数字式兆欧表

电 路 ， ＩＣＬ７１０６ 是 带 ＬＣＤ 显 示 （ ＩＣＬ７１０７ 为 ＬＥＤ 显 示 ） 的 ３ ？ 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
测得电阻值。
根 据 ＩＣＬ７１０６ 特 点 其 显 示 值 Ｎ ＝ １０００ ＊ Ｖｉｎ／ Ｖｒｅｆ
Ｒ６０ｓ 和 Ｒ１５ｓ 的 比 值 ） 和 极 化 指 数 （ 即 Ｒ１０ｍｉｎ 和 Ｒ１ｍｉｎ 比 值 ） ， 并 以
此数据更准确判定被测设备绝缘状况的优劣。
（作者单位系漳州市东方电子有限公司）
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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 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 。
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 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， 由显示器显示出相应的电阻值。
（ ５）
由图 １ 可知：
Ｖｉｎ ＝ Ｖｉ ＊ Ｒ２／ （Ｒ１＋Ｒ２）
（ ６）
将 （ ４ ） 、（ ６ ） 代 入 （ ５ ） 可 得 ： Ｎ ＝ １０００ ＊ Ｒ２ ／ Ｒｆ（Ｒ１ ＋Ｒ２ ） ＊ Ｒｘ
设 ｋ ＝ Ｒ２／ Ｒｆ（Ｒ１＋Ｒ２）， 则 ： Ｎ ＝ １０００ ＊ ｋ ＊ Ｒｘ
（ ７）
由 式 （ ７ ） 可 知 ： 只 要 选 择 合 适 ｋ 值 ， ＩＣＬ７１０６ 显 示 值 Ｎ 就 等 于 被
（ 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
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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
测 绝 缘 电 阻 Ｒｘ 值 ， 完 成 Ａ／ Ｄ 转 换 和 数 字 显 示 。
智 能 型 数 字 兆 欧 表 是 将 Ｖｏ、Ｖｉｎ 信 号 送 至 模 数 转 换 器 转 化 为 数
字编码， 然后送给微处理器进行计算和处理， 最后由显示器显示结
果 。它 不 仅 可 以 测 量 绝 缘 电 阻 Ｒｘ， 还 可 以 测 量 被 测 设 备 的 吸 收 比 （ 即
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
经 被 测 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
压 ， Ｒｘ 就 越 大 ， Ｖｏ 越 小 。 Ｉ － Ｖ 转 换 电 路 的 精 度 直 接 关 系 的 仪 器 的 测
量 准 确 度 ， 由 于 所 测 量 绝 缘 电 阻 阻 值 比 较 大 ， Ｉｏ 一 般 为 １０ － ８ ～１０ －
３Ａ， 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
数字式兆欧表
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中国高新技术企业
文 ／ 曾繁建
【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
开 关 频 率 ： ｆ ≈ １ ．３０ ／ （ＲＴ ＣＴ） ＝ 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
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 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 ：
≈ 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、１ ｍＡ、２ ｍＡ 或 ５ ｍＡ， 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