專利名稱：絕緣電阻測試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及絕緣電阻測試技術(shù)，尤其涉及一種實現(xiàn)虛擬儀器技術(shù)的電氣 安全性能中的絕緣電阻測試系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
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 泄漏電流、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?qū)щ婓w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，并于同年發(fā)布了 IEC61010標準，該標準針對儀器儀表產(chǎn)品的電氣安全性 測試技術(shù)和安全限值要求進行了詳細的規(guī)定。但在目前尚未出現(xiàn)完全符合該 標準的安全檢測設備。
目前國內(nèi)絕緣電阻測試儀器大多采用單片機為測控核心來完成數(shù)據(jù)的采 集與處理，將用于控制命令輸入的小鍵盤與測試過程、測試結(jié)果顯示的小屏 幕相結(jié)合構(gòu)成人機交互，使整個系統(tǒng)兼容性較差、數(shù)據(jù)保存與處理能力較弱、 操作不方便，不適應儀器虛擬化發(fā)展的方向。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種實現(xiàn)虛擬儀器技術(shù)的電氣安全性能中的 絕緣電阻測試系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明為了實現(xiàn)上述目的，提供一種絕緣電阻測試系統(tǒng)，包括計 算機，用于發(fā)出測試參數(shù)及測試命令，控制單元，用于基于來自所屬計算機 的測試參數(shù)及測試命令，發(fā)出電壓控制信號和測試控制信號；和測試回路， 接收所述電壓控制信號和測試控制信號，根據(jù)所述電壓控制信號將來自電源的直流電壓信號轉(zhuǎn)換為直流高壓信號，并且^4居測試控制信號改變測試系統(tǒng) 量程，測量絕緣電阻并輸出測量結(jié)果
本發(fā)明的測試回路包括直流高壓電源，用于向被測設備提供電源；分 壓網(wǎng)絡，根據(jù)來自所述控制單元的測試控制信號對測試回路的電壓進行分壓， 從而控制施加在被測設備上的電壓。
本發(fā)明的絕緣電阻測試系統(tǒng)還包括用于防止被測設備絕緣電阻不合格導 致所述測試系統(tǒng)過壓沖擊的過壓保護與信號處理單元。
本發(fā)明的控制單元是單片機系統(tǒng)和計算機。


通過結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細描述，本發(fā)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(jù)本發(fā)明實施例的絕緣電阻測試系統(tǒng)框圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明實施例的絕緣電阻測試系統(tǒng)中單片機系統(tǒng)的框
圖；和
圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明實施例的絕緣電阻測試流程。
具體實施例方式
在下文中，通過借助附圖將詳細描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。 圖1所示為根據(jù)本發(fā)明實施例的絕緣電阻測試系統(tǒng)框圖。 如圖1所示本系統(tǒng)包括計算機單元110、控制單元(單片機系統(tǒng))120、 用于保護本發(fā)明系統(tǒng)不會因被測設備絕緣電阻不合格導致受到過壓沖擊的過 壓保護與信號處理單元140及測試回路。計算機單元110主要是用來實現(xiàn)人 機交互，由其發(fā)出測試參數(shù)及測試命令。通過串口傳送到單片機系統(tǒng)以及實 時顯示通過串口傳送上來的測試過程與結(jié)果。單片^L系統(tǒng)120實現(xiàn)測試控制、 數(shù)據(jù)釆集、數(shù)據(jù)存儲與處理及與PC間的通信；測試回路包括直流電源(未 示出)、被測設備(未示出)、保護電阻R!及分壓網(wǎng)絡130，主要是用來給單 片機系統(tǒng)提供被控設備與采集信號。
根據(jù)IEC61010-2001標準及測試要求，絕緣電阻的測試回路施加三種直 流電壓信號(250VDC、 500VDC、 1000VDC),在本發(fā)明的測試系統(tǒng)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(tǒng)
提供的0V ~ 5V直流信號轉(zhuǎn)變成0V 1000V的直流高壓信號。
分壓網(wǎng)絡130的用于從測試回路中分出一'J、部分直流電壓信號作為檢測 信號。本發(fā)明中，本測試系統(tǒng)的絕緣電阻測試范圍設定為0MQ 2000MQ,因 為單片機系統(tǒng)的只能采集OV ~ 2.5V的直流信號，為了保障單片機系統(tǒng)的測 量范圍，同時實現(xiàn)絕緣電阻的全量程測量，由單片機系統(tǒng)120向分壓網(wǎng)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 測試回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(fā)明絕緣電阻測試系統(tǒng)中的單片機系統(tǒng)120的框圖。如圖 2所示，單片機系統(tǒng)120包括單片機、擴展RAM(隨機存儲器)及CPLD(復雜 可編程邏輯器件)，實現(xiàn)測試控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲與處理及與PC間的 通信。單片機系統(tǒng)120發(fā)出測試控制信號控制開關K的動作以選中分壓網(wǎng)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，測試回路因分壓網(wǎng)絡所選中電阻不同而分出的檢測信號不一樣，當 檢測信號低于單片機的采集范圍時，分壓網(wǎng)絡向小電阻檔切換，反之，向高 電阻檔自動轉(zhuǎn)換，四個電阻檔所對應的被測設備的絕緣電阻范圍為0 MQ~ 0.2 MQ、 0.2MQ 2MQ、 2MQ 2 00MQ、 2 00MQ 2 000Ma
單片機系統(tǒng)120的工作如下。根據(jù)本發(fā)明實施例，單片機系統(tǒng)采用的是 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(zhuǎn)換成十二門 的數(shù)字量以備分析與處理，由于整個電氣安全性能測試儀主要檢測的參數(shù)有 絕緣電阻、泄漏電流、接地電阻、耐壓強度及功率，而對于傳4姿地電阻等參 數(shù)，需要同時檢測電壓、電流兩個量，因此系統(tǒng)設計中需要將八路采樣通道 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(tǒng)中為測試回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，測試回路需要施加大電流或大電壓(0V ~ 5000VAC)，采用 PWM (Pulse-Width Modulation)技術(shù)就能容易實現(xiàn)；62 kB片內(nèi)閃速/電擦除 程序存儲器，4 kB片內(nèi)閃速/電擦除數(shù)據(jù)存儲器，存儲保持100年，重復擦寫 IO萬次，2304B片內(nèi)數(shù)據(jù)RAM,對于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(zhuǎn)換為12位的數(shù)字信號。系統(tǒng)采樣頻率 大于1KHZ，因此擴展RAM。在本方面中，采用了 32KB的CMOS型靜態(tài) RAMHY62256來擴展32KB的隨機存儲器。對于直流高壓電源的通斷、分壓 網(wǎng)絡中哪一路電阻被選中是通過單片機系統(tǒng)給出控制信號來完成的。在整個 測試系統(tǒng)中，如果這樣的數(shù)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，這里采用CPLD技術(shù)來 對其數(shù)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(fā)展起來的復雜可編程邏輯器件，其中Altera 公司的產(chǎn)品以先進的結(jié)構(gòu)、先進的處理技術(shù)、現(xiàn)代化的開發(fā)工具及各種兆 (Mega)功能等優(yōu)點而深受用戶青睞。根據(jù)本發(fā)明實施例，采用Altera公司的 MAX7000S系列產(chǎn)品之一 EPM7128S。
另外，單純的單片機控制、測試系統(tǒng)使用起來的不靈活性與測試界面的 單調(diào)性使其正在慢慢被儀器虛擬化的發(fā)展趨勢所代替。根據(jù)本發(fā)明的測試系 統(tǒng)中，利用了計算機的使用方便、大眾化、易于測試界面設計等優(yōu)勢來實現(xiàn) 測試人機交互的友好。
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(shù)的設定并啟動測試，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進行模擬信號的采樣與轉(zhuǎn)換，如果 所采得電壓值在0.2V 2.0V范圍內(nèi)，繼續(xù)采樣直到采樣時間完成，如果采樣 電壓不到0.2V,則向分壓網(wǎng)絡的大電阻檔切換，如果采樣電壓超出2.0V,則 向分壓網(wǎng)絡的小電阻檔切換，由采樣計算結(jié)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(shù)是否合格并顯示。
測試系統(tǒng)的實驗方法如下操作本系統(tǒng)進入絕緣電阻測試狀態(tài)，分別選 擇控制系統(tǒng)使其輸出250V、 500V、 IOOOV直流電壓，并且測試本系統(tǒng)輸出的 直流電壓，同時采用示波器觀察經(jīng)分壓后的直流電壓紋波；改變負載觀測輸
6出電壓的變化。經(jīng)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(fā)明中，采用來自單片機單元的測試控制信號來且 電阻檔。
用可調(diào)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 的電阻值并與本系統(tǒng)測得的絕緣電阻值相比較，并以電阻箱的電阻值作為標 準檢驗本系統(tǒng)絕緣電阻測試的準確性。在IEC61010中規(guī)定，被測儀器的絕緣 電阻測量誤差不能超1±±5%，而采用本發(fā)明的測試系統(tǒng)，實驗可得其誤差<1%
(lCT)。
該絕緣電阻測試系統(tǒng)結(jié)合了 PC機和單片機系統(tǒng)作為控制、測試核心， 使測量操作非常方便，易于控制，可以自動切換量程，并且將測量過程與結(jié) 果在PC機上進行了動態(tài)顯示，實現(xiàn)了電子測試技術(shù)與PC機相結(jié)合的虛擬儀
器技術(shù)，提高了測量精度、操作方便性與動態(tài)顯示的靈活性。
盡管已經(jīng)參照本發(fā)明的優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明，但本領域的技術(shù)人員 應該理解，本發(fā)明并不限定于所描述的優(yōu)選實施例，在不脫離由所附權(quán)利要 求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對其進行各種改變和修改。
權(quán)利要求
1. 一種絕緣電阻測試系統(tǒng)，包括計算機，用于發(fā)出測試參數(shù)及測試命令，控制單元，用于基于來自所屬計算機的測試參數(shù)及測試命令，發(fā)出電壓控制信號和測試控制信號；和測試回路，接收所述電壓控制信號和測試控制信號，根據(jù)所述電壓控制信號將來自電源的直流低壓信號轉(zhuǎn)換為直流高壓信號，并且根據(jù)測試控制信號改變測試系統(tǒng)量程，測量絕緣電阻并輸出測量結(jié)果。
2. 如權(quán)利要求1所述的絕緣電阻測試系統(tǒng)，其中所述測試回路包括 直流高壓電源，用于向被測設備提供電源；分壓網(wǎng)絡，根據(jù)來自所述控制單元的測試控制信號對測試回路的電壓進 行分壓，從而控制施加在被測設備上的電壓。
3. 如權(quán)利要求1所述的絕緣電阻測試系統(tǒng)，還包括用于防止被測設備絕 緣電阻不合格導致所述測試系統(tǒng)過壓沖擊的過壓保護與信號處理單元。
4. 如前述權(quán)利要求中的任一項所述的絕緣電阻測試系統(tǒng)，其中所述控制 單元是單片機系統(tǒng)和計算機。
全文摘要
公開了一種絕緣電阻測試系統(tǒng)，包括計算機，用于發(fā)出測試參數(shù)及測試命令，控制單元，用于基于來自所屬計算機的測試參數(shù)及測試命令，發(fā)出電壓控制信號和測試控制信號；和測試回路，接收所述電壓控制信號和測試控制信號，根據(jù)所述電壓控制信號將來自電源的直流低壓信號轉(zhuǎn)換為直流高壓信號，并且根據(jù)測試控制信號改變測試系統(tǒng)量程，測量絕緣電阻并輸出測量結(jié)果。該絕緣電阻測試系統(tǒng)結(jié)合了PC機和單片機系統(tǒng)作為控制、測試核心，使測量操作非常方便，易于控制，可以自動切換量程，并且將測量過程與結(jié)果在PC機上進行了動態(tài)顯示，實現(xiàn)了電子測試技術(shù)與PC機相結(jié)合的虛擬儀器技術(shù)，提高了測量精度、操作方便性與動態(tài)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(yōu)先權(quán)日2007年12月28日
發(fā)明者剛 劉, 東 李, 王曉飛, 王艷林 申請人:北京機械工業(yè)學院