是電氣測(cè)量領(lǐng)域內(nèi)非常普遍的一種測(cè)量?jī)?nèi)容。常用的測(cè)量工具有萬 用表和絕緣電阻表。對(duì)于高阻值的電阻或者絕緣電阻，一般在其兩端施加500V?2500V的 直流測(cè)量電壓，根據(jù)歐姆定律，通過測(cè)試回路電流的大小即可換算出電阻阻值。然而，無論 是手搖式絕緣電阻表還是數(shù)字式絕緣電阻表，其輸出的直流測(cè)量電壓中都含有幾 KHz至幾 十KHz的交流諧波，交流諧波的電壓高達(dá)幾十伏甚至上百伏，在測(cè)量高阻值電阻時(shí)，這種交 流諧波通過絕緣體的寄生電容和空間電容作用于測(cè)量回路，會(huì)顯著影響回路電流，給電阻 的測(cè)量帶來很大的誤差，測(cè)量精度不高。
[0003] 此外，一般情況下，萬用表的阻值測(cè)量范圍一般在0. 1 Ω?100M Ω，絕緣電阻表的 測(cè)量范圍在0.1ΜΩ?1000ΜΩ，先進(jìn)的數(shù)字式絕緣電阻表可以測(cè)量阻值為IOOGQ的電阻。 然而，現(xiàn)有測(cè)量工具的測(cè)量范圍仍然比較有限，不能滿足對(duì)阻值更高的電阻的測(cè)量需要。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0004] 本實(shí)用新型提供一種高阻值電阻測(cè)量裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中高阻值電阻測(cè)量精 度不高的問題。
[0005] 本實(shí)用新型提供一種高阻值電阻測(cè)量裝置，所述裝置包括高壓升壓?jiǎn)卧㈦妷呵?位單元、濾波單元和阻值測(cè)量單元，所述高壓升壓?jiǎn)卧?、所述濾波單元和所述阻值測(cè)量單元 依次連接，所述電壓嵌位單元嵌連在所述濾波單元內(nèi)部；
[0006] 所述高壓升壓?jiǎn)卧?，用于提供測(cè)量待測(cè)電阻的阻值所需的第一直流激勵(lì)電壓；
[0007] 所述電壓嵌位單元，用于嵌位所述第一直流激勵(lì)電壓，得到嵌位后的第二直流激 勵(lì)電壓；
[0008] 所述濾波單元，用于濾除所述第二直流激勵(lì)電壓中的交流諧波，得到濾波后的第 三直流激勵(lì)電壓；
[0009] 所述阻值測(cè)量單元，用于根據(jù)所述第三直流激勵(lì)電壓，得到所述待測(cè)電阻的阻值。
[0010] 結(jié)合上述方案，在第一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述濾波單元為二階無源RC低通濾 波網(wǎng)絡(luò)，包括第一電阻、第二電阻、第一電容和第二電容，所述第一電阻和所述第一電容串 聯(lián)，所述第二電阻和所述第二電容串聯(lián)后與所述第一電容并聯(lián)。
[0011] 結(jié)合上述方案，在第二種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述電壓嵌位單元嵌連在所述濾波 單元內(nèi)部包括：所述電壓嵌位單元與所述濾波單元的第一電容并聯(lián)。通過所述待測(cè)電阻的 電流。
[0012] 結(jié)合上述方案，在第三種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述阻值測(cè)量單元包括并聯(lián)連接的 高壓測(cè)量模塊和微電流測(cè)量模塊，所述高壓測(cè)量模塊用于測(cè)量所述第三直流激勵(lì)電壓，所 述微電流測(cè)量模塊用于測(cè)量
[0013] 結(jié)合上述方案的第三種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第四種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述高壓 測(cè)量模塊包括第一電壓表和第四電阻，所述第一電壓表和所述第四電阻串聯(lián)；所述第一電 壓表的直流電壓量程大于500V，內(nèi)阻大于5ΜΩ。
[0014] 結(jié)合上述方案的第三種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第五種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述微電 流測(cè)量模塊包括第二電壓表和待測(cè)電阻，所述第二電壓表和所述待測(cè)電阻串聯(lián)；所述第二 電壓表的電壓分辨率小于0. lmV，內(nèi)阻大于IM Ω。
[0015] 結(jié)合上述方案，在第六種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述裝置還包括保護(hù)單元，連接在所 述濾波單元和所述阻值測(cè)量單元之間，用于防止電路異常時(shí)出現(xiàn)高壓電擊人體和其他敏感 設(shè)備的情況。
[0016] 結(jié)合上述方案的第六種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第七種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述保護(hù) 單元包括第三電阻，所述第三電阻的阻值范圍為〇. 5~10ΜΩ。
[0017] 結(jié)合上述方案以及上述方案的第一種至第七種可能實(shí)現(xiàn)方式，在第八種可能的實(shí) 現(xiàn)方式中，所述裝置還包括由導(dǎo)電金屬材料制作的外殼，所述外殼內(nèi)部由隔離板分為左側(cè) 腔體和右側(cè)腔體，所述左側(cè)腔體內(nèi)設(shè)置所述高壓升壓?jiǎn)卧?、所述電壓嵌位單元、所述濾波單 元和所述保護(hù)單元，所述右側(cè)腔體設(shè)置所述阻值測(cè)量單元；所述隔離板上設(shè)有兩個(gè)帶絕緣 管套的通孔，所述保護(hù)單元與所述阻值測(cè)量單元的接線從所述通孔穿過。
[0018] 本實(shí)用新型采用二階無源RC低通濾波網(wǎng)絡(luò)，有效消除測(cè)量電壓中的交流諧波，不 影響回路電流，有效提高高阻值電阻的測(cè)量精度。此外，本實(shí)用新型還通過擴(kuò)展電壓表的電 壓測(cè)量范圍，以及采用高分辨率的電流檢測(cè)技術(shù)，提高對(duì)高阻值電阻的測(cè)量范圍。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需 要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí) 施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖 獲得其他的附圖。
[0020] 圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的高阻值電阻測(cè)量裝置的電路原理圖；
[0021] 圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的高阻值電阻測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022] 為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新 型實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0023] 參照?qǐng)D1所示，圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的高阻值電阻測(cè)量裝置的電路原理 圖。具體地，本實(shí)用新型實(shí)施例提供一種高阻值電阻測(cè)量裝置，用于精確測(cè)量高阻值電阻的 阻值。該裝置包括高壓升壓?jiǎn)卧?01、電壓嵌位單元102、濾波單元103、保護(hù)單元104和阻 值測(cè)量單元105,其中高壓升壓?jiǎn)卧?01、濾波單元103、保護(hù)單元104和阻值測(cè)量單元105 依次連接，電壓嵌位單元102嵌連在濾波單元103內(nèi)部。
[0024] 其中，高壓升壓?jiǎn)卧?01，用于提供測(cè)量待測(cè)電阻的阻值所需的第一直流激勵(lì)電 壓；該高壓升壓?jiǎn)卧?01包括直流電源Β、開關(guān)K和高壓發(fā)生器，直流電源B的正極經(jīng)過開關(guān) K后連接高壓發(fā)生器的正輸入端，負(fù)極直接連接高壓發(fā)生器的負(fù)輸入端，高壓升壓?jiǎn)卧?01 輸出第一直流激勵(lì)電壓。
[0025] 具體地，根據(jù)待測(cè)電阻的不同，高壓升壓?jiǎn)卧?01可以輸出100V?5000V的直流 電壓。一般情況下，待測(cè)電阻的阻值越大，所需的測(cè)量電壓越高，高壓升壓?jiǎn)卧?01的輸出 電壓也相應(yīng)越高。根據(jù)待測(cè)電阻的阻值范圍和耐壓要求，作為測(cè)量電壓的第一直流激勵(lì)電 壓一般為500V、1000V、2500V和5000V，也可以根據(jù)需要輸出其它電壓值。
[0026] 電壓嵌位單元102,用于嵌位第一直流激勵(lì)電壓，得到嵌位后的第二直流激勵(lì)電 壓；該電壓嵌位單元102包括第一壓敏電阻RVl、第二壓敏電阻RV2和第三壓敏電阻RV3, 一 般來說這三個(gè)壓敏電阻的總耐壓之和等于所需要的測(cè)量電壓。電壓嵌位單元102兩端的電 壓為第二直流激勵(lì)電壓。
[0027] 該單元一般由單個(gè)或者多個(gè)壓敏電阻串聯(lián)組成，將高壓升壓?jiǎn)卧?01輸出的第一 直流激勵(lì)電壓嵌位到安全的電壓范圍之內(nèi)，防止過高的電壓擊穿整個(gè)測(cè)量裝置和待測(cè)電 阻。
[0028] 濾波單元103,用于濾除第二直流激勵(lì)電壓中的交流諧波，得到濾波后的第三直流 激勵(lì)電壓；該濾波單元103為二階無源RC低通濾波網(wǎng)絡(luò)，包括第一電阻R1、第二電阻R2、第 一電容Cl和第二電容C2,第一電阻Rl和第一電容Cl串聯(lián)，第二電阻R2和第二電容C2串 聯(lián)后與第一電容Cl并聯(lián)，電壓嵌位單元102中的第一壓敏電阻RV1、第二壓敏電阻RV2和第 三壓敏電阻RV3串聯(lián)后也與第一電容Cl并聯(lián)，第一電容Cl和第二電容C2共負(fù)極，負(fù)極均 連接高壓升壓?jiǎn)卧?01的輸出負(fù)極。濾波單元103為二階無源RC低通濾波網(wǎng)絡(luò)，RC常數(shù) 大于0. 1，可以將第二直流激勵(lì)電壓中大于IOOHz的交流諧波衰減67dB以上，濾波后的交流 分量小于IV，有效減小其通過寄生電容和空間雜散電容對(duì)測(cè)量結(jié)果帶來的誤差。
[0029] 為達(dá)到良好的濾波效果，一般地，濾波單元103中，第一電阻Rl和第二電阻R2的 阻值應(yīng)大于IM Ω，第一電容Cl和第二電容C2的容量大于0. 1 μ f，第一電容Cl和第二電容 C2的耐壓均需高于第一直流激勵(lì)電壓的20%以上。濾波單元103輸出的電壓，即第二電容 C2兩端的電壓，為第三直流激勵(lì)電壓。
[0030] 保護(hù)單元104,用于防止電路異常時(shí)出現(xiàn)高壓電擊人體和其他敏感設(shè)備的情況； 該保護(hù)單元104包括第三電阻R3,串聯(lián)在濾波單元103和阻值測(cè)量單元105之間。為達(dá)到 良好的保護(hù)效果，第三電阻R3的阻值范圍優(yōu)選為0. 5~10ΜΩ。
[0031] 阻值測(cè)量單元105,用于根據(jù)第三直流激勵(lì)電壓，得到待測(cè)電阻的阻值；該阻值 測(cè)量單元105包括并聯(lián)連接的高壓測(cè)量模塊1051和微電流測(cè)量模塊1052,高壓測(cè)量模塊 1051用于測(cè)量第三直流激勵(lì)電壓，微電流測(cè)量模塊1052用于測(cè)量通過待測(cè)電阻的電流。
[0032] 具體地，高壓測(cè)量模塊1051包括第一電壓表Vl和第四電阻R4,其中第一電壓表 Vl和第四電阻R4串聯(lián)，第四電阻R4的另一端與第三電阻R3相接，第一電壓表Vl的另一 端與第二電容C2的負(fù)極相接。為達(dá)到最佳測(cè)量效果，第一電壓表Vl為高阻數(shù)字式電壓表， 第一電壓表Vl的直流電壓量程大于500V，內(nèi)阻大于5ΜΩ，有效顯示數(shù)字3位。根據(jù)歐姆定 律，電壓表串聯(lián)電阻后量程得到擴(kuò)展，擴(kuò)展系數(shù)為串聯(lián)電阻與電壓表內(nèi)阻的比值。高壓測(cè)量 模塊1051中，第一電壓表Vl串聯(lián)第四電阻R4量程得到擴(kuò)展，擴(kuò)展系數(shù)為R4/R V1，其中R4 和Rvi分別表不第四電阻R4的阻值和第一電壓表Vl的內(nèi)阻。一般地，當(dāng)?shù)谝浑妷罕鞻l的 量程為1000V，內(nèi)阻為10M，串聯(lián)的第四電阻R4為90M時(shí)，高壓測(cè)量模塊1051可以測(cè)量高達(dá) IOkV的電壓。串聯(lián)第四電阻R4可以等效擴(kuò)大第一電壓表Vl的內(nèi)阻，可防止高壓測(cè)量模塊 1051對(duì)第三直流激勵(lì)電壓形成過大的放電負(fù)載。
[0033] 微電流測(cè)量模塊1052包括第二電壓表V2和待測(cè)電阻Rx，第二電壓表V2和待測(cè) 電阻Rx串聯(lián)，第二電壓表V2的另一端與第三電阻R3相接，待測(cè)電阻Rx的另一端與第二電 容C2的負(fù)極相接。為達(dá)到最佳測(cè)量效果，第二電壓表V2為高分辨率、高內(nèi)阻的電壓表，第 二電壓表V2的電壓分辨率小于0. lmV，內(nèi)阻大于1ΜΩ。待測(cè)電阻Rx的回路電流等于第二 電壓表V2的回路電流，即第二電壓表V2兩端的電壓與其內(nèi)阻的比值。一般地，當(dāng)?shù)诙妷?表V2的電壓分辨率為0. OlmV，內(nèi)阻為10M，則電流分辨率為0. 01mV/10M=10_12A，如此高的電 流分辨率可以保證檢測(cè)阻值更高的電阻。
[0034] 假設(shè)第一電壓表Vl和第二電壓表V2的內(nèi)阻分別為Rvi、Rv2，電壓表不數(shù)分別為U n U2，第四電阻R4的阻值為R4。根據(jù)歐姆定律，待測(cè)電阻Rx的阻值Rx為待測(cè)電阻Rx兩端的 電壓與通過待測(cè)電阻Rx的電流的比值，可由下式得出，單位為M Ω，即：

【權(quán)利要求】
1. 一種高阻值電阻測(cè)量裝置，其特征在于，所述裝置包括高壓升壓?jiǎn)卧?、電壓嵌位?元、濾波單元和阻值測(cè)量單元，所述高壓升壓?jiǎn)卧?、所述濾波單元和所述阻值測(cè)量單元依次 連接，所述電壓嵌位單元嵌連在所述濾波單元內(nèi)部； 所述高壓升壓?jiǎn)卧?，用于提供測(cè)量待測(cè)電阻的阻值所需的第一直流激勵(lì)電壓； 所述電壓嵌位單元，用于嵌位所述第一直流激勵(lì)電壓，得到嵌位后的第二直流激勵(lì)電 壓； 所述濾波單元，用于濾除所述第二直流激勵(lì)電壓中的交流諧波，得到濾波后的第=直 流激勵(lì)電壓； 所述阻值測(cè)量單元，用于根據(jù)所述第=直流激勵(lì)電壓，得到所述待測(cè)電阻的阻值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述濾波單元為二階無源RC低通濾波網(wǎng) 絡(luò)，包括第一電阻、第二電阻、第一電容和第二電容，所述第一電阻和所述第一電容串聯(lián)，所 述第二電阻和所述第二電容串聯(lián)后與所述第一電容并聯(lián)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述電壓嵌位單元嵌連在所述濾波單元 內(nèi)部包括；所述電壓嵌位單元與所述濾波單元的第一電容并聯(lián)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述阻值測(cè)量單元包括并聯(lián)連接的高壓 測(cè)量模塊和微電流測(cè)量模塊，所述高壓測(cè)量模塊用于測(cè)量所述第=直流激勵(lì)電壓，所述微 電流測(cè)量模塊用于測(cè)量通過所述待測(cè)電阻的電流。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述高壓測(cè)量模塊包括第一電壓表和 第四電阻，所述第一電壓表和所述第四電阻串聯(lián)；所述第一電壓表的直流電壓量程大于 500V，內(nèi)阻大于5MQ。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述微電流測(cè)量模塊包括第二電壓表 和待測(cè)電阻，所述第二電壓表和所述待測(cè)電阻串聯(lián)；所述第二電壓表的電壓分辨率小于 0. ImV，內(nèi)阻大于1MQ。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括保護(hù)單元，連接在所述濾 波單元和所述阻值測(cè)量單元之間，用于防止電路異常時(shí)出現(xiàn)高壓電擊人體和其他敏感設(shè)備 的情況。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述保護(hù)單元包括第=電阻，所述第=電 阻的阻值范圍為0. 5?10MQ。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括由導(dǎo)電金屬材 料制作的外殼，所述外殼內(nèi)部由隔離板分為左側(cè)腔體和右側(cè)腔體，所述左側(cè)腔體內(nèi)設(shè)置所 述高壓升壓?jiǎn)卧⑺鲭妷呵段粏卧?、所述濾波單元和所述保護(hù)單元，所述右側(cè)腔體設(shè)置所 述阻值測(cè)量單元；所述隔離板上設(shè)有兩個(gè)帶絕緣管套的通孔，所述保護(hù)單元與所述阻值測(cè) 量單元的接線從所述通孔穿過。
【文檔編號(hào)】G01R27/14GK204228826SQ201420790111
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月15日
【發(fā)明者】楊正偉, 羅雷, 田干, 陶勝杰, 張煒, 朱杰堂 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍第二炮兵工程大學(xué)