絕緣電阻測試系統的製作方法

2023-05-20 11:47:16

專利名稱：絕緣電阻測試系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及絕緣電阻測試技術，尤其涉及一種實現虛擬儀器技術的電氣 安全性能中的絕緣電阻測試系統。
背景技術：
電氣安全是儀器儀表正常工作的基本性能要求，它的基本性能指標有 洩漏電流、絕緣電阻、接地電阻和耐壓強度。絕緣電阻是指用絕緣材料隔開 的兩部分導體之間的電阻值，它是反映兩部分導體之間絕緣強度的有力指標， 為了保證電氣設備運行的安全，應對其不同極性(或不同相)的導電體之間， 或導電體與外殼之間的絕緣電阻提出一個最低要求。2001年，IEC(國際電工 委員會)對《測量、控制及試驗室用電氣設備的安全》系列標準進行了重新修 訂，並於同年發布了 IEC61010標準，該標準針對儀器儀表產品的電氣安全性 測試技術和安全限值要求進行了詳細的規定。但在目前尚未出現完全符合該 標準的安全檢測設備。
目前國內絕緣電阻測試儀器大多採用單片機為測控核心來完成數據的採 集與處理，將用於控制命令輸入的小鍵盤與測試過程、測試結果顯示的小屏 幕相結合構成人機互動，使整個系統兼容性較差、數據保存與處理能力較弱、 操作不方便，不適應儀器虛擬化發展的方向。

發明內容
因此，本發明的目的是提供一種實現虛擬儀器技術的電氣安全性能中的 絕緣電阻測試系統。
根據本發明為了實現上述目的，提供一種絕緣電阻測試系統，包括計 算機，用於發出測試參數及測試命令，控制單元，用於基於來自所屬計算機 的測試參數及測試命令，發出電壓控制信號和測試控制信號；和測試迴路， 接收所述電壓控制信號和測試控制信號，根據所述電壓控制信號將來自電源的直流電壓信號轉換為直流高壓信號，並且^4居測試控制信號改變測試系統 量程，測量絕緣電阻並輸出測量結果
本發明的測試迴路包括直流高壓電源，用於向被測設備提供電源；分 壓網絡，根據來自所述控制單元的測試控制信號對測試迴路的電壓進行分壓， 從而控制施加在被測設備上的電壓。
本發明的絕緣電阻測試系統還包括用於防止被測設備絕緣電阻不合格導 致所述測試系統過壓沖擊的過壓保護與信號處理單元。
本發明的控制單元是單片機系統和計算機。


通過結合附圖對本發明的優選實施例進行詳細描述，本發明的上述目的
和特性將會變得更加清楚，其中
圖1顯示了根據本發明實施例的絕緣電阻測試系統框圖2顯示了根據本發明實施例的絕緣電阻測試系統中單片機系統的框
圖；和
圖3顯示了根據本發明實施例的絕緣電阻測試流程。
具體實施例方式
在下文中，通過藉助附圖將詳細描述本發明的優選實施例。 圖1所示為根據本發明實施例的絕緣電阻測試系統框圖。 如圖1所示本系統包括計算機單元110、控制單元(單片機系統)120、 用於保護本發明系統不會因被測設備絕緣電阻不合格導致受到過壓衝擊的過 壓保護與信號處理單元140及測試迴路。計算機單元110主要是用來實現人 機交互，由其發出測試參數及測試命令。通過串口傳送到單片機系統以及實 時顯示通過串口傳送上來的測試過程與結果。單片^L系統120實現測試控制、 數據釆集、數據存儲與處理及與PC間的通信；測試迴路包括直流電源(未 示出)、被測設備(未示出)、保護電阻R!及分壓網絡130，主要是用來給單 片機系統提供被控設備與採集信號。
根據IEC61010-2001標準及測試要求，絕緣電阻的測試迴路施加三種直 流電壓信號(250VDC、 500VDC、 1000VDC),在本發明的測試系統中設計了程控直流高壓電源，直流高壓源在電壓控制信號的作用下，將單片機系統
提供的0V ~ 5V直流信號轉變成0V 1000V的直流高壓信號。
分壓網絡130的用於從測試迴路中分出一'J、部分直流電壓信號作為檢測 信號。本發明中，本測試系統的絕緣電阻測試範圍設定為0MQ 2000MQ,因 為單片機系統的只能採集OV ~ 2.5V的直流信號，為了保障單片機系統的測 量範圍，同時實現絕緣電阻的全量程測量，由單片機系統120向分壓網絡130 提供控制信號K進行量程自動切換。
絕緣電阻測試原理如圖1所示其中f^為被測設備的絕緣電阻(通常為 被測設備電源線對外殼的電阻)，R為保護電阻，當被測設備短路時，為防止 測試迴路電壓過高而設置此電阻，Ri為測試分壓電阻，如果直流高壓電源供給 電壓為U^通過分壓電阻分出電壓為Ui,則被測設備的絕緣電阻值為
圖2所示為本發明絕緣電阻測試系統中的單片機系統120的框圖。如圖 2所示，單片機系統120包括單片機、擴展RAM(隨機存儲器)及CPLD(複雜 可編程邏輯器件)，實現測試控制、數據採集、數據存儲與處理及與PC間的 通信。單片機系統120發出測試控制信號控制開關K的動作以選中分壓網絡 四個電阻(0.5K、 5K、 50K及500K)中任一個，當回^各中所加直流高壓信號 一定時，測試迴路因分壓網絡所選中電阻不同而分出的檢測信號不一樣，當 檢測信號低於單片機的採集範圍時，分壓網絡向小電阻檔切換，反之，向高 電阻檔自動轉換，四個電阻檔所對應的被測設備的絕緣電阻範圍為0 MQ~ 0.2 MQ、 0.2MQ 2MQ、 2MQ 2 00MQ、 2 00MQ 2 000Ma
單片機系統120的工作如下。根據本發明實施例，單片機系統採用的是 AD公司的ADuC842作為控制、測試核心，該單片機具有豐富的資源，集成 了八路十二位高精度ADC,可以將OV ~ 2.5V的模擬信號直接轉換成十二門 的數字量以備分析與處理，由於整個電氣安全性能測試儀主要檢測的參數有 絕緣電阻、洩漏電流、接地電阻、耐壓強度及功率，而對於傳4姿地電阻等參 數，需要同時檢測電壓、電流兩個量，因此系統設計中需要將八路採樣通道 全部用到；兩路十二位的DAC,有輸出0V 2.5V與0V 5V直流信號兩種 工作方式。在本系統中為測試迴路中的直流高壓電源提供控制信號，選擇輸出0V ~ 5V直流信號的方式；雙輸出PWM/i:-ADACs，在進行接地電阻與耐 壓強度測試時，測試迴路需要施加大電流或大電壓(0V ~ 5000VAC)，採用 PWM (Pulse-Width Modulation)技術就能容易實現；62 kB片內閃速/電擦除 程序存儲器，4 kB片內閃速/電擦除數據存儲器，存儲保持100年，重複擦寫 IO萬次，2304B片內數據RAM,對於電氣性能綜合測試儀器來說，有八路 模擬信號輸入，每個輸入模擬量自動轉換為12位的數位訊號。系統採樣頻率 大於1KHZ，因此擴展RAM。在本方面中，採用了 32KB的CMOS型靜態 RAMHY62256來擴展32KB的隨機存儲器。對於直流高壓電源的通斷、分壓 網絡中哪一路電阻被選中是通過單片機系統給出控制信號來完成的。在整個 測試系統中，如果這樣的數字輸出控制信號為很多路(例如三十多路)，則僅 僅依靠單片機自身的資源是不能滿足要求的，因此，這裡採用CPLD技術來 對其數字輸出信號擴展。CPLD是在PAL (可編程陣列邏輯)、GAL(通用陣 列邏輯)等邏輯器件的基礎上發展起來的複雜可編程邏輯器件，其中Altera 公司的產品以先進的結構、先進的處理技術、現代化的開發工具及各種兆 (Mega)功能等優點而深受用戶青睞。根據本發明實施例，採用Altera公司的 MAX7000S系列產品之一 EPM7128S。
另外，單純的單片機控制、測試系統使用起來的不靈活性與測試界面的 單調性使其正在慢慢被儀器虛擬化的發展趨勢所代替。根據本發明的測試系 統中，利用了計算機的使用方便、大眾化、易於測試界面設計等優勢來實現 測試人機互動的友好。
本方面的絕緣電阻測試流程如圖3所示。
首先，進行"測試電壓"、"標準電阻"(即被測設備的標準絕緣電阻值) 和"測試時間"各測試參數的設定並啟動測試，單片機DAC輸出直流控制信號 以控制直流高壓電源，同時單片機的ADC進行模擬信號的採樣與轉換，如果 所採得電壓值在0.2V 2.0V範圍內，繼續採樣直到採樣時間完成，如果採樣 電壓不到0.2V,則向分壓網絡的大電阻檔切換，如果採樣電壓超出2.0V,則 向分壓網絡的小電阻檔切換，由採樣計算結果與絕緣電阻設定值進行比較來 判定被測設備的絕緣電阻參數是否合格並顯示。
測試系統的實驗方法如下操作本系統進入絕緣電阻測試狀態，分別選 擇控制系統使其輸出250V、 500V、 IOOOV直流電壓，並且測試本系統輸出的 直流電壓，同時採用示波器觀察經分壓後的直流電壓紋波；改變負載觀測輸
6出電壓的變化。經分析可得直流高壓源輸出電壓的誤差以及紋波對絕緣電阻 測試的影響可以忽略。本發明中，採用來自單片機單元的測試控制信號來且 電阻檔。
用可調高壓電阻箱(精度0.5級)作為標準被4全^f義器，不斷改變電阻箱 的電阻值並與本系統測得的絕緣電阻值相比較，並以電阻箱的電阻值作為標 準檢驗本系統絕緣電阻測試的準確性。在IEC61010中規定，被測儀器的絕緣 電阻測量誤差不能超1±±5%，而採用本發明的測試系統，實驗可得其誤差<1%
(lCT)。
該絕緣電阻測試系統結合了 PC機和單片機系統作為控制、測試核心， 使測量操作非常方便，易於控制，可以自動切換量程，並且將測量過程與結 果在PC機上進行了動態顯示，實現了電子測試技術與PC機相結合的虛擬儀
器技術，提高了測量精度、操作方便性與動態顯示的靈活性。
儘管已經參照本發明的優選實施例描述了本發明，但本領域的技術人員 應該理解，本發明並不限定於所描述的優選實施例，在不脫離由所附權利要 求限定的本發明的精神和範圍的情況下，可以對其進行各種改變和修改。
權利要求
1. 一種絕緣電阻測試系統，包括計算機，用於發出測試參數及測試命令，控制單元，用於基於來自所屬計算機的測試參數及測試命令，發出電壓控制信號和測試控制信號；和測試迴路，接收所述電壓控制信號和測試控制信號，根據所述電壓控制信號將來自電源的直流低壓信號轉換為直流高壓信號，並且根據測試控制信號改變測試系統量程，測量絕緣電阻並輸出測量結果。
2. 如權利要求1所述的絕緣電阻測試系統，其中所述測試迴路包括 直流高壓電源，用於向被測設備提供電源；分壓網絡，根據來自所述控制單元的測試控制信號對測試迴路的電壓進 行分壓，從而控制施加在被測設備上的電壓。
3. 如權利要求1所述的絕緣電阻測試系統，還包括用於防止被測設備絕 緣電阻不合格導致所述測試系統過壓衝擊的過壓保護與信號處理單元。
4. 如前述權利要求中的任一項所述的絕緣電阻測試系統，其中所述控制 單元是單片機系統和計算機。
全文摘要
公開了一種絕緣電阻測試系統，包括計算機，用於發出測試參數及測試命令，控制單元，用於基於來自所屬計算機的測試參數及測試命令，發出電壓控制信號和測試控制信號；和測試迴路，接收所述電壓控制信號和測試控制信號，根據所述電壓控制信號將來自電源的直流低壓信號轉換為直流高壓信號，並且根據測試控制信號改變測試系統量程，測量絕緣電阻並輸出測量結果。該絕緣電阻測試系統結合了PC機和單片機系統作為控制、測試核心，使測量操作非常方便，易於控制，可以自動切換量程，並且將測量過程與結果在PC機上進行了動態顯示，實現了電子測試技術與PC機相結合的虛擬儀器技術，提高了測量精度、操作方便性與動態顯示的靈活性。
文檔編號G01R27/02GK101470145SQ200710306020
公開日2009年7月1日 申請日期2007年12月28日 優先權日2007年12月28日
發明者剛 劉, 東 李, 王曉飛, 王豔林 申請人:北京機械工業學院