電器裝置及元器件無損耐壓測量儀的製作方法

2023-06-18 16:29:01 1

專利名稱：電器裝置及元器件無損耐壓測量儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種測量電壓的裝置，具體地說是一種專用於耐壓測試的測量儀。
現有國際IEC標準，對於電器元件或裝置的耐壓值測定，是採用數理統計的方法，對一批產品進行按比例抽測。抽檢的產品則是採用破壞性的擊穿試驗，以產品在擊穿瞬時的電壓值做為該批產品的耐壓極限值。這種檢測方法經多年實踐表明確有一定的代表性和準確性，但也存在兩點主要不足一是不可能將所有元件或裝置均進行擊穿試驗，而且大部分器件是不經檢驗而根據一小部分的器件測試數據進行標定，這就不可避免地存在有一定的盲目性，即個別甚至一小部分器件的耐壓值根本達不到所試器件的測值，但又無法將其檢出。二是器件經擊穿試驗後即已報廢，不能再使用，因此造成一定的浪費。特別是對於第一點的盲目性問題，在國防、核工業或航空航天領域，則是不允許出現的。那麼在這些領域裡的元器件耐壓的測試，則是採取強化條件的模擬實測方法進行驗證。即施加可能出現的最惡劣情況時的電壓值，使整機模擬實際情況進行實際驗證，來判斷元器件的可靠性。經模似實測無問題之後，證明所用器件符合要求，可以實用。但這種測試方法不僅費用太高，而且仍有不足，即經過強化試驗後，某一元器件已超過其臨界狀態，因而不可能再承受高壓，但這個器件又無法判明檢出，那麼在真正實際運行時，這一元器件就成為一個最薄弱的環節，隨時可出現壽命問題而直接造成整體或整機的連鎖反映，出現嚴重的質量安全事故。美國挑戰者號太空梭的失事，則正是這一問題的具體體現。因此，對於每一個出廠的電器裝置或元器件都進行耐壓測試，但又不破壞其結構和性能的測試方法就顯得越來越重要了。但迄今為止尚未研製有用於該種測試方法的測量儀器。
本實用新型的目的就是提供一種能夠完成上述無損測試任務要求的測量儀器。
本實用新型是這樣實現的在本測量儀器中有電源支路A，測量支路B和保護支路C，在電源支路A中串接有整流電路1，恆流源2和接力保護電路3，在測量支路B中串接有延時電路4，電壓跟隨器5和測量表頭6，在保護電路C中串接有接力保護電路7和跟蹤保護電路8。本測量儀器設計的依據在於，對於一個電器裝置或元器件，當其兩極間電壓由低到高增長到器件的擊穿電壓臨界值時，由於被測對象屬於半導體或絕緣體，另外還包括電解液及空氣等物質均有一個共同特性，即當其中兩端電壓達到一定幅度時，這些物質會在強電場力的作用下獲得充分的內能，使這些物質中的原子核周圍的電子能量增大，進而擺脫原子核的束縛，成為自由電子參與導電(形成介質損耗電流)，這個損耗電流又反過來加強其內能，如此惡性循環便形成擊穿現象。在正常時，兩極間的電壓由於兩極點電荷的積累而增大，當損耗出現時，電壓就會下降。本設計關鍵在於這些介電物質獲得內能將要形成介質損耗電流時立即加以保護。一是用恆流源限制其電流的增加，二是利用介質的損耗產生而電容效應下降的特性，使跟蹤保護電路動作，將被測兩極間電壓迅速降下，從而保證被測器件不至被擊穿。
以下結合附圖對本實用新型做進一步詳述。


圖1是本實用新型的結構框圖。
圖2是本實用新型的電原理圖。
如圖1所示，本測量儀由電源支路A，測量支路B和保護支路C三部分構成，測量點a、b並接在支路B和支路C的兩端。支路A由整流電路1、恆流源2和接力保護電路3串接構成。支路B由延時電路4、電壓跟隨器5和測量表頭6串接構成。支路C由接力保護電路7和跟蹤保護電路8串接構成。圖2給出了本測量儀的詳細電原理圖。如圖所示，整流電路1由電容C1－C7和二極體D1－D8連接而成的七倍壓整流器構成，以為測試電路提供約2100伏的高壓電源。恆流源2由三極體BG1、BG2連接構成，電阻R19接於BG1的集電極和整流電路輸出端之間，電阻R20、R21、R22和電流轉換開關ZH1a接在BG2的集電極與整流電路輸出端之間，電阻R7、R8、R9及電流轉換開關ZH1b接在BG2的基極和發射極之間。ZH1a和ZH1b為聯動轉換開關，分三檔設置(0.1mA、1mA、10mA)，以適應不同介質的測試需要。接力保護電路3由三極體BG3和BG4連接構成，電阻R10和R12分別與BG3和BG4的集電極相接，在BG3的發射極串接有二極體D11。二極體D10和電阻R11串接在BG4的基極上。保護電路的輸出端通過開關AN3－3與被測試點a相連。本接力保護電路的設置，是考慮到一般電晶體的耐壓有限，加入本保護電路後，當被測器件的耐壓值低於1000伏時，由串聯於BG4基極的二極體D11提供反向擊穿電流，使BG4均趨向於飽和，而BG3則趨向於截止，從而對BG1實施接力保護。測量支路B中的延時電路4由電阻R5和電容C8連接成的阻容延時電路構成。電壓跟隨器5由運算放大器IC做主跟隨元件，延時電路4的輸出端接與IC的同相輸入端，IC的輸出端同時接IC的反相輸入端，在IC輸出端還串接有限流電阻R6。測量表頭6接在電阻R6和地線之間，在測試點a和延時電路4之間還接有分壓電阻R1－R4，開關AN2接於R3兩端，開關AN1接於R2和R3兩端，二極體D9和開關AN3－1、AN3－2串接後並於R4兩端。測量支路的工作過程是，經電阻R1－R4分壓後的被測電壓從連接成射極跟隨器的運放IC的同相輸入端輸入時，其輸出電壓能跟隨變化。當輸入的被測電壓經D9、R5進入IC時也同時給C8充電，充電時間常數主要由R5C8的乘積決定。當被測器件達到臨界值而電壓開始下降時，D9使呈反向截止狀態，切斷了C8的放電迴路。此時C8隻能與IC的輸入阻抗構成放電迴路。而IC的輸入阻抗比R5高得多，故此當輸入電壓下降後，輸出指示電壓仍要保持一段時間後才能下降。這樣從表頭即可觀測出耐壓數值來。接力保護電路7由三極體BG8、BG9、二極體D12、D13和電阻R14－R17連接構成，R15接於BG8的發射極，R17和R13串接於BG8的基極，R16接於BG8的集電極，R14接於BG9的集電極，D12接於BG9的發射極。跟蹤保護電路8由三極體BG5、BG6、BG7連接構成，電阻R13串接電容C9、C10後接於BG5的基極，二極體D14串接於BG7的發射極。BG6和BG7的輸出並接於測試點b。在測試點a、b之間還接有開關AN3－4。由BG5、BG6、BG7構成的跟蹤保護電路，當被測器件兩極間電壓逐步增高時，通過電容C9、C10的充電電流使BG5、BG6趨向飽和，而BG7則趨向截止，使測試電壓繼續增加。當達到擊穿電壓臨界值時，兩極間電壓不再增長，電容C9、C10的充電電流便立即消失，並使BG5、BG6截止，而BG7則趨向飽和，使兩測試電極間的電壓下降，從而使被測器件免遭破壞。接力保護電路7是為保護三極體BG7而設置的。其工作原理基本同接力保護電路3。
在本裝置中，開關K1為電源開關，ZH1a和ZH1b是電流轉換開關，以根據被測器件性質調整恆流源2的輸出電流。並接於分壓電阻R2、R3上的開關AN1、AN2為電壓量程轉換開關。開關AN3(包括AN3－1、AN3－2、AN3－3、AN3－4)是雙刀雙向按鈕開關，其中AN3－1用於接通測量指示電路的輸入端，AN3－2是為在測量前對延時電容C8進行放電，AN3－3是啟動接通主測量迴路，AN3－4是為測量前對被測器件或裝置進行放電。
本測量儀的發明，使無損耐壓測量成為現實，可用於對工業及民用電器裝置及元器件耐壓臨界值進行直接測量。經實驗證明，對一個器件反覆測量其讀數未發生變化，因此對被測器件不會產生任何不利影響，測後可實際使用。使用本測量儀器對於提高電器產品生產廠家的產品質量有很大的指導意義，特別對國防和航天事業的發展，杜絕事故的發生可起到很大的作用。
權利要求1.一種電器裝置及元器件無損耐壓測量儀，其特徵在於該測量儀包括有電源支路A，測量支路B和保護支路C，在電源支路A中串接有整流電路1，恆流源2和接力保護電路3，在測量支路B中串接有延時電路4，電壓跟隨器5和測量表頭6，在保護電路C中串接有接力保護電路7和跟蹤保護電路8。
2.根據權利要求1所述的測量儀，其特徵在於整流電路1由電容C1－C7和二極體D1－D8連接而成的七倍壓整流器構成。
3.根據權利要求1所述的測量儀，其特徵在於恆流源2由三極體BG1、BG2連接構成，電阻R19接於BG1的集電極和整流電路輸出端之間，電阻R20、R21、R22和電流轉換開關ZH1a接在BG2的集電極與整流電路輸出端之間，電阻R7、R8、R9及電流轉換開關ZH1b接在BG2的基極和發射極之間。
4.根據權利要求1所述的測量儀，其特徵在於接力保護電路3由三極體BG3和BG4連接構成，電阻R10和R12分別與BG3和BG4的集電極相接，在BG3的發射極串接有二極體D11。
5.根據權利要求1所述的測量儀，其特徵在於延時電路4由電阻R5和電容C8連接成的阻容延時電路構成。
6.根據權利要求1所述的測量儀，其特徵在於電壓跟隨器5由運算放大器IC做主跟隨元件，延時電路的輸出端接與IC的同相輸入端，IC的輸出端同時接IC的反相輸入端，在IC輸出端還串接有限流電阻R6。
7.根據權利要求1所述的測量儀，其特徵在於接力保護電路7由三極體BG8、BG9、二極體D12、D13和電阻R14－R17連接構成，R15接於BG8的發射極，R17和R13串接於BG8的基極，R16接於BG8的集電極，R14接於BG9的集電極，D12接於BG9的發射極。
8.根據權利要求1所述的測量儀，其特徵在於跟蹤保護電路8由三極體BG5、BG6、BG7連接構成，電阻R13串接電容C9、C10後接於BG5的基極，二極體D14串接於BG7的發射極。
專利摘要本實用新型是一種專用於耐壓測試的測量儀，包括有整流電路、恆流源、接力保護電路，延時電路、電壓跟隨器，測量表頭和跟蹤保護電路等部件，其特點在於可對被測器件進行無損耐壓測試，不破壞被測器件的結構和性能，這對於電器裝置和元器件生產廠家的產品升級，對於國防、核工業和航天工業等不允許出現元器件質量事故的應用場合，本儀器具有特別重要的使用意義。
文檔編號G01R31/14GK2116917SQ9220434
公開日1992年9月23日 申請日期1992年3月12日 優先權日1992年3月12日
發明者丁建民 申請人:丁建民