洩漏電流測試儀檢定裝置的製作方法
2023-06-30 06:24:06
專利名稱：洩漏電流測試儀檢定裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種檢定裝置，尤其涉及一種洩漏電流測試儀檢定裝置。適用於各級
計量檢測機構做洩漏電流測試儀的檢定，同時也適用於生產企業的在線檢測和計算機控制的生產線檢測。屬於計量標準器具檢定裝置的製造與應用領域。
背景技術：
高品質的電氣產品要進行許多項目的安全規格測試，包含耐壓測試、絕緣電阻測試、接地阻抗測試、洩漏電流測試等，這些電氣安全測試中最重要的項目是洩漏電流的測量。洩漏電流是指在沒有故障和不另行施加電壓的條件下，電器中相互絕緣的金屬零件之間，或帶電零件與接地零件之間，通過其周圍介質或絕緣表面所形成的電流，也包括當人體觸及電器設備時，由設備經人體到達大地的電流或由設備經人體又回到設備的電流，它是反映設備實際工作狀態的安全電參數之一，也是一個對人體安全有著直接影響的電參數。在檢測工作中發現，由於國內外生產的洩漏電流測試儀性能與操作方法各不相同，要求檢測方法要與之對應，而目前國內對洩漏電流測試儀的檢定與校準多採用分離式檢定裝置，檢定過程複雜且精度難以保證。在廣泛收集的國內外關於洩漏電流測試儀檢定校準裝置的技術信息從中發現存在以下技術缺陷 l，測量範圍窄。目前很多醫用洩漏電流測試儀測試電流下限為微安級，現有檢測裝置難以計量。 2，測試數據不準確。國內各計量檢測部門對洩漏電流測試儀的檢定與校準多採用分離式檢定裝置，就是將負載電阻、隔離變壓器、調壓裝置、標準電流表和標準電壓表等各獨立元件與被測洩漏電流測試儀連接成洩漏電流測試迴路，調節負載電阻兩端電壓至規定的電壓值，在標準電壓表上讀出相應的電壓值，在標準電流表上讀出負載電阻產生的電流值。標準電流表或電壓表無最大值數據保持功能，無法準確記錄洩漏電流測試儀設置的電流報警值。 3，操作複雜，安全性差。測試前須將各獨立元件分別用導線連接，工作量較大；檢測過程中導線和導線接頭上電壓很高，有觸電隱患。
發明內容
本發明為了解決目前洩漏電流測試儀檢定校準裝置存在的由於檢定與校準採用分離式結構，檢定過程複雜且精度難以保證，測量範圍窄滿足不了醫用測試儀洩漏電流測量範圍的需求等技術問題，提供了一種洩漏電流測試儀檢定裝置，該裝置主要由檢定裝置主體、操作面板和集成電路三部分組成，所述集成電路部分主要由量程轉換單元A、 AC/DC單元A2、 A/D單元A^顯示單元~、正常/保持單元Ap極性判斷單元A6和電源供給單元A7組成；被測儀的輸出端與本裝置的輸入端相連；所述量程轉換單元A採用大功率電阻和不同的標準電阻的合理搭配，實現了一體化結構設計模式，利用可調節電阻，使得10 y A到400mA十一個量程之間得到全面覆蓋，實現定電壓、調電阻工作方式，利用被測儀器的輸出電壓調節，結合本檢定裝置可實現定電阻，調電壓工作方式；所述AC/DC單元A2為真值-有 效值轉換電路，採用交直流轉換晶片來進行整流濾波；所述正常/保持單元在被測洩漏電 流測試儀發出報警信號瞬間，鎖存瞬時洩漏電流最大值，並將此最大值送A/D單元A3，同時 將它的輸入與量程轉換單元A斷開； 該檢定裝置的電路設計為被測儀器的輸出端與該裝置的輸入端相連，由整流橋及 穩壓集成塊元件組成的電源供給單元A,，提供±5V電源和±15V電源為線路板各單元提 供工作電壓；極性判別單元A6在檢定前，對被測儀器的輸出端與本裝置的輸入端做極性判 斷，首先將功能選擇開關置於"OK"檔，極性正確時，^經極性指示燈、功能選擇開關和限流 電阻接地，極性指示燈點亮；取洩漏電流在量程轉換單元A中取樣電阻的壓降作為輸出，經 交_直流轉換開關進入到下一級，若從量程轉換單元A輸出的洩漏電流為直流，直接經正 常/保持單元A5進入到A/D單元A3，讓顯示單元A4顯示數值；若從量程轉換單元&輸出的 洩漏電流為交流，經AC/DC單元按1 : l轉換成直流，送往下級，顯示單元則顯示出了交流 電流值；量程轉換單元A工控制顯示單元A4顯示值單位的LED指示燈。 本發明的特點及有益效果該檢定裝置的設計思路是採用集成電路設計，LED五
位數字顯示，應用最新的A/D轉換晶片，其轉換速度和準確度得到大幅度提高；AC/DC採用
真有效值轉換晶片，保證了交流信號的準確度和線性度，具有測試精度高，測量範圍寬，功
能齊全，保護功能完善，操作方便等優點，尤其是該裝置採用兩種方法檢測洩漏電流，即定
電壓調節模擬負載或定負載調節電壓兩種檢測方式，配合獨特的數據保持功能，解決了在
線檢測和計算機控制的生產線檢測的技術難題，擴展了儀器的應用範圍。
具體表現為 l，擴展測量範圍。洩漏電流測試範圍達到直流電流1pA 400mA，交流電流
1 A 300mA，可滿足現有洩漏電流測試儀(含醫用洩漏電流測試儀)的檢測。 2，保證測試數據準確。本儀器採用集成電路設計，應用高速A/D轉換晶片，其轉換
速度和準確度得到大幅度提高；AC/DC採用真有效值轉換晶片，保證了交流信號的準確度
和線性度，具有洩漏電流數據最大值保持功能及智能極性判斷功能，保護功能完善，數據真
實可靠。 3，操作安全方便。 一體化設計使外部連線簡潔安全；兩種方法檢測洩漏電流，即可 定電壓調節模擬負載或可定負載調節電壓兩種檢測方式，配合獨特的數據保持功能，解決 了在線檢測和計算機控制的生產線檢測的技術難題，擴展了儀器的應用範圍。
4、保護功能使操作更安全便捷。測試信號超量程時，儀器顯示閃爍報警；測試信號 交、直流選擇錯誤時，儀器蜂鳴報警。功能選擇開關置OK位置，電源的L-N極性判斷正確， 極性指示燈亮時可進行正常檢測。電壓電流參數的檢測，可以隨意更換。這些保護功能充 分體現了以人為本的創新理念。有了這些保護功能，使得檢測人員的工作變得非常輕鬆，大 大提高了工作效率.同時也避免了很多由誤操作所引起的安全事故。 本發明不僅適用於各級計量檢測機構做洩漏電流測試儀的檢定，同時也適用於生 產企業的在線檢測和計算機控制的生產線檢測。經遼寧省計量科學研究院校準，各項技術 參數及功能均符合儀器的技術指標要求，並出具校準證書。具有重要的推廣應用價值，社會 經濟效益顯著。
圖l外部結構示意圖
圖2內部單元結構示意圖 圖3-1，圖3-2，圖3-3集成電路部分的工作原理示意圖
圖4量程轉換單元的電路工作原理示意圖
圖5正常/保持單元的電路工作原理示意圖
圖6AC/DC單元的電路工作原理示意圖
圖7A/D單元的電路工作原理示意圖
圖8顯示單元的電路工作原理示意圖
具體實施例方式
參看圖1、圖2，洩漏電流測試儀檢定裝置，該裝置主要由檢定裝置主體、操作面板 和集成電路三部分組成，所述集成電路部分主要由量程轉換單元A、 AC/DC單元A2、 A/D單 元A^顯示單元A^正常/保持單元Ap極性判斷單元A6和電源供給單元A7組成；被測儀器 的輸出端與本裝置的輸入端相連；量程轉換單元A採用大功率電阻和不同的標準電阻的合 理搭配，實現了一體化結構設計模式，利用可調節電阻，使得10 i！ A到400mA十一個量程之 間得到全面覆蓋，實現定電壓、調電阻工作方式，利用被測儀器的輸出電壓調節，結合本檢 定裝置可實現定電阻，調電壓工作方式；AC/DC單元A2為真值-有效值轉換電路，採用交直 流轉換晶片來進行整流濾波；正常/保持單元在被測洩漏電流測試儀發出報警信號瞬間， 能鎖存瞬時洩漏電流最大值，並將此最大值送A/D單元A3，同時將它的輸入與量程轉換單元 A斷開； 參看圖3-l、圖3-2、圖3-3，該檢定裝置的電路設計為被測儀器的輸出端與該裝置 的輸入端(W，地)相連，電源供給單元^主要由整流橋及穩壓集成塊元件組成，15、17腳提 供±5V電源，8、10腳提供士15V電源，為線路板各元件提供工作電壓；極性判別單元Ae，在 檢定前首先將功能選擇開關置於"OK"檔，極性正確時，U^經極性指示燈、功能選擇開關和 限流電阻接地，極性指示燈點亮，極性正確；取(交流)洩漏電流在量程單元^中取樣電阻 的壓降，經交_直流轉換開關K2—工進入到AC/DC單元A2的1、2輸入端，從該單元的21、22輸 出；洩漏電流為直流，經交_直流轉換開關K2—工直接經正常/保持單元A5經K2—2進入到A/D 單元~，讓顯示單元~顯示數值；洩漏電流為交流，經AC/DC單元按1 : l轉換成直流，送 往下級，顯示單元則顯示出了交流電流值；量程單元&控制顯示單元A4的LED指示燈。
所述AC/DC單元4，最小輸入信號為0. 5mV，紋波係數小於±0. 1%;在它的前級增 加了射級輸出運放，並在後級再加一級運放，使其負載能力加強。 所述正常/保持單元A5與操作面板上的保持/正常按鈕控制連接，通過顯示單元 A4顯示洩漏電流測試儀正常或保持報警時洩漏電流值。 所述極性判別單元A6，通過功能開關OK與操作面板上的極性指示信號連接，智能
判別L-N極性。 工作原理 為減輕檢定人員的工作強度，避免繁鎖接線，且保證操作安全，在量程單元設計 中，用大功率電阻和不同標準阻值的電阻合理搭配，實現了一體化設計；利用了可調節電 阻，使得量程由10i!A到400mA的各量程之間得到全面覆蓋，實現定電壓、調電阻的工作方式；同時利用被測儀器的輸出電壓調節，結合本儀器可實現定電阻，調電壓的工作方式。從 量程單元引入的AC(或DC)電流流經標準電阻取其電壓降，再經過AC-OK-DC開關送AC/DC 單元(DC電流不需經過AC/DC單元)。AC/DC單元為真值-有效值轉換電路，採用交直流轉 換晶片來進行整流濾波。正常/保持單元記錄洩漏電流測試儀報警時洩漏電流值，在被測 洩漏電流測試儀發出報警信號瞬間，能鎖存瞬時洩漏電流最大值，並同時將它的輸入與量 程單元斷開。通過極性判別單元智能判別L-N極性，避免因極性接線錯誤而引發安全事故。
實施例 本發明主要由檢定裝置主體、操作面板和集成電路三部分組成，集成電路部分主 要由量程轉換單元AC/DC單元A2、 A/D單元A^顯示單元~、正常/保持單元~、極性判 斷單元Ae和電源供給單元^組成；操作面板上設有電源開關l、顯示屏2、量程選擇開關3、 功能選擇開關4、被測輸入插口 5、電流輸入及校準信號輸入埠 6、極性指示信號7、電流調 節旋鈕8和保持/正常按鈕9，可以採用兩種工作方式進行檢測 a)為減輕檢定人員的工作強度，避免繁鎖接線，且保證操作安全，在量程單元(A》 設計中，用大功率電阻和不同標準阻值的電阻合理搭配，實現了一體化設計，量程由10 y A 到400mA，巧妙地利用了可調節電阻，使得各量程之間得到全面覆蓋，實現定電壓、調電阻的
工作方式。 b)利用被測儀器的輸出電壓調節，結合本儀器可實現定電阻，調電壓的工作方式。
AC/DC單元A2為真值-有效值轉換電路，採用美國AD公司生產的交直流轉換晶片 AD637來進行整流濾波。該晶片具有高集成度、高準確度等特點，有效地克服微小信號帶來 的誤差，其最小輸入信號為0. 5mV，紋波係數小於±0. 1%，可滿足高精度交直流轉換要求。 為了進一步提高輸入阻抗，在它的前級增加了射級輸出運放，並在後級再加一級運放，使其 負載能力加強。 正常/保持單元A5可實現顯示洩漏電流測試儀報警時洩漏電流值。在正常測試 洩漏電流時，利用A/D轉換器ICL7135將電流值保存並送入A/D單元顯示。在保持狀態， 被測洩漏電流測試儀發出報警信號瞬間，它鎖存瞬時洩漏電流最大值，並將此最大值送A/D 單元，通過顯示單元顯示。並同時將它的輸入與量程單元斷開。 極性判別單元Ae，洩漏電流測試的輸出端對極性要求特別嚴格，為避免因極性接 線錯誤引發安全事故，特別設計了極性判斷單元Ae，在檢定前首先將功能選擇開關置於 "OK"檔，極性正確時，^經極性指示燈、功能選擇開關和限流電阻接地，極性指示燈點亮。
該裝置還可以用作標準交直流電流表。 參看圖3-l，被測儀器的輸出端與該裝置的輸入端(W，地)相連，取(交流)洩漏 電流在量程單元Al中取樣電阻的壓降，經交_直流轉換開關K2—工進入到AC/DC單元A2的 1、2輸入端，從該單元的21、22輸出。從原理框圖中可以看出，若洩漏電流為直流，它不經過 AC/DC單元A2，而是經K2—2直接經正常/保持單元A5進入到A/D單元A3，讓顯示單元A4顯 示數值。若洩漏電流為交流，經AC/DC單元按1 : l轉換成直流，送往下級，顯示單元則顯 示出了交流電流值。量程單元Al控制顯示單元A4顯示值單位的LED指示燈。
參看圖3-3，電源供給單元A7由整流橋及穩壓集成塊等元件組成，1 5、 17腳提供 士5V電源，8、1 0腳提供士1 5V電源，為線路板各元件提供工作電壓。 參看圖3-2，極性判別單元A6，洩漏電流測試的輸出端對極性要求特別嚴格，為避免因極性接線錯誤引發安全事故，特別設計了極性判斷單元Ae，在檢定前首先將功能選擇 開關置於"OK"檔，極性正確時，^經極性指示燈、功能選擇開關和限流電阻接地，極性指示 燈點亮。 參看圖4，量程單元Al(10iiA 400mA共計ll個量程)為適應檢定被測儀器不同 的信號量程而設計，輸入信號^經量程開關IV工與該量程的降壓電阻(分別為90W500 Q 、 50WlkQ 、30W2kQ 、匿5kQ 、5W10kQ 、2W50kQ 、2W500kQ 、1W1MQ 、1W2MQ 、1W10MQ 、 1W20MQ)、細調電阻(分別為470 Q 、4. 7kQ 、470kQ 、4. 7MQ)、標準電阻(分別為R丄H R4)至參考地，標準電阻產生的壓降作為A/D單元A3的模擬量輸入信號。
參看圖5，正常/保持單元A5的1、2腳接 220V電源，8、4腳為整流後的+12V電 壓端，此電壓作為繼電器的工作電壓。3端為被測洩漏電流測試儀報警並切斷輸出電壓時通 知A/D轉換器ICL7135的中斷信號。6、7端為ICL7135信號輸出端，它的作用是保持電流數 據，斷開A/D單元與取樣電阻之間的通路。5端為ICL7135的時基信號。面板上有一隻正常 /保持按鍵開關9。按下此開關(正常位置)被測電流直接進入到下一級，A/D轉換器不起 作用。開關抬起時，A/D轉換器進入工作狀態，發揮保持作用。 參看圖6， AC/DC單元4，採用真值-有效值轉換電路，採用美國AD公司生產的交 直流轉換晶片AD637來進行整流濾波。1、2為AC/DC單元4的輸入端，21、22為AC/DC單 元4的輸出端；該晶片具有高集成度、高準確度等特點，有效地克服微小信號帶來的誤差， 其最小輸入信號為0. 5mV，紋波係數小於±0. 1%，可滿足高精度交直流轉換要求。為了進 一步提高輸入阻抗，在交直流轉換晶片AD637前級增加了射級輸出運放，並在其後級再加 一級運放，使其負載能力加強。 參看圖7， A/D單元A3由四位半雙積分A/D轉換器ICL7135和門電路組成，它的 作用是將模擬量轉成數字量，經鎖存器、存貯器、解碼器送往顯示單元A4。 ICL7135是美國 Intersil公司的產品，具有四位半精度(相當於14位二進位數)，自動校零，自動極性輸 出，單基準電壓，動態字位掃描BCD碼輸出，自動量程控制信號輸出等功能，是目前市場上 廣泛流行的單片集成四位半雙積分A/D轉換器。19和20腳為+5V和-5V電源；21和22為 模擬量輸入端。3、4、5、6腳為段選BCD碼的D、 C、 B、 A ; 13、 14、 15、 16、 17為位選D5、 D4、 D3、 D2、 與顯示單元A4相連。顯示單元八4的位選6、7、8、9、10腳與A/D單元A3的13、 14、 15、 16、17相連。顯示單元A4的BCD碼段選5、1、2、3、4與A/D單元A3的10、3、4、5、6相連。
參看圖8，顯示單元A4主要由解碼驅動器7 4LS24 7、5位LED及20個二極體組成 的解碼器元件構成，二極體解碼器為變換字符顯示小數點；五個三極體為位選信號的選通 驅動開關，開通五位LED的顯示；74LS247為七段解碼驅動器，將A/D單元輸送來的BCD碼 譯為七段LED信號，並推動相應筆劃顯示。
使用方法 將被測儀器的輸出端與檢定裝置的輸入插口 5相連。開啟電源開關1。
被檢儀器輸出調至220V。 檢定裝置細調電流調節旋鈕8反時針旋轉到底。 量程選擇開關3放到10 ii A檔。 功能選擇開關4放置在0K(極性判斷)。 按被檢儀器的啟動按鈕，輸出220V，極性判斷指示燈7 (0K)亮，說明極性正確可進行下一步操作。 根據被檢儀器的輸出電壓類型(AC或DC)設置功能選擇開關4。 選擇開關3根據被檢儀器的電流量程不同可在10 A 400mA選擇，若被檢儀器
輸出電壓為220V，可用該設備的細調電流調節旋鈕8來調節洩漏電流值。也可以調節被檢
儀器的輸出電壓大小達到設定的洩漏電流值。 檢定報警電流值時，將面板上的保持/正常按鈕9抬起。當被檢儀的洩漏電流達 到設置值時，輸出被切斷，這時操作面板上的顯示屏2所顯示的值就是報警電流值。
該裝置用作標準交流，直流電流表時，被測信號從面板上的in put電流輸入端加 入，若要對該檢定裝置的電流信號進行校準時，標準電流信號也從in put電流輸入端加入。 被測電流的大小可與量程選擇開關3配合使用。
權利要求
洩漏電流測試儀檢定裝置，該裝置主要由檢定裝置主體、操作面板和集成電路三部分組成，其特徵在於所述電路部分主要由量程轉換單元A1、AC/DC單元A2、A/D單元A3、顯示單元A4、正常/保持單元A5、極性判斷單元A6和電源供給單元A7組成；被測儀的輸出端與本裝置的輸入端相連；所述量程轉換單元A1採用大功率電阻和不同的標準電阻的合理搭配，實現了一體化結構設計模式，利用可調節電阻，使得10μA到400mA十一個量程之間得到全面覆蓋，實現了定電壓、調電阻工作方式，利用被測儀器的輸出電壓調節，結合本檢定裝置可實現定電阻，調電壓工作方式；所述AC/DC單元A2為真值-有效值轉換電路，採用交直流轉換晶片來進行整流濾波；所述正常/保持單元在被測洩漏電流測試儀發出報警信號瞬間，鎖存瞬時洩漏電流最大值，並將此最大值送A/D單元A3，同時將它的輸入與量程轉換單元A1斷開；該檢定裝置的電路設計為被測儀器的輸出端與該裝置的輸入端相連，由整流橋及穩壓集成塊元件組成的電源供給單元A7，提供±5V電源和±15V電源為線路板各單元提供工作電壓；極性判別單元A6在檢定前，對被測儀器的輸出端做極性判斷，首先將功能選擇開關置於「OK」檔，極性正確時，UL經極性指示燈、功能選擇開關和限流電阻接地，極性指示燈點亮；取洩漏電流在量程轉換單元A1中取樣電阻的壓降，經交-直流轉換開關進入到下一級，若從量程轉換單元A1輸出的洩漏電流為直流，直接經正常/保持單元A5進入到A/D單元A3，讓顯示單元A4顯示數值；若從量程轉換單元A1輸出的洩漏電流為交流，經AC/DC單元按1∶1轉換成直流，送往下級，顯示單元則顯示出了交流電流值；量程轉換單元A1控制顯示單元A4顯示值單位的LED指示燈。
2. 根據權利要求1所述的洩漏電流測試儀檢定裝置，其特徵在於所述AC/DC單元4，採用交直流轉換晶片，為提高輸入阻抗在它的前級增加了射級輸出運放，並在後級再加一級運放加強負載能力。
3. 根據權利要求1所述的洩漏電流測試儀檢定裝置，其特徵在於所述正常/保持單元~與操作面板上的保持/正常按鈕(9)連接，通過顯示單元^顯示洩漏電流測試儀正常或保持報警時洩漏電流值。
4. 根據權利要求1所述的洩漏電流測試儀檢定裝置，其特徵在於所述極性判別單元Ae，通過功能開關OK與操作面板上的極性指示信號(7)連接，智能判別L-N極性。
全文摘要
洩漏電流測試儀檢定裝置，為了解決檢定過程複雜，接線繁瑣且精度難以保證、測量範圍窄等技術問題而設計的。它主要由檢定裝置主體、操作面板和集成電路三部分組成，集成電路部分的量程轉換單元採用與基準取樣一體化模式，利用可調節電阻，取洩漏電流在取樣電阻的壓降全面覆蓋由10μA到400mA各量程，實現定電壓、調電阻及定電阻，調電壓兩種工作方式；正常/保持單元在被測洩漏電流測試儀發出報警信號瞬間，鎖存瞬時洩漏電流最大值，同時將它的輸入與量程轉換單元斷開。有益效果轉換速度和準確度得到大幅度提高；保證了交流信號的準確度和線性度，具有測試精度高，測量範圍寬，功能齊全，保護功能完善，操作方便等優點，配合獨特的數據保持功能，解決了在線檢測和計算機控制的生產線檢測的技術難題。
文檔編號G01R35/00GK101788657SQ20101001001
公開日2010年7月28日 申請日期2010年1月5日 優先權日2010年1月5日
發明者呂強, 周正, 張曦弘, 李俊峰, 李士民, 李瑾, 沈宏, 隋莉 申請人:瀋陽計量測試院