一种智能绝缘电阻测试仪设计

作者/栾丽丽，吉林经济贸易学校

一种智能绝缘电阻测试仪设计

作者/栾丽丽，吉林经济贸易学校

电气设备容易出现电气绝缘问题，所以还要采用科学且便利的方法完成设备绝缘电阻的定期测试。基于这种认识，本文采用双支路比较测量法和ARM7微处理器完成了一种智能绝缘电阻测试仪的设计，对其测量原理、结构组成和各模块设计问题进行了探讨。从测试结果来看，该仪器测量精度较高，且具有操作便利、数据自动存储等优点。

绝缘电阻；智能测试仪；反馈控制

引言

在电气安全检测方面，需要通过绝缘电阻测试确定电气设备的绝缘性能是否符合要求，以确保设备运行的安全性。而就目前来看，采用传统绝缘电阻测试设备容易出现误差大和测量范围小等问题，并且需要人工进行测量数据的记录，将给设备测试带来诸多困扰。针对这一问题，还应加强智能绝缘电阻测试仪的设计，以实现绝缘电阻的精确测量，继而为电气检测工作的开展提供便利。

1.智能绝缘电阻测试仪的测量原理

从测量原理上来看，绝缘电阻需要利用高压直流电源提供测试信号。如果采用手持式测试仪，将遇到高压源持续时间段的情况，输出的直流高压信号具有较大的波动性，将导致测量结果不准[1]。针对这一情况，在进行智能绝缘电阻测试仪设计时，可以采用双支路比较测量法完成电阻测试。具体来讲，就是利用标准电阻与待测电阻进行比较，以确认待测电阻的阻值[2]。在实际测试时，假设待测绝缘电阻为Rx，其待测端分压电阻设为R0，标准电阻的侧分压电阻分别为R1和R2，标准侧分压电压设为Ur，待测分压电压设定为U0，电路输出高压为Es，可以得到式（1）、（2）。

由这两个式子可知，AD转换器的输出可以利用式（3）计算。式中，D=2n–1，n指的是AD的位数。

分析式（3）可以发现，采用该种测量方法，由于测量值与Es无关，所以能够使电桥供电不稳的问题得到解决。同时，由于Rx远远大于R0，R1远远大于R2，所以能够得到式（4）。

2.智能绝缘电阻测试仪的设计分析

■2.1 测试仪结构组成

结合上述绝缘电阻测试原理，在设计智能绝缘电阻测试仪时，还要实现模块化设计，即使系统由高压产生模块、测试模块、微处理器模块、通信模块等多个模块构成。系统基本组成框图如图1所示。系统上电后，其核心处理器ARM7将产生PWM开关信号，以实现对开关三极管的控制，利用高压产生模块提供5000V高压。经过测量模块，则能得到经过AD转换的两路分压信号，然后利用微处理器实现输出数据处理，得到待测电阻值[3]。利用LCD显示器，仪器则能完成测量数据显示。利用FALSH，则能实现测量数据存储而利用通信串口模块，系统可以实现与PC机通信。此外，利用反馈控制模块，系统可以根据负载测量范围变化实现稳压输出。

图1 系统基本组成框图

■2.2 测试仪各模块设计

2.2.1 高压产生模块设计

在系统高压产生模块设计上，还要利用音频升压变压器将电池低压升压100倍，使电流经过开关三极管斩波后进入变压器，然后通过由多个电容和二极管构成的多倍压整流电路升压，使电路输出直流电压约为输入电压的9倍，使测试高压源达到5000V。如图2所示，为多倍压整流电路。在该电路中，包含有较多整流电路，如由VD1、CH2、CH6、VD2组成的二倍压整流电路。分析该电路可以发现，e2处在负半周的情况下，VD1将处在导通状态，VD2则为截止状态，所以VD1中有电流通过，能够为CH1供电，使其

电压接近e2峰值的在e2处在正半周的情况下，VD将处在导通状态，VD1则为截止状态，所以VD2中有电流通过，能够为CH6供电。此时，CH1上电压将与e2串联，使CH6电压接近e2峰值+，约为2E2。经过反复充电，CH6的电压将为变压器电极电压的2倍。由此推算，CH9输出电压为整个电路输入电压的9倍。

图2 多倍压整流电路

2.2.2 测量模块设计

在测量模块设计上，将使用AD7705作为A/D转换器，其拥有两个差分输入通道。并且能够提供16位无丢失代码，能够实现系统校准、增益编程和自校准。由于AD为16位，所以由式（4）计算可以得到式（5）。

在测量模块中，采用的测量电路拥有双支路，得到分压信号会受到直流高压瞬间波动性的影响，进而导致信号采样无法实现同步。针对这一情况，系统采用AD7705的REF端进行U0接入，并采用模拟输入AIN1端进行Ur接入。通过将一路信号作为基准电压，并将另一路当做是采样电压，则能使信号比值保持同步，消除波动性影响。在实际进行电路连接时，考虑到待测端直接连接R0两端容易使AD芯片受高压损害，还要进行30kΩ电阻Rc的串联，并将4.7kΩ电阻Ri与测量电桥串联，以加强电路限流保护。

2.2.3 通信模块设计

在通信模块设计上，在将系统与PC机连接时，还要采用USB串口。为加强串口通信控制，则要使用CP2102芯片将RS232转USB。而该芯片内部有USB收发器振荡器、全速功能控制器和异步串行数据总线等，能够为上位机和下位机通信提供桥接器，以确保通信顺利进行。

3.结论

通过分析可以发现，采用双支路比较测量法进行绝缘电阻测试，能够使传统绝缘电阻测试遇到的测试结果不准等问题得到一定程序的解决。而利用RAM7等芯片实现智能绝缘电阻测试仪设计，也可以为绝缘电阻测试提供便利，可以轻松进行测试数据的记录和导出，以满足绝缘电阻测试需求。

＊ [1]袁开鸿,陈新喜,魏丽君.基于STM32的机车绝缘电阻测试仪的研究与设计[J].仪表技术与传感器,2014,(07):40-42+45.

＊ [2]郑希慧.YYH-1301智能绝缘电阻测试仪研制[J].铁道技术监督,2014,42(07):11-12+16.

＊ [3]刘朋朋.某智能绝缘电阻检测仪的软件设计[J].科技视界,2012,(29):100+112.