高阻值電阻測量裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種高阻值電阻測量裝置，包括高壓升壓單元、電壓嵌位單元、濾波單元和阻值測量單元，其中高壓升壓單元用于提供測量待測電阻的阻值所需的第一直流激勵電壓，電壓嵌位單元用于嵌位第一直流激勵電壓，得到嵌位后的第二直流激勵電壓，濾波單元用于濾除第二直流激勵電壓中的交流諧波，得到濾波后的第三直流激勵電壓，阻值測量單元用于根據(jù)第三直流激勵電壓，得到待測電阻的阻值。本實用新型采用二階無源RC低通濾波網(wǎng)絡(luò)，有效消除測量電壓中的交流諧波，提高了高阻值電阻的測量精度。此外，還通過擴展電壓表的電壓測量范圍，以及采用高分辨率的電流檢測技術(shù)，提高了高阻值電阻的測量范圍。
【專利說明】高阻值電阻測量裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及電氣測量【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種高阻值電阻測量裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 電阻阻值測量是電氣測量領(lǐng)域內(nèi)非常普遍的一種測量內(nèi)容。常用的測量工具有萬 用表和絕緣電阻表。對于高阻值的電阻或者絕緣電阻，一般在其兩端施加500V?2500V的 直流測量電壓，根據(jù)歐姆定律，通過測試回路電流的大小即可換算出電阻阻值。然而，無論 是手搖式絕緣電阻表還是數(shù)字式絕緣電阻表，其輸出的直流測量電壓中都含有幾 KHz至幾 十KHz的交流諧波，交流諧波的電壓高達幾十伏甚至上百伏，在測量高阻值電阻時，這種交 流諧波通過絕緣體的寄生電容和空間電容作用于測量回路，會顯著影響回路電流，給電阻 的測量帶來很大的誤差，測量精度不高。
[0003] 此外，一般情況下，萬用表的阻值測量范圍一般在0. 1 Ω?100M Ω，絕緣電阻表的 測量范圍在0.1ΜΩ?1000ΜΩ，先進的數(shù)字式絕緣電阻表可以測量阻值為IOOGQ的電阻。 然而，現(xiàn)有測量工具的測量范圍仍然比較有限，不能滿足對阻值更高的電阻的測量需要。 實用新型內(nèi)容
[0004] 本實用新型提供一種高阻值電阻測量裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中高阻值電阻測量精 度不高的問題。
[0005] 本實用新型提供一種高阻值電阻測量裝置，所述裝置包括高壓升壓單元、電壓嵌 位單元、濾波單元和阻值測量單元，所述高壓升壓單元、所述濾波單元和所述阻值測量單元 依次連接，所述電壓嵌位單元嵌連在所述濾波單元內(nèi)部；
[0006] 所述高壓升壓單元，用于提供測量待測電阻的阻值所需的第一直流激勵電壓；
[0007] 所述電壓嵌位單元，用于嵌位所述第一直流激勵電壓，得到嵌位后的第二直流激 勵電壓；
[0008] 所述濾波單元，用于濾除所述第二直流激勵電壓中的交流諧波，得到濾波后的第 三直流激勵電壓；
[0009] 所述阻值測量單元，用于根據(jù)所述第三直流激勵電壓，得到所述待測電阻的阻值。
[0010] 結(jié)合上述方案，在第一種可能的實現(xiàn)方式中，所述濾波單元為二階無源RC低通濾 波網(wǎng)絡(luò)，包括第一電阻、第二電阻、第一電容和第二電容，所述第一電阻和所述第一電容串 聯(lián)，所述第二電阻和所述第二電容串聯(lián)后與所述第一電容并聯(lián)。
[0011] 結(jié)合上述方案，在第二種可能的實現(xiàn)方式中，所述電壓嵌位單元嵌連在所述濾波 單元內(nèi)部包括：所述電壓嵌位單元與所述濾波單元的第一電容并聯(lián)。通過所述待測電阻的 電流。
[0012] 結(jié)合上述方案，在第三種可能的實現(xiàn)方式中，所述阻值測量單元包括并聯(lián)連接的 高壓測量模塊和微電流測量模塊，所述高壓測量模塊用于測量所述第三直流激勵電壓，所 述微電流測量模塊用于測量
[0013] 結(jié)合上述方案的第三種可能的實現(xiàn)方式，在第四種可能的實現(xiàn)方式中，所述高壓 測量模塊包括第一電壓表和第四電阻，所述第一電壓表和所述第四電阻串聯(lián)；所述第一電 壓表的直流電壓量程大于500V，內(nèi)阻大于5ΜΩ。
[0014] 結(jié)合上述方案的第三種可能的實現(xiàn)方式，在第五種可能的實現(xiàn)方式中，所述微電 流測量模塊包括第二電壓表和待測電阻，所述第二電壓表和所述待測電阻串聯(lián)；所述第二 電壓表的電壓分辨率小于0. lmV，內(nèi)阻大于IM Ω。
[0015] 結(jié)合上述方案，在第六種可能的實現(xiàn)方式中，所述裝置還包括保護單元，連接在所 述濾波單元和所述阻值測量單元之間，用于防止電路異常時出現(xiàn)高壓電擊人體和其他敏感 設(shè)備的情況。
[0016] 結(jié)合上述方案的第六種可能的實現(xiàn)方式，在第七種可能的實現(xiàn)方式中，所述保護 單元包括第三電阻，所述第三電阻的阻值范圍為〇. 5~10ΜΩ。
[0017] 結(jié)合上述方案以及上述方案的第一種至第七種可能實現(xiàn)方式，在第八種可能的實 現(xiàn)方式中，所述裝置還包括由導(dǎo)電金屬材料制作的外殼，所述外殼內(nèi)部由隔離板分為左側(cè) 腔體和右側(cè)腔體，所述左側(cè)腔體內(nèi)設(shè)置所述高壓升壓單元、所述電壓嵌位單元、所述濾波單 元和所述保護單元，所述右側(cè)腔體設(shè)置所述阻值測量單元；所述隔離板上設(shè)有兩個帶絕緣 管套的通孔，所述保護單元與所述阻值測量單元的接線從所述通孔穿過。
[0018] 本實用新型采用二階無源RC低通濾波網(wǎng)絡(luò)，有效消除測量電壓中的交流諧波，不 影響回路電流，有效提高高阻值電阻的測量精度。此外，本實用新型還通過擴展電壓表的電 壓測量范圍，以及采用高分辨率的電流檢測技術(shù)，提高對高阻值電阻的測量范圍。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 為了更清楚地說明本實用新型實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需 要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實 施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖 獲得其他的附圖。
[0020] 圖1為本實用新型實施例提供的高阻值電阻測量裝置的電路原理圖；
[0021] 圖2為本實用新型實施例提供的高阻值電阻測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0022] 為使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本實用新 型實施方式作進一步地詳細(xì)描述。
[0023] 參照圖1所示，圖1為本實用新型實施例提供的高阻值電阻測量裝置的電路原理 圖。具體地，本實用新型實施例提供一種高阻值電阻測量裝置，用于精確測量高阻值電阻的 阻值。該裝置包括高壓升壓單元101、電壓嵌位單元102、濾波單元103、保護單元104和阻 值測量單元105,其中高壓升壓單元101、濾波單元103、保護單元104和阻值測量單元105 依次連接，電壓嵌位單元102嵌連在濾波單元103內(nèi)部。
[0024] 其中，高壓升壓單元101，用于提供測量待測電阻的阻值所需的第一直流激勵電 壓；該高壓升壓單元101包括直流電源Β、開關(guān)K和高壓發(fā)生器，直流電源B的正極經(jīng)過開關(guān) K后連接高壓發(fā)生器的正輸入端，負(fù)極直接連接高壓發(fā)生器的負(fù)輸入端，高壓升壓單元101 輸出第一直流激勵電壓。
[0025] 具體地，根據(jù)待測電阻的不同，高壓升壓單元101可以輸出100V?5000V的直流 電壓。一般情況下，待測電阻的阻值越大，所需的測量電壓越高，高壓升壓單元101的輸出 電壓也相應(yīng)越高。根據(jù)待測電阻的阻值范圍和耐壓要求，作為測量電壓的第一直流激勵電 壓一般為500V、1000V、2500V和5000V，也可以根據(jù)需要輸出其它電壓值。
[0026] 電壓嵌位單元102,用于嵌位第一直流激勵電壓，得到嵌位后的第二直流激勵電 壓；該電壓嵌位單元102包括第一壓敏電阻RVl、第二壓敏電阻RV2和第三壓敏電阻RV3, 一 般來說這三個壓敏電阻的總耐壓之和等于所需要的測量電壓。電壓嵌位單元102兩端的電 壓為第二直流激勵電壓。
[0027] 該單元一般由單個或者多個壓敏電阻串聯(lián)組成，將高壓升壓單元101輸出的第一 直流激勵電壓嵌位到安全的電壓范圍之內(nèi)，防止過高的電壓擊穿整個測量裝置和待測電 阻。
[0028] 濾波單元103,用于濾除第二直流激勵電壓中的交流諧波，得到濾波后的第三直流 激勵電壓；該濾波單元103為二階無源RC低通濾波網(wǎng)絡(luò)，包括第一電阻R1、第二電阻R2、第 一電容Cl和第二電容C2,第一電阻Rl和第一電容Cl串聯(lián)，第二電阻R2和第二電容C2串 聯(lián)后與第一電容Cl并聯(lián)，電壓嵌位單元102中的第一壓敏電阻RV1、第二壓敏電阻RV2和第 三壓敏電阻RV3串聯(lián)后也與第一電容Cl并聯(lián)，第一電容Cl和第二電容C2共負(fù)極，負(fù)極均 連接高壓升壓單元101的輸出負(fù)極。濾波單元103為二階無源RC低通濾波網(wǎng)絡(luò)，RC常數(shù) 大于0. 1，可以將第二直流激勵電壓中大于IOOHz的交流諧波衰減67dB以上，濾波后的交流 分量小于IV，有效減小其通過寄生電容和空間雜散電容對測量結(jié)果帶來的誤差。
[0029] 為達到良好的濾波效果，一般地，濾波單元103中，第一電阻Rl和第二電阻R2的 阻值應(yīng)大于IM Ω，第一電容Cl和第二電容C2的容量大于0. 1 μ f，第一電容Cl和第二電容 C2的耐壓均需高于第一直流激勵電壓的20%以上。濾波單元103輸出的電壓，即第二電容 C2兩端的電壓，為第三直流激勵電壓。
[0030] 保護單元104,用于防止電路異常時出現(xiàn)高壓電擊人體和其他敏感設(shè)備的情況； 該保護單元104包括第三電阻R3,串聯(lián)在濾波單元103和阻值測量單元105之間。為達到 良好的保護效果，第三電阻R3的阻值范圍優(yōu)選為0. 5~10ΜΩ。
[0031] 阻值測量單元105,用于根據(jù)第三直流激勵電壓，得到待測電阻的阻值；該阻值 測量單元105包括并聯(lián)連接的高壓測量模塊1051和微電流測量模塊1052,高壓測量模塊 1051用于測量第三直流激勵電壓，微電流測量模塊1052用于測量通過待測電阻的電流。
[0032] 具體地，高壓測量模塊1051包括第一電壓表Vl和第四電阻R4,其中第一電壓表 Vl和第四電阻R4串聯(lián)，第四電阻R4的另一端與第三電阻R3相接，第一電壓表Vl的另一 端與第二電容C2的負(fù)極相接。為達到最佳測量效果，第一電壓表Vl為高阻數(shù)字式電壓表， 第一電壓表Vl的直流電壓量程大于500V，內(nèi)阻大于5ΜΩ，有效顯示數(shù)字3位。根據(jù)歐姆定 律，電壓表串聯(lián)電阻后量程得到擴展，擴展系數(shù)為串聯(lián)電阻與電壓表內(nèi)阻的比值。高壓測量 模塊1051中，第一電壓表Vl串聯(lián)第四電阻R4量程得到擴展，擴展系數(shù)為R4/R V1，其中R4 和Rvi分別表不第四電阻R4的阻值和第一電壓表Vl的內(nèi)阻。一般地，當(dāng)?shù)谝浑妷罕鞻l的 量程為1000V，內(nèi)阻為10M，串聯(lián)的第四電阻R4為90M時，高壓測量模塊1051可以測量高達 IOkV的電壓。串聯(lián)第四電阻R4可以等效擴大第一電壓表Vl的內(nèi)阻，可防止高壓測量模塊 1051對第三直流激勵電壓形成過大的放電負(fù)載。
[0033] 微電流測量模塊1052包括第二電壓表V2和待測電阻Rx，第二電壓表V2和待測 電阻Rx串聯(lián)，第二電壓表V2的另一端與第三電阻R3相接，待測電阻Rx的另一端與第二電 容C2的負(fù)極相接。為達到最佳測量效果，第二電壓表V2為高分辨率、高內(nèi)阻的電壓表，第 二電壓表V2的電壓分辨率小于0. lmV，內(nèi)阻大于1ΜΩ。待測電阻Rx的回路電流等于第二 電壓表V2的回路電流，即第二電壓表V2兩端的電壓與其內(nèi)阻的比值。一般地，當(dāng)?shù)诙妷?表V2的電壓分辨率為0. OlmV，內(nèi)阻為10M，則電流分辨率為0. 01mV/10M=10_12A，如此高的電 流分辨率可以保證檢測阻值更高的電阻。
[0034] 假設(shè)第一電壓表Vl和第二電壓表V2的內(nèi)阻分別為Rvi、Rv2，電壓表不數(shù)分別為U n U2，第四電阻R4的阻值為R4。根據(jù)歐姆定律，待測電阻Rx的阻值Rx為待測電阻Rx兩端的 電壓與通過待測電阻Rx的電流的比值，可由下式得出，單位為M Ω，即：

【權(quán)利要求】
1. 一種高阻值電阻測量裝置，其特征在于，所述裝置包括高壓升壓單元、電壓嵌位單 元、濾波單元和阻值測量單元，所述高壓升壓單元、所述濾波單元和所述阻值測量單元依次 連接，所述電壓嵌位單元嵌連在所述濾波單元內(nèi)部； 所述高壓升壓單元，用于提供測量待測電阻的阻值所需的第一直流激勵電壓； 所述電壓嵌位單元，用于嵌位所述第一直流激勵電壓，得到嵌位后的第二直流激勵電 壓； 所述濾波單元，用于濾除所述第二直流激勵電壓中的交流諧波，得到濾波后的第=直 流激勵電壓； 所述阻值測量單元，用于根據(jù)所述第=直流激勵電壓，得到所述待測電阻的阻值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述濾波單元為二階無源RC低通濾波網(wǎng) 絡(luò)，包括第一電阻、第二電阻、第一電容和第二電容，所述第一電阻和所述第一電容串聯(lián)，所 述第二電阻和所述第二電容串聯(lián)后與所述第一電容并聯(lián)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述電壓嵌位單元嵌連在所述濾波單元 內(nèi)部包括；所述電壓嵌位單元與所述濾波單元的第一電容并聯(lián)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述阻值測量單元包括并聯(lián)連接的高壓 測量模塊和微電流測量模塊，所述高壓測量模塊用于測量所述第=直流激勵電壓，所述微 電流測量模塊用于測量通過所述待測電阻的電流。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述高壓測量模塊包括第一電壓表和 第四電阻，所述第一電壓表和所述第四電阻串聯(lián)；所述第一電壓表的直流電壓量程大于 500V，內(nèi)阻大于5MQ。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述微電流測量模塊包括第二電壓表 和待測電阻，所述第二電壓表和所述待測電阻串聯(lián)；所述第二電壓表的電壓分辨率小于 0. ImV，內(nèi)阻大于1MQ。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括保護單元，連接在所述濾 波單元和所述阻值測量單元之間，用于防止電路異常時出現(xiàn)高壓電擊人體和其他敏感設(shè)備 的情況。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述保護單元包括第=電阻，所述第=電 阻的阻值范圍為0. 5?10MQ。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括由導(dǎo)電金屬材 料制作的外殼，所述外殼內(nèi)部由隔離板分為左側(cè)腔體和右側(cè)腔體，所述左側(cè)腔體內(nèi)設(shè)置所 述高壓升壓單元、所述電壓嵌位單元、所述濾波單元和所述保護單元，所述右側(cè)腔體設(shè)置所 述阻值測量單元；所述隔離板上設(shè)有兩個帶絕緣管套的通孔，所述保護單元與所述阻值測 量單元的接線從所述通孔穿過。
【文檔編號】G01R27/14GK204228826SQ201420790111
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月15日
【發(fā)明者】楊正偉, 羅雷, 田干, 陶勝杰, 張煒, 朱杰堂 申請人:中國人民解放軍第二炮兵工程大學(xué)