数字兆欧表原理

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1、数字式兆欧表曾繁建（漳州市东方电子有限公司）摘要本文对数字式兆欧表工作原理进行简单分析，同时介绍数字式兆欧表几个重要参数，使人们对数字式兆欧表有一个初步的了解。关键词兆欧表脉宽调制(PWM)倍压整流DC-DC转换I-V转换1.引言兆欧表也叫绝缘电阻表，是测量绝缘电阻最常用的仪表。主要用于测量电力设备的绝缘电阻,判断设备绝缘是否合格，然后决定该设备是否进行绝缘性能试验和耐压试验，为后续试验提供安全保障传统的兆欧表也叫“摇表”，是由手摇发电机产生的高压施加在被测物体上，通过测量流经被测物体的电流来测量其绝

2、缘电阻，其操作麻烦、精度低。二十世纪八十年代以来由于电子技术及数字测量技术的迅速发展，出现数字式兆欧表。数字兆欧表运用电池驱动，免去手摇发电的麻烦，具有精度高、读数直观、操作方便、安全可靠、体积小、便于携带等优点，使之逐渐取代传统的“摇表”，成为当今测量绝缘电阻最常用的仪表。2.数字兆欧表工作原理数字兆欧表一般由直流电压变换器将电池电压转换为直流高压电作为测试电压，这个测试电压施加于被测物上产生的电流经电流电压转换器转换为相应的电压值，然后送入模数转换器变为数字编码经微处理器计算处理，由显示器显示出相

3、应的电阻值。图1.数字兆欧表原理框图2.1直流电压变换器（DC-DC变换器）是将电池电压转换为直流高压测试电压，它是数字式兆欧表关键部分，常见有250V、500V、1000V三种测试电压（也有2500V、5000V等较高测试电压）。由于考虑转换效率、体积、输出电压控制及变换，数字兆欧表经常采用脉宽调制（PWM）型开关电源集成控制器将电池的直流电压变换为脉宽调制信号，经升压变压器转化为高压脉冲，由倍压整流（二倍或三倍）平滑成直流高压测试电压，其输出电压大小是通过输出电压控制电路调节脉冲宽度来实现的。常见

4、使用UC3840、TL494、SG3524等，这类脉宽调制型控制器是国际上最为流行的开关电源集成控制器，它包括开关稳压器所需的全部控制电路，其中有误差放大器、振荡器、脉宽调制器、脉冲发生器、开关管、过流过热保护。图2是应用SG3524将9V直流电升压至1000V的实用电路。图2.DC9V-DC1000V升压转换电路图2中SG3524是升压电路的核心，它直接向开关管Q1提供脉宽调制信号，由Q1推动升压变压器，经升压后输出高压脉冲由倍压整流成直流高压输出。管脚6、7脚外接振荡电阻R5、电容C2，确定其开关

5、频率。电阻R1、R2提供取样电压经电压误差放大器管脚1引入与管脚2的参考电压进行比较，放大器输出电压送至脉宽调制器控制输出脉冲的占空比，从而稳定输出电压。第4、5脚为电流限制放大器，第11、12脚和13、14脚为集电极、发射极均开路NPN晶体管组成的输出极。由SG3524可知：开关频率：f≈1.30/(RTCT)=1.30/(2*0.02)=32.5(kHz)其中:RT单位为kΩ，CT单位为μF，f单位为kHz输出电压：Vo=2.5V*(1+R1/R2)=2.5V*(1+2000/5)=1002.5V

6、≈1000V数字式兆欧表直流电压变换器性能可以通过测量其的短路输出电流和跌落电压这两个参数进行判断，输出短路电流和跌落电压均可反映出内部输出高压源内阻的大小。我国的相关规程要求兆欧表输出短路电流应大于0.5mA、1mA、2mA或5mA，国家计量检验规程JJG1005-2005规定兆欧表在其测量端接厂家提供的跌落电阻值时，端子的电压既为跌落电压，其值不低于额定电压的90%。2.2电流电压转换器（I-V转换）：从图1可以看出，由待测电阻Rx、反馈电阻Rf及运算放大器A1组成一个I-V转换电路。它将流经被测

7、绝缘电阻Rx的电流转换为电压信号输出。当测试电压Vi作用于待测电阻Rx上时，根据运算放大器特性，其正输入端为地电位，那么负输入端（测试端-）同样为地电位（虚地），由欧姆定律可得：Io=Vi/Rx（1）所以运算放大器的输出电压：Vo=-Io*Rf（2）将（1）代入（2）得：Vo=-Vi*Rf/Rx（3）Vo经过反相后：Vref=-Vo=Vi*Rf/Rx（4）由公式（4）可以看出，Vo与Rx成反比关系。那么在相同测试电压，Rx就越大，Vo越小。I-V转换-8-3电路的精度直接关系的仪器的测量准确度，由于所

8、测量绝缘电阻阻值比较大，Io一般为10～10A,所以需要选用低失调电压低漂移高精度的运算放大器，因此经常使用斩波运算放大器2.3模数转换器（A/D）及显示电路：模数转换器是模拟电路与数字电路连接的纽带，也是模拟仪表与数字仪表的重要标志。精度不高于1%的数字式兆欧表通常采用ICL7106（或ICL7107）大规模集成电路，ICL7106是带LCD显示（ICL7107为LED显示）的3½位双积分A/D转换器，利用其输入电压与参考电压比值特性可以非常方便地测得