專(zhuān)利名稱(chēng)：高精度數(shù)字高阻計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
高精度數(shù)字高阻計(jì)是一種用于測(cè)量各種電器的絕緣結(jié)構(gòu)、絕緣材料的絕緣電阻或其它高值電阻的計(jì)量?jī)x器，又稱(chēng)兆歐計(jì)。
目前，電壓電流法是數(shù)字化測(cè)定絕緣電阻的主要方法之一。其中，最常用的數(shù)字式高阻計(jì)以恒壓式數(shù)字絕緣測(cè)試儀為最普遍，該儀器是由高精度高壓發(fā)生器，倒數(shù)運(yùn)算電路，A／D轉(zhuǎn)換器、數(shù)字顯示器，基準(zhǔn)電壓源等五部分組成，被測(cè)電阻RX接在高精度高壓發(fā)生器輸出電壓U的兩端，根據(jù)歐姆定律并經(jīng)換算后可得關(guān)系式(參見(jiàn)“電測(cè)與儀表”雜志，1987年11期)RX＝UR／UR……(1)RX為被測(cè)電阻，RX》R，UR為取樣電阻兩端的電壓，R為取樣電阻。
這種數(shù)字式高阻計(jì)有三個(gè)缺點(diǎn)其一是高壓測(cè)試電源U的變化，將直接影響測(cè)試精度，在RX大范圍變化(從0.1MΩ～2000MΩ)及供電電源變化等情況下，要保持U的高穩(wěn)定，不但十分困難，而且電子線路復(fù)雜、成本高、耗電多、在便攜式儀器中更難實(shí)現(xiàn)。
其二是取樣電阻兩端的電壓UR與被測(cè)電阻RX成倒數(shù)關(guān)系，要經(jīng)過(guò)倒數(shù)運(yùn)算后才能送入作數(shù)字電壓表使用的A／D轉(zhuǎn)換器，這樣，電子線路復(fù)雜、精度低。
其三，A／D轉(zhuǎn)換器所用的基準(zhǔn)電壓源價(jià)格高，且因溫度飄移等影響，使A／D轉(zhuǎn)換器精度變差。
本實(shí)用新型是設(shè)計(jì)一種新穎的且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的高精度數(shù)字高阻計(jì)，它不但可以大大提高高阻計(jì)的精度，而且可省去倒數(shù)運(yùn)算電路及A／D轉(zhuǎn)換器的外接基準(zhǔn)電源電路，簡(jiǎn)化高壓發(fā)生器，從而大大降低高阻計(jì)的成本，還可大幅度降低高阻計(jì)功耗，并實(shí)現(xiàn)高壓切斷后的讀數(shù)鎖存。
本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)原理是根據(jù)一般雙積分A／D轉(zhuǎn)換器的通用公式D＝Ui×1000／UEF……(2)其中D為A／D轉(zhuǎn)換器輸出的讀數(shù)值，為十進(jìn)制數(shù)，對(duì)3.1／2位A／D而言最大為1999Ui為A／D轉(zhuǎn)換器模擬輸入電壓，其輸入端為IN＋、IN－UEF為A／D轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓，其輸入端為REF＋，REF－。
若在技術(shù)上采取以下措施先將取樣電阻兩端的電壓UR作為A／D轉(zhuǎn)換器基準(zhǔn)電壓輸入REF＋、REF－兩端；(高壓接REF＋)。
同時(shí)，A／D轉(zhuǎn)換器的外接基準(zhǔn)電壓UEF′，采取由高壓發(fā)生器經(jīng)限流后輸出的電壓U再分壓而得UEF′，并將UEF′的兩端輸入A／D轉(zhuǎn)換器的模擬信號(hào)輸入端IN＋，IN－，(高端接IN＋)并將IN－，REF－與U的低端相連接，稱(chēng)為COM。
若設(shè)分壓系數(shù)為K，則，A／D轉(zhuǎn)換器的模擬輸入電壓UEF′＝Ui＝KU又由(1)式可得UEF＝UR＝U·R／RX
代入(2)式則得D＝RX·KU×1000／U·R＝1000k·RX／R……(3)其中K為分壓系數(shù)為一常數(shù)，若取K＝10－6，R＝1000Ω RX的單位為MΩ(106Ω)則D＝RX(MΩ)……(4)由于技術(shù)上采取的措施得到了(4)式。從(4)式中可以看出1、數(shù)字顯示器D讀數(shù)與被測(cè)電阻成正比關(guān)系，這就省去了倒數(shù)變換運(yùn)算電路。
2、高壓測(cè)試電源U，已從公式中消去，這時(shí)，高壓U的精度變化與本高阻計(jì)的精度無(wú)關(guān)。
3、影響A／D轉(zhuǎn)換器精度的外接基準(zhǔn)電壓源已被省去。
本實(shí)用新型是這樣完成的，在高精度數(shù)字高阻計(jì)的電子線路結(jié)構(gòu)上，由高壓發(fā)生器，采樣電路、A／D轉(zhuǎn)換電路等三個(gè)主要部份組成。
高壓發(fā)生器中振蕩變壓器是由E形磁芯、三極管BG1，電感L1、L2、電容C2組成反饋式振蕩電路，起振后感應(yīng)出高壓，此高壓經(jīng)整流、濾波后再經(jīng)R4限流送到采樣電路。同時(shí)，還采用反饋穩(wěn)幅網(wǎng)絡(luò)電路，使高壓穩(wěn)壓。
采樣電路是由兩分路組成，其一是由分壓電阻R1，分壓比微調(diào)電位器W串聯(lián)組成高壓分壓分路，將這分路并聯(lián)在經(jīng)電阻R4限流后的高壓發(fā)生器1的輸出端，該兩端電壓為U、電壓低端稱(chēng)為COM端(公共端)，W的一端接COM端，并從W中心軸頭，取得電壓UEF′，若分壓比為K，則微調(diào)W使UEF′＝KU。另一分路是由被測(cè)電阻RX、取樣電阻R、串聯(lián)后并聯(lián)在高壓U的兩端、R的一端接COM，并從R兩端取得取樣電壓UR，UEF′及UR的低壓端均接COM，然后將A／D轉(zhuǎn)換器基準(zhǔn)電壓輸入端REF－和模擬信號(hào)電壓輸入端IN－連接后接COM端，將電壓UEF′的高壓端接A／D轉(zhuǎn)換器的信號(hào)輸入端IN＋，將取樣電壓UR的高壓端接A／D轉(zhuǎn)換器基準(zhǔn)電壓的高壓端接REF＋，根據(jù)上述公式可直接完成倒數(shù)運(yùn)算及A／D轉(zhuǎn)換，使顯示器上顯示的數(shù)字直接與被測(cè)電阻RX對(duì)應(yīng)，無(wú)需換算、并使高壓測(cè)試電源電壓U的變化不影響本高阻計(jì)的測(cè)試精度。
A／D轉(zhuǎn)換電路由A／D換化器集成塊、數(shù)字顯示器及其它為集成塊配套的外圍阻容組成，電阻R5、電容C6為時(shí)鐘振蕩阻容、C7為基準(zhǔn)電容、C8為自另位電容，C9為積分電容、R6為積分電阻、R7為顯示器限流電阻、并在時(shí)鐘電路中裝有開(kāi)關(guān)或按鈕AN，按下AN，使時(shí)鐘停振、這樣，可在切斷高壓時(shí)，使普通不帶鎖存的A／D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)讀數(shù)鎖存。
以下結(jié)合附圖、實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述

圖1為本實(shí)用新型電原理框圖圖2為本實(shí)用新型電子線路圖圖3為本實(shí)用新型外型結(jié)構(gòu)圖圖4為本實(shí)用新型外型局部剖視圖1－高壓發(fā)生器、2－采樣電路、3－A／D轉(zhuǎn)換器電路、4－機(jī)殼、5－電源開(kāi)關(guān)、6－數(shù)字顯示器、7－量程選擇開(kāi)關(guān)、8－工作／鎖存開(kāi)關(guān)、9－測(cè)試插孔、10－被測(cè)電阻、11－電源、12－電壓選擇開(kāi)關(guān)。
高壓發(fā)生器1中，B為振蕩變壓器，它采用MOX2000型E形磁芯，三極管BG1、電感L1、L2、電容C2組成變壓器反饋式振蕩電路、振蕩頻率為1／2πL1L2]]>，起振后在電感L4、L5、L6，上感應(yīng)出高壓，經(jīng)整流管D5、D6和電容C4、C5濾波后，經(jīng)限流電阻R4，送到采樣電路。其內(nèi)阻應(yīng)保證在被測(cè)電阻RX短路時(shí)，取樣電壓UR小于A／D轉(zhuǎn)換器允許最大輸入電壓。高壓發(fā)生器1的其余電路組成反饋穩(wěn)幅網(wǎng)絡(luò)，可在外負(fù)載變化時(shí)，保證輸出電壓變化＜±10％，當(dāng)振蕩變壓器起振后，電感L3感應(yīng)出電壓，經(jīng)整流管D1～D4整流，再經(jīng)電容C1濾波、穩(wěn)壓管DW1穩(wěn)壓，使BG2的b穩(wěn)定，當(dāng)某種原因使振蕩加強(qiáng)，使電流Ic1上升，BG2的電壓Ve2上升，但Vb不變，從而使Vbe2下降，又使振蕩減弱，并趨向穩(wěn)定，因而高壓基本不變。
采樣電路2中的高壓分壓分路是采用分壓電阻R1、分壓比微調(diào)電位器W組成。R1、W采用精密電阻、分壓比為K，K＝W／R1＋W，將該分路作基準(zhǔn)電源采樣，高壓U的低端，W的一端均接COM端。另一分路的取樣電阻R也采樣用精密電阻，接在A／D轉(zhuǎn)換器的REF＋、COM端之間，被測(cè)電阻RX》R、取樣電阻可在500Ω～10KΩ范圍選用，分壓比可取10－5、10－6等。在取樣電阻R確定的情況下，其分壓值的變化可方便地改變本高阻計(jì)的量程。
在采樣電路2中、取樣電壓UR的兩端，作為A／D轉(zhuǎn)換器基準(zhǔn)電壓輸入端REF＋、REF－并連接。外接基準(zhǔn)電壓UEF′是采用由高壓發(fā)生器經(jīng)電阻R4限流后輸出的電壓U分壓而得UEF′，并將UEF′兩端輸入A／D轉(zhuǎn)換器的模擬信號(hào)輸入端IN＋、IN－并連接高壓U的低端，IN－、REF－連接作公共端COM。
A／D轉(zhuǎn)換電路3中，A／D轉(zhuǎn)換器可采用7107型、14433型、7135型，并配以LED顯示器，若A／D轉(zhuǎn)換器采用7106型、7116型、7126型、77136型則可配用LCD顯示器。電阻R5與電容C6為時(shí)鐘振蕩阻容，C7為基準(zhǔn)電容，C8為自零位電容，C9為積分電容，R6為積分電阻，R7為顯示器的限流電阻。
本實(shí)用新型的操作過(guò)程如下1、先選擇測(cè)試電壓，測(cè)試電壓分為250V、500V、1000V，三檔，可由開(kāi)關(guān)K4選擇。(校準(zhǔn)儀表時(shí)只需在任一檔電壓值下校準(zhǔn)一次即可，因?yàn)殡妷篣的變化與讀數(shù)無(wú)關(guān))。
2、再選擇滿度值，改變K3或R可方便地改變本高阻計(jì)的滿度值。
3、將被測(cè)電阻RX接入E、L兩端插孔，4、合上電源開(kāi)關(guān)K1，A／D轉(zhuǎn)換器得電、但因K2－2合上、使高壓發(fā)生器振蕩停止，5、合上“互作啟動(dòng)”開(kāi)關(guān)K2、K2－1合上，使高壓發(fā)生器工作，K2－2分開(kāi)，使A／D轉(zhuǎn)換器正常工作。
6、測(cè)試完成后，打開(kāi)K2，高壓發(fā)生器停止工作，K2－2合上使A／D轉(zhuǎn)換器無(wú)時(shí)鐘振蕩，讀數(shù)被保持。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)1、本實(shí)用新型提出了與恒壓式數(shù)字絕緣測(cè)試儀完全不同的原理，即不是將A／D轉(zhuǎn)換器作為數(shù)字電壓表之用，而是利用讀數(shù)與輸入電壓、基準(zhǔn)電壓之間的關(guān)系，使一塊普通的A／D轉(zhuǎn)換器，不但完成了模－數(shù)轉(zhuǎn)換，而且自動(dòng)完成了倒數(shù)運(yùn)算，省去了倒數(shù)運(yùn)算電路。對(duì)于影響精度的高壓發(fā)生器輸出電壓，本高阻計(jì)采用了“利用其誤差自動(dòng)補(bǔ)償讀數(shù)誤差”的設(shè)計(jì)思想、通過(guò)巧妙的連接，不但將影響精度的高壓發(fā)生器輸出電壓從公式中消去，而且省去了價(jià)格較貴、影響A／D轉(zhuǎn)換器精度的外接基準(zhǔn)電壓源，由于這兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題的介決，使得便攜式高精度數(shù)字高阻計(jì)的實(shí)用化成為可能，而且由于電路簡(jiǎn)單，價(jià)格又接近老式手搖式指針指示的兆歐表，從而具有極強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，與國(guó)內(nèi)外同類(lèi)產(chǎn)品相比，精度最高，能達(dá)到±0.5％，讀數(shù)達(dá)±5字級(jí)，精度提高一倍以上，體積最小，功能最齊，而成本只有原本國(guó)產(chǎn)品的1／4，進(jìn)口的日本產(chǎn)品的1／7，予計(jì)本高阻計(jì)將完全可能淘汰手搖發(fā)電機(jī)指針兆歐計(jì)。
2、簡(jiǎn)化了高壓發(fā)生器，因?yàn)楦邏喊l(fā)生器電源電壓變化而引起的高壓變化，對(duì)精度無(wú)任何影響，但為了保證本高阻計(jì)對(duì)高壓測(cè)試電壓的要求、(一般為±10％)，對(duì)高壓發(fā)生器電路中可加一簡(jiǎn)單的反饋穩(wěn)幅網(wǎng)絡(luò)，使高壓波動(dòng)達(dá)到±10％的要求。
3、由于高壓發(fā)生器的簡(jiǎn)化和大幅度簡(jiǎn)化了電子線路及讀數(shù)鎖存功能使高阻計(jì)功耗最省、這對(duì)于便攜式儀表特別具有實(shí)用價(jià)值。不但降低了高阻計(jì)成本，而且大大提高了可靠性。
4、影響本高阻計(jì)精度的僅僅是取樣電阻R，分壓電阻R1，分壓比微調(diào)電位器W，采用價(jià)廉的精密電阻便可達(dá)到2×10－5／℃的溫度系數(shù)，從而使本高阻計(jì)的溫度性能極佳。
5、與原有的兆歐計(jì)相比，本高阻計(jì)基本上采用電子元器件組成，省去了大量的銅線、硅鋼片、鋁鑄件等，也相對(duì)節(jié)省了能源與緊缺的有色金屬原材料。
6、本高阻計(jì)采用“利用其誤差自動(dòng)補(bǔ)償讀數(shù)誤差”的設(shè)計(jì)原理可作為經(jīng)典電路，亦可適用其它儀器儀表設(shè)計(jì)之用，使更多儀器既提高精度、又降低成本。
權(quán)利要求1.一種用于測(cè)量絕緣電阻、高值電阻的高精度數(shù)字高阻計(jì)、含有高壓發(fā)生器1、采樣電路2、A/D轉(zhuǎn)換器電路3、機(jī)殼4、電源開(kāi)關(guān)5、數(shù)字顯示器6、量程選擇開(kāi)關(guān)7、工作/鎖存開(kāi)關(guān)8、測(cè)試插孔9、被測(cè)電阻10、電源11、電壓選擇開(kāi)關(guān)12，其特征在于采樣電路2由二個(gè)分路組成，一分路是由分壓電阻R1、分壓比微調(diào)電位器W串聯(lián)組成高壓分壓分路。將其并聯(lián)在經(jīng)電阻R4限流后的高壓發(fā)生器1的輸出端，該兩端電壓為U，電壓低端為COM端，W的一端接COM端，并從W中心抽頭，取得電壓UEF′，若分壓比為K，則UEF′=KU另一分路是由被測(cè)電阻Rx、取樣電阻R、串聯(lián)后并聯(lián)在高壓U的兩端，并從R兩端取得取樣電壓UR。UEF′及UR的低端均接COM，a、將A/D轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓輸入端REF、和摸擬信號(hào)輸入端IN-連接后接COM端。b、將取樣電壓UR的高壓端送入A/D轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓的高壓端REF+，c、電壓UEF′的高壓端送入A/D轉(zhuǎn)換器的摸擬信號(hào)輸入端IN+
2.按照權(quán)利要求1所述的高精度數(shù)字高阻計(jì)，其特征在于在A／D轉(zhuǎn)換電路3中裝有當(dāng)切斷高壓時(shí)，使普通不帶鎖存的A／D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)讀數(shù)鎖存的開(kāi)關(guān)或按紐8。
專(zhuān)利摘要一種用于測(cè)量絕緣電阻、高值電阻的高精度數(shù)字高阻計(jì)、其結(jié)構(gòu)主要是由高壓發(fā)生器、采樣電路、A/D轉(zhuǎn)換器等電路所組成，由于本實(shí)用新型采用了新穎的技術(shù)設(shè)計(jì)，使得本高阻計(jì)的測(cè)試精度與測(cè)試電源電壓(一般為500V直流以上高壓)變化無(wú)關(guān)，并且可由一件普通A/D轉(zhuǎn)換器自動(dòng)完成倒數(shù)運(yùn)算及讀數(shù)鎖存。本實(shí)用新型具有精度最高，功能較多、體積最小、價(jià)格最低、耗電最省的優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到國(guó)內(nèi)國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品的先進(jìn)水平。
文檔編號(hào)G01R31/12GK2045117SQ88211908
公開(kāi)日1989年9月27日 申請(qǐng)日期1988年6月15日 優(yōu)先權(quán)日1988年6月15日
發(fā)明者楊兆豐 申請(qǐng)人:楊兆豐