在電力設(shè)備的實際應(yīng)用中，絕緣材料的電氣和機(jī)械性能往往決定著整個電力設(shè)備的壽命。絕緣損壞時，可能導(dǎo)致非常嚴(yán)重的后果，如系統(tǒng)損壞、火災(zāi)等，甚至造成人員傷亡。 因此絕緣性能的檢測顯得尤為必要，而研制一種準(zhǔn)確、穩(wěn)定、方便、

適用范圍

廣的絕緣材料測量儀（即兆歐表）具有非凡的意義。早期的手搖指針式兆歐表有諸多的缺點，如：測量時必須手搖發(fā)電機(jī)、同臺表的電壓等級少、測量范圍小、 指針為非線性測量誤差和讀數(shù)誤差較大等。后來出現(xiàn)的數(shù)字兆歐表雖然較手搖指針式兆歐表有了很大的提高，但測量范圍仍然比較小，一般為兩檔位。本數(shù)字兆歐表有四個電壓等級，分別為500 V、1000 V、2500 V、5000 V， 都是依靠自身的直流電源產(chǎn)生的精準(zhǔn)直流電壓，阻值測量范圍可達(dá)到1 M～1000 G；在不同的電壓等級中又分有 6 個不同的采樣電阻，可根據(jù)不同的待測電阻自動切換采樣電阻，在測量范圍內(nèi)誤差不超過±2%；采用數(shù)字顯示方式，讀數(shù)直觀準(zhǔn)確；還可以測量吸收比和極化系數(shù)。

1 硬件電路設(shè)計

數(shù)字兆歐表主要由直流負(fù)高壓生成模塊、模擬開關(guān)模塊、取樣電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、LCD顯示、控制旋鈕及按鈕組成，其工作原理框圖如圖 1 所示 。

具體工作流程為：12 V 直流電源通過直流負(fù)高壓生成模塊產(chǎn)生所需的高電壓，再經(jīng)過模擬開關(guān)加到采樣電阻兩端，采樣電阻的電信號經(jīng)過 12 位高速 AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，單片機(jī)通過計算將數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為絕緣阻值，并根據(jù)不同的絕緣阻值自動切換采樣電阻，可在不同的工作模式內(nèi)計算吸收比和極化系數(shù)。

1.1 直流負(fù)高壓生成模塊

產(chǎn)生直流高壓測試電源的直流負(fù)高壓生成模塊是數(shù)字兆歐表的重要組成部分，被測直流高電壓的穩(wěn)定性，將直接影響數(shù)字兆歐表的性能。本設(shè)計采用 TL594 開關(guān)電源集成控制器芯片控制數(shù)字兆歐表倍壓模塊，產(chǎn)生的高壓電源具有以下特點：

（1）低壓直流電源可采用蓄電池供電 ，輸出的各檔直流負(fù)高壓誤差不大于 0.5%；

（2）旋鈕開關(guān)能方便地切換各檔位電壓；

（3）具有反饋測試和自保護(hù)功能。

直流負(fù)高壓生成模塊的電路圖如圖 2 所示，通過 S3—S6 改變腳的給定電壓來選擇檔位。 倍壓電路的反饋電壓經(jīng)電阻 R8-R12與 R13分壓后輸入TL594 的 15 腳，用它來矯正 TL594 產(chǎn)生脈沖的占空比，脈沖通過 9、10 腳輸出控制三極管的通斷，兩個在不同時間輸出的脈沖可交叉控制上下兩個三極管的通斷，從而產(chǎn)生可調(diào)的交流電壓給變壓器，交流電壓經(jīng)過變壓器升壓后加到倍壓電路兩端，交流電壓通過倍壓電路倍壓后產(chǎn)生所需的直流負(fù)高壓。

1.2 模擬開關(guān)模塊

數(shù)字兆歐表每個檔位內(nèi)部又分為 6 個不同的采樣電阻，可根據(jù)待測絕緣電阻的阻值自動切換采樣電阻，這樣可以擴(kuò)大量程和提高測量精度。本設(shè)計采用雙向模擬開關(guān) CD4066做為采樣電阻切換開關(guān)，連接電路示意圖如圖 3 所示。 E、L 為高壓輸入點，G 點固定電壓為 5.00 V，單片機(jī)控制 CD4066 的通斷可分別連接電阻 R1～R6 進(jìn)行測量。

1.3 取樣電路模塊及絕緣阻值測量原理

如圖 3 所示，5 V 電壓 G 通過 R7、R8到 L 構(gòu)成回路， 作為基準(zhǔn)電壓支路， 由 G 通過采樣電阻 Rm（R1-R6）、R0、Rx到 L 組成測量支路， 其中 Rx為待測絕緣電阻，R0為電源的等效內(nèi)阻， 兩支路組成雙支路電壓比較測量法。