低电阻测试

低电阻测试（精选7篇）

低电阻测试 篇1

摘要：为了解决现有微电阻测量中采用的测试电流过大、精度不高的问题,给出了一种低测试电流的微电阻测量系统的设计。采用高精密恒流源作为电流源,具有很好的稳流特性、低漂移及低噪声的运算放大器ICL7650和OP07ADJ构成精密放大电路,通过数据的实时采集、A/D转换,由单片机进行数据的处理和显示,主要对微弱信号的放大原理以及测量的可行性进行了分析。通过实验验证,实现低测试电流下微电阻的准确测量,当测量电阻为0.05～0.5Ω,测量电流为5～10 mA时,测量精度达到1/1 000。

关键词：微电阻,低测试电流,精密恒流源

在电气应用中,电机线圈、变压器绕组、测量开关、电力电缆、通信电缆、接触器、继电器与接插件触点的接触电阻通常为毫欧数量级[1,2]。随着微电阻测试技术的发展,微电阻测量仪器从20世纪90年代以磁电式仪表为主的仪器发展到今天性价比较高的DZC-5型仪器[3],其可实现对低电压的自动测量,测量范围达到0~160.000 m V,0~1 600.00 m V,精度达到1/100,这些仪器采用的都是通过增大测试电流来提高分辨率,如文献[4]中,采用恒流源输出1 A测试电流对微电阻进行测量,测量精度为1/100。但实际上,接触电阻往往是电流的函数,对于通讯电缆而言[5,6],实际工作电流较小,如果为了测出毫欧级电阻而人为地加数安培的测试电流,这将无法正确反映接触状态。但是对于接触器而言,本身工作电流在数安到数百安,倘若用小电流测试,也不能正确反映测量结果。

针对企业实际生产需求,需要对电雷管等易爆产品的性能检测过程需要几毫安电流,提出了智能型低测试电流的微电阻测量系统,当测量电流为5~10 m A,测量电阻为0.5~0.05Ω,测量精度达到1/1000,实现了低测试电流下微电阻的智能测量。

1 工作原理

1.1 测量原理

从原理上分析,可知只要输出电流已知为I的恒流源给待测电阻供电,测得待测电阻上的电压降伏(以m V为单位),便可得出。当测试电压一定时,当I取某些值(如1 A)时,R便可心算出来R=U(以mΩ为单位)。因为测量时只要采集到相应的电压值,进行运算,进而可实现微电阻的智能测量,耗时短了,可用按钮实现瞬时供电,电流通过待测电阻的时间很短。所以可适当地增大电流以进一步提高测量准确度,又不使电阻发热。但是,在实际中,往往要求在很低的电流下进行微电阻的测量,怎样在测量过程中准确地测量这么小的电压信号呢?这就需要解决微弱信号采集的问题。

采用精密恒流源、放大电路、A/D转换器和液晶显示构成测量系统,以AT89C51单片机为控制显示单元;由精密微电流源的恒定电流通过微电阻,经过运算放大器将信号放大到能被提取出来,接着进行信号处理,然后进行信号采集和A/D转换,最后将测量结果显示在液晶显示屏上。测量框图如图1所示。

1.2 恒流源

系统设计思想不拘泥于常规的恒流源设计,选择了凌特公司生产的一款微电流源芯片LT3092,其特点:可编程两端电流源;最大输出电流:200 m A;宽输入电压范围:1.2~40 V(电流调节性能优于10ppm/V);无需输入输出电容器,用电阻比来设定输出电流;初始SET引脚电流准确度:1%;反相电压保护;反相电流保护;<0.001%/V电压调节(典型值);具有电流限制和热停机保护功能;原理图如图2所示。

输出电流计算公式为:,注:10μA为IC内部恒流值;Rout属于功率型电阻,一般不会发生变化;Rset属于信号型电阻,可通过选择Rset阻值的大小来调节输出电流的大小,据资料显示,一般用的是数组电阻,直接可以跟I/O口通信,通过阻值的大小来调节电流大小;由于系统需要电流是恒值的,所以选一般固定阻值的精密电阻就好。在信号输入端加上10 n F和1 u F接地电容,能够很好地滤除噪声。

1.3 微弱信号的放大电路

根据输出信号特点,放大器的设计主要是高增益、低噪声。一方面,提高增益的最直接措施是采用多个放大器级联,但这种结构在提高增益的同时也引入了噪声干扰,并且级数越多给电路引入的传输函数极点就越多,从而造成系统不稳定,一般不选择三级以上级联方式,常用两级级联[7]方式。另一方面多级放大电路噪声系数及电压增益满足

由此可见,多级放大电路总噪声主要取决于第一级。放大电路的设计分析及其结构图如图3所示,由3个运放构成的两级放大电路,输入VCM、VIN+及VIN-由差动放大器A3的输入级决定。根据定义,放大器的输入信号可细分为共模电压VCM以及差动电压VD。尽管VCM是2个输入的共用电压,但仍可定义为VIN+与VIN-之和的平均值,VD表示电压之间的静差有

解上面2个等式求VIN+或VIN-,解得任意输入电压时,得出一组新的等式

在非饱和模式下,RG上产生输入电流ID

因此,A1及A2的输出电压为

用式(4)替代电流ID,得出

式(5)显示,仅差动组件VD 2通过输入增益G1得到放大,同时,共模电压VCM以单位增益通过输入级。差动放大器A3为V2减去V1,然后以增益G2对差值进行放大

其中,,将式(4)代入式(5)得出放大器的传递函数VOVD

但是,式(5)中的V1及V2并不代表绝对电压。由于VCM及VD的极性可能会发生改变,在达到饱和状态之前,可将任一输出的最大电压假定为

为了明确起见,以下描述忽略了信号的极性,而变量仅指幅度值。假定V1,2及VD/2为常量,则使输入共模电压从VCM增加至V′CM的唯一办法就是将输入增益从G1降低至G1′,从而

求解V′CM可以得出

减少G1的值会使放大差动组件G′(VD 2)值的范围减小,从而扩展VCM的范围。标准放大器使用单位增益差动放大器,参数有R2=R1及G2=1。当共模信号受到邻近设备以及不同位置的信号源的较大差动直流电位感应,可使放大器的输入电压升高,输入级发生饱和,饱和现象[8]将产生放大器的输入电压,尽管该电压值是错误的,但随后的处理电路却无法识别,此系统设计模式,在扩展了输入共模电压范围,保持了整体增益的最大化的同时避免了饱和现象的发生。

由上述理论分析,第一级A1、A2选择高精度斩波稳零运算放大器ICL7650作为小信号的放大,放大23倍;第二级A3由运放OP07构成,作为信号的二级放大及滤波,放大20倍。输出端出来的信号送A/D进行模数转换,转换完成送CPU进行数字信号处理。

采集的模拟电压信号转换精度是否高[9],一方面取决于A/D转换器的精度。A/D转换器是智能化仪器中的重要组成部分,选用ADI公司的16位sigma-delta模数转换器AD7171可实现比同类小型封装ADC竞争性产品更低的噪声,并减少约25%的电流消耗,其分辨率LSB为:当输入量为5 V时,。

2 系统的抗干扰问题

(1)电源干扰

对于微弱信号处理系统,应妥善解决电源去耦。电源系统对系统正常工作很重要。恒流源、电压测量部分都有一套独立的电源[10,11,12,13];不仅做到传统上将模数转换中模拟的和数字的严格分开,还要采用将模拟的和数字的之间用2 kΩ的电阻连接起来再接地。模拟电源采用电阻和电容进行低通滤波,滤掉高频噪声干扰。

(2)PCB布线

(1)合理布置印刷电路板上的器件;(2)印刷电路板合理布线。

为了保证测试的精度,除了硬件滤波措施外,采取进一步提高系统抗干扰和噪声的能力,还采取了对获得的测量值进行数字滤波处理,即进行多次测量后取平均值。经过硬件、软件滤波处理后的系统误差有±1 LSB。

3 程序设计

使用C语言编写AT89C51单片机程序,使得程序移植和调用方便、灵活,在程序发生错误的时候,可以很快找到并改正,能最大限度地提高系统程序的可靠性和稳定性,程序流程图如图4所示。

为了保证数据采集和传输的正确性,如果单片机的晶振选择不当,则可能造成单片机不能正常工作。开始运行时,需要对系统进行初始化,由于单片机接收到的是数字信号,先检测A/D输出是否超出范围,当系统正常采样时,采样几次完成后,进行平均值的求取,由单片机处理并完成显示。

4 结论

采用的微电流源芯片LT3092输出的恒流装置和采用的高性能ICL7650和OP07ADJ构成测量放大电路,实现测量了低测试电流的微电阻测量,在测量范围0.5~0.05Ω,测量电流为5~10 m A时,测量精度可达1/1 000。同时,采用微处理器进行控制,可实时在线显示所测量电阻值,并实时进行自校准处理,进一步地提高测量的准确性,实现了智能化的测量,但是,系统测量范围存在一定的局限性,有待于进一步的深入研究。

低电阻测试 篇2

关键词：MSP430单片机,DC-DC变换器,电阻测试

1 设计方案

采用恒流法测电阻, 通过搭建恒流源, 取样待测电阻两端电压的方法, 通过欧姆定律, 来求被测电阻的阻值, 这种方法测量比较准确, 但是电路搭建比较麻烦并且只能测小电阻和中值电阻。采用恒压法测量电阻, 通过把精密电阻与待测电阻串联的分压形式, 采集待测电阻两端的电压, 即可求出待测电阻的阻值, 这种方法也是比较准确的, 同时电路搭建起来也非常方便, 只需采用电路的标准电压来提供固定电压, 通过相应的处理, 即可快速精确的计算出待测电阻值。

2 总体设计

该系统主要由功能转换及变换电路、电源变换电路, 单片机控制系统、显示部分和输入部分组成, 电源变换部分主要完成低功耗系统电源设计。被测量对象首先经变换电路取得电阻两端的电压送给MSP430单片机控制系统。然后在输出设备上显示电阻的阻值。

3 详细设计

3.1 DC-DC电源处理电路的设计

常用的线性稳压芯片搭建的电源电路, 设计方便简单, 但是功耗比较大, 不满足低功耗设计要求。采用DC-DC电源模块功耗小, 效率高。其PWM开关控制方式, 可极大地提高电源转换效率, 可高达90%以上, 并且输出电压可以很方便的调节, 所以非常适合低功耗, 电源要求高的产品。

DC-DC电源处理电路如图2所示。通过DC-DC电源芯片TPS54331产生3.3V电源, 给CPU、运放等芯片供电。该电源具有功耗低、效率高、纹波小等特点。

3.2 电阻测量电路设计

电阻测量电路如图3所示。将被测电阻的测量转化为电压测量, 对100Ω量程电阻的电压实行11倍放大, 对1kΩ、10kΩ量程电阻的电压实行1倍放大。

如图, U_res100=2.5* (Rx) / (Rx+R11) *11

U_resk=2.5* (Rx) / (Rx+R11)

3.3显示部分

采用万用表常用的段式显示屏, 其优点是功耗小, 显示简单, 缺点是这种显示屏需要特别定制, 采购不方便, 同时显示过于单调, 不适合人机界面相对丰富的产品。采用无背光也可以清晰显示的128*64液晶屏显示, 其功耗较普通万用表段式液晶屏大不了多少, 这既解决了液晶屏功耗高的问题, 同时在环境较暗的时候还可以手动开启背光, 方便作业。同时它的显示功能相对强大, 可以显示很丰富的界面, 这是非常适合智能化, 人性化的电子产品的。

3.4软件设计

在硬件设计中选用了JFET型运放及精密电阻组成的模拟信号调理电路, 然后使用MSP430内部的ADC对其进行采样, 用软件算法实现电压、电阻计算、校准和自动量程切换功能;采用MSP430的定时器捕捉功能实现电容测量中脉冲周期的精确测量。此设计方案中, 将大部分的功能实现工作放到了软件中来实现, 有助于降低系统的硬件复杂性, 从而提高整个系统的可靠性, 同时又能提供极佳的灵活性。

软件包含了MSP430相关外设的配置驱动、核心算法的实现以及用户界面等, 主要包含主调度模块、核心算法模块 (包括过采样算法、有效值算法、脉冲捕捉变换算法、电桥采样还原算法等) 、液晶显示模块、按键扫描模块等。主程序主要完成的功能是等待按键并执行相应的按键操作, 根据具体的功能计算数据, 通过动态方式不断的刷新显示。其他功能都在各自的中断服务程序中完成。

4 结束语

基于单片机的电阻测量仪既能代替传统的万用表, 又具有扩展各种输入输出模块, 让测量的过程和数据能满足用户的需求。另外常用的线性稳压芯片搭建的电源电路, 设计方便简单, 但是功耗比较大, 不满足低功耗设计要求。在设计中采用了DC-DC电源模块, 这一模块的特点是功耗小, 效率高, 可以提高生产自动化水平, 具有显著的经济效益和社会效益, 在现代工业中发挥着越来越重要的作用。

参考文献

[1]MSP430F149用户手册[Z].

[2]www.alldadsheet.com关于TPS54331、LMC6484资料[Z].

接地电阻测试分析以及运用 篇3

1 接地电阻测试的基本方法

在笔者的工作经历中, 《电世界》的增刊———《实用接地技术》专辑, 对最初掌握常规的接地电阻测量作出了很大的贡献。现在, 随着科学技术的不断进步, 接地电阻测试仪也得到了长足的发展。在日常实践中, 接地电阻测量方法根据使用工具的特点 (线还是钳) , 通常分为以下几种:两线法、三线法、四线法、单钳法和双钳法。这些测量方法各有各的特点, 实际测量时, 尽量选择正确的方式, 才能使测量结果准确无误。

两线法适用于楼群稠密或水泥地等密封无法打地桩的地区, 必须有已知接地良好的地 (如PEN等) , 所测量的结果是被测地和已知地的电阻和。如果已知地远小于被测地的电阻, 测量结果可以作为被测地的结果。

三线法适用于地基接地、建筑工地接地和防雷接地。测量工具必须有两个接地电极 (各个接地电极间的距离不小于20米) 、一个辅助地和一个探测电极。原理是在辅助地和被测地之间加上电流, 测量被测地和探测电极间的电压降, 测量结果包括测量电缆本身的电阻。

四线法基本类似三线法, 在低接地电阻测量和消除测量电缆电阻对测量结果的影响时替代三线法, 是所有接地电阻测量方法中准确度最高的。

单钳测量是利用电流钳监测被测接地点上的电流, 适用于多点接地, 需要测量每个接地点的电阻。使用过程中, 为防止发生危险, 不能断开接地连接。而双钳测量必须使用厂商指定的电流钳接到相应的插口上, 将两钳卡在接地导体上, 两钳间的距离要大于0.25米。它适用于多点接地, 不需要打辅助地桩, 测量的对象是单个接地。

2 接地电阻测试实例分析

2.1 在测试前, 注意测量仪器的灵敏度问题以及复测漏电误差

这是笔者刚参加工作不久时遇见的一个案例, 当时的内容是对一联合接地网的接地电阻值进行测量, 接地电阻测试仪显示的测量结果高达几百欧。但是, 根据土层的状况及施工时的监察, 这个结果肯定是错误的。在更换一台仪器再次测量后, 结果也还是很大。后来, 经过对两台测试仪的机械零位、电气零位和灵敏度进行检查, 发现两台测试仪的灵敏度全部不合格, 不能使用。最后, 在换用检查合格的测试仪进行测量, 结果为1Ω, 符合实际情况。

2.2 在测试中, 注意杂散电流或漏电电流对测试结果的影响

接地电阻值测量时, 若地中存在杂散电流或接地极中存在电网的漏电电流时, 会给测量带来误差。比如在地铁工程施工过程中, 在电源接地线和隧道主钢筋之间就测得直流数值为1V的电压, 此时列车所需的直流1500V的电压尚未接人。若接入, 其杂散电流肯定也会对接地电阻测量带来误差。所以, 测量接地极电阻值前, 首先要检查接地极中是否存在干扰源;测量时, 若读数不稳定要检查原因。在可能存在干扰源的场景进行接地电阻测试前, 最简单的办法就是, 先用万用表电压档测量接地网引出点与电压探棒之间的电位差, 不管是直流还是交流, 其电压都为零, 表明目标对象中不存在足以影响接地电阻的于抗电流。

3 接地电阻测试在不同场合的运用

3.1 通信设备中的接地电阻测试

通信设备的良好接地是设备正常运行的重要保证, 对于交换机、光端机、计算机等电信网络中精密通信设备更是如此。设备使用的地线通常分为工作地 (电源地) 、保护地、防雷地, 有些设备还有单独的信号地, 以将强、弱电地隔离, 保证数字弱信号免遭强电地线浪涌的冲击, 这些地线的主要作用有:提供电源回路、保护人体免受电击, 此外还可屏蔽设备内部电路免受外界电磁干扰或防止干扰其他设备。

3.2 变压器验收中的接地电阻测试

在变压器竣工验收中, 绝对不能忽视接地电阻的测量验收。如果接地电阻值过高或接地线断线故障, 将给用户造成供电异常, 电器设备烧毁;也会给供电单位的运行管理带来一定困难;甚至还会对人身安全造成危险。

电力设备试验规程规定:100k VA以下的变压器接地点接地电阻不大于10Ω, 100k VA以上的变压器接地点接地电阻不大于4Ω。变压器接地线接地电阻值过高, 如同时伴有低压相线绝缘损坏而接地, 此时变压器接地线中将有一个电流流过, 电压加在大地和接地电阻上, 如果接地电阻越大, 那么接地电阻上的分压就越大。这时, 如果有人误触变压器接地线或中性线以及变压器外壳, 人体将和接地电阻形成并联, 那么加在人体上的电压就会很高, 导致触电。

如果是三相四线供电变压器中性线接地电阻值过高, 因为三相负载不平衡, 变压器中性点将发生偏移, 接地点电位不为零, 使得有的相电压升高, 而烧毁用电设备。当接地电阻值过高时, 同时也使变压器避雷器接地电阻值过高。雷击过电压时, 避雷器不能正常对地放电, 致使避雷器或变压器烧毁。

安全生产重于泰山, 在电力部门的相关工作中, 除了加强管理外, 技术措施也是一个重要的环节。保障线路与设备安全运行, 最直接、有效的技术措施, 就是做好接地保护。其中, 接地电阻测试是电气安全检查与接地工程竣工验收不可缺少的步骤。设置合适的接地装置, 进行准确的接地电阻测试, 既可保障线路、设备的正常运行, 又可避免接地装置工程投资过高情况的发生。

参考文献

[1]实用接地技术.电世界, 1997.

[2]牵引变电所接地电阻限值及降阻措施分析.铁道标准设计, 2008.

容性设备绝缘电阻测试技术 篇4

1 测试方法

1.1 测试准备工作

容性电气设备由于其固有的特性, 因感应作用或充电作用, 它的内部常常贮存着或多或少的电荷, 即使当设备断电之后, 这些电荷往往能够较长时间地驻留。当电荷聚集到一定的程度时, 就具有较大的能量, 如不进行合理的处置, 不仅测不准绝缘电阻, 还会把兆欧表等测试器材击坏。更严重的是, 当人员接触与贮存电荷相关的带电部位时, 很容易造成电击事故, 严重时可致人死亡。因此, 在测试之前, 必须首先使容性设备退出运行状态, 然后切断其工作电源及不必参与测试的相关电路, 接下来根据设备的特点再采取适当的措施对其进行充分的、彻底的放电, 贮电量越大的设备, 放电需要的时间也就越长, 一般需要3~5分钟, 而且要重复放电数次, 人工方法放电时, 通常情况下以听不到放电声音和看不到放电火花为准, 直到验电时确认已经没有剩余电荷的情况下, 方可进行兆欧表测试线的连接。

1.2 合理接线与选表

兆欧表上通常设有3个接线端钮, 分别是L (线路) 、E (接地) 和G (屏蔽) , 从3个端钮上引出的3条测试线分别与被测设备相连接。由于容性电气设备的绝缘性能通常要求比较高, 故对测试值的准确度的要求也相应较高, 除了对被测设备的被测部位进行清污、除垢等措施之外, 还必须合理地连接测试线, 以最大限度地排除一切影响测试准确性的外部因素。

对于电力电缆而言, 如果欲测试电缆的缆芯对缆壳的绝缘电阻, 应将兆欧表的L端连接到电缆的导电芯线, E端连接电缆的外壳, G端连接芯线绝缘的外表面上。如此接线能够有效地克服被测绝缘体表面漏电流的影响, 使电缆绝缘体上的漏电流经由屏蔽端G直接流回兆欧表内发电机的负端并形成回路, 而不再流过兆欧表的测量机构, 这样就从根本上消除了表面漏电流的影响。各条缆芯对缆壳的绝缘电阻可仿照上述接法逐一测出。欲测试全部缆芯对缆壳的绝缘电阻时, 可将各导电芯线连接在一起一次测出。欲测各缆芯线之间的绝缘电阻时, 应将L端连接某一导电芯线, G端连接芯线绝缘的外表面上, 将E端连接到另一条导电芯线上, 然后逐对进行测量。兆欧表的电压规格应根据被测电缆额定工作电压选择。额定工作电压在1000V以下的电缆应选用1000V的兆欧表;额定工作电压在6000V以上的电缆选用2500V的兆欧表。

对于电力变压器来讲, 通常主要测试高压绕组对低压绕组、外壳的绝缘电阻与低压绕组对高压绕组、外壳的绝缘电阻。对于第一种情况, 应将兆欧表的L端连接预先联通的3个高压绕组的接线端子, G端连接预先联通的3个高压接线端子瓷套管 (瓷裙) 上专为测试所需而螺旋状缠绕数匝的裸导线上, E端连接预先联通的3个低压绕组的接线端子;对于第二种情况, 应将兆欧表的L端连接预先联通的3个低压绕组的接线端子, G端连接预先联通的3个低压接线端子瓷套管上专为测试所需而螺旋状缠绕数匝的裸导线上, E端连接预先联通的3个高压绕组的接线端子。测试电力变压器 (如油浸自冷式) 绝缘电阻应选用2500V的兆欧表, 应有1000MΩ的刻度范围。

电力电容器绝缘电阻的测试, 主要是测试电容器的电极对地 (外壳) 的绝缘电阻。以测试三相电力电容器为例, 兆欧表的L端应接通电容器的3个接线端子, E端连接电容器的外壳。对于低压电容器可选用500V兆欧表;对于1000V以下的电容器可选用1000V兆欧表;对于1000V以上的电容器, 应选用2500V兆欧表。

其他容性电气设备的测试接线方法与上述类同。

1.3 摇测与读数

由于容性电气设备的特殊性, 当把兆欧表的E端和G端的测试线同被测设备连接后, L端测试线暂时先不要接上, 而是把L端测试线固定在绝缘杆端部的金属上, 然后转动兆欧表的摇柄, 至转速达到额定转速时, 才把连接着L端测试线的绝缘杆端部接触被测设备上需连接L端的部位。

摇测与读数的操作方法与工作程序如下:把测试线连接完成后的兆欧表放置于无永磁物体、无强烈电磁场干扰、无机械振动的水平且稳固之处, 用左手扶住表身, 右手转动摇柄使转速由慢到快逐渐达到额定速度 (约120转/分钟) , 此时把兆欧表的L端测试线接通被测设备, 然后以此转速匀速转动摇柄, 表针将缓缓偏转并慢慢稳定下来。由于绝缘电阻值随着测试时间的长短而有差异, 通常取摇1分钟时的数值为准。如果摇测1分钟时表针仍旧不太稳定, 说明被测电器的等效电容量可能很大或绝缘物结构或成分不太稳定, 应当适度延长摇测时间。

某一时刻的绝缘电阻不能全面反映容性设备绝缘性能优劣, 因为同样性能的绝缘材料, 体积大时所呈现的绝缘电阻小, 体积小时所呈现的绝缘电阻大, 而且绝缘材料在加上高压后均存在对电荷的吸收和极化过程。所以, 对于主变压器、电力电缆、大型电机等容性比较大的电气设备, 必须测试其吸收比和极化指数, 并以此数据来判定绝缘状况的优劣。吸收比K=R60s/R15s, 即绝缘加压60s时测得的绝缘电阻与加压15s时测得的绝缘电阻之比值;极化指数PI=R10min/R1min, 即绝缘加压10min时测得的绝缘电阻与加压1min时测得的绝缘电阻之比值。

为确保测试结果的可靠性, 必须重复摇测2次以上, 在确认测试结果可信后方可停止。

1.4 测试注意事项

(1) 按需选择输出短路电流。对于那些技术要求较高的被测对象, 为了保障准确测得吸收比和极化指数, 应当尽量选用输出短路电流较大的兆欧表。输出短路电流的大小可反映出兆欧表内部输出高压源内阻的大小, 内阻越小, 输出短路电流就越大, 测试过程的充电速度也就越快, 反之越慢。我国的相关规程要求兆欧表输出短路电流应大于0.5m A、1m A、2m A、5m A等多个档次, 可酌情选择。

(2) 摇柄操作要领。在摇测过程中, 必须保持兆欧表摇柄的转速相对均匀, 既不能过快或太慢, 也不能忽快忽慢。过快或太慢时将影响测试电压, 进而影响测试结果的准确性;忽快忽慢时表针将摇摆不定, 造成读数困难。

(3) 摇测之后仍需防范电击。由于摇测过程中兆欧表对被测设备的充电作用, 使被测设备内部带上了电荷, 所以在记取读数之后不要立刻停止摇柄的转动, 等撤下了L端测试线之后, 再停止摇转, 或对被测设备放电之后再停止转动和拆卸测试线, 以防电容放电作用击坏兆欧表, 或对操作人员造成电击伤害。

(4) 每次测试后都要放电。无论是否还要重复测试, 都要对测过绝缘电阻的被测容性电气设备进行充分放电。一是防止残余电荷的影响而使充电电流和吸收电流均比前一次的测试值减小, 从而造成吸收比减小, 绝缘电阻增大的假象;二是防止设备贮存的电荷损害仪表或造成人身触电事故及其他危害。

2 实用测试技巧

由于测试对象为容性电气设备, 当设备的等效电容量较大时, 要求兆欧表摇柄的转速要尽可能地均匀, 但是依靠手工操作的确难以掌握。因为摇柄转速的变化, 将导致兆欧表的输出电压忽高忽低, 转速高时输出电压也较高, 该电压对被测设备充电;而转速低时输出电压随之降低, 被测设备向兆欧表放电。因此, 表针会左右摇摆, 指示不定。为改进测量容性电气设备时的指示性能, 可以采取如下的技巧。

2.1 电容器稳定法

在兆欧表的输出端钮E和G之间并接1只耐压高于兆欧表电压规格、容量约1~2μF (根据具体测试对象而定) 的电容器, 利用电容器的滤波作用, 来平抑兆欧表发电机输出电压的波动, 能够有效地消除表针的晃动问题。测试完成后, 务必要对该电容器进行充分地放电。

2.2 二极管稳定法

兆欧表与被测电器之间L、G两端钮的接线方法不变, 只是在E端钮测试线中串入1个耐高压的整流二极管, 利用二极管的单向导电性, 切断摇测期间容性电气设备对兆欧表放电的通路, 消除表针摆动现象, 而且不影响测试的准确性。该二极管的正极接E端子, 负极接被测电器, 其耐压必须高于兆欧表电压规格3倍以上, 但电流参数要求很低, 因为兆欧表的测试电流非常小 (最多只有几个毫安) 。

3 结束语

低电阻测试 篇5

1 测量方法

恒流源四引线法测量的测量原理如图1所示

单片机控制恒流源将测量电流I加到被测电阻两端, 同时前置可变增益放大器将采集到的电压信号经过放大、调理后送到单片机内置的AD中, 由于两根电压引线与被测电阻的接点处在两根电流引线的接点之间, 因而排除了电流引线与被测电阻之间的接触电阻对测量的影响。同时前置放大器输入阻抗高, 故电压引线电阻以及与被测电阻之间的接触电阻对测量结果的影响可以忽略不计。因此, 恒流源四引线法测量低电阻具有较高的精度。

2 硬件电路设计

测量仪由恒流源电路、放大器电路、单片机电路以及电源组成。最终测量结果在NOKIA5110上显示。

2.1 前置可变增益放大器设计

这部分选用美国TI公司的PGA204芯片, 它能提供1、10、100和1000的可选增益, 可以实现电阻测量量程的自动调节。其增益受控于PGA204的A0管脚和A1管脚。该两个管脚与单片机的一般I/O管脚进行连接, 通过单片机来选择PG204A的增益。表1为A0、A1管脚上输入电平与增益的关系。

2.2 恒流源设计

恒流源电路采用美国BURR-BROWN公司的REF200来实现。该芯片内含有两个100uA的恒流源和一个镜像电流源。该芯片的精度非常高, 提供的电流精度为 (100±0.5) uA, 并且低温系数为±25ppm/摄氏度。该芯片使用简便, 只要在7管脚或8管脚上加上2.5v-40v之间的任何一个电压, 就可以在1管脚或2管脚上分别输出100uA电流。本文在8管脚上加5V电压, 从1管脚输出100uA的电流。

2.3 单片机电路

该部分采用Atmel公司生产的ATXmega32单片机, 该单片机体积小, 运算功能强, 同时内置的AD性能稳定, 位数较高。该单片机的主要功能是控制PGA204的增益, 计算电阻值并在5110上显示, 其线路连接如图3所示。

3 性能实验结果

测试条件:室温25±1°C, 供电电压12~28V, 输出电压为5V±0.1V, 通电5分钟后对不同的标准电阻进行测试。结果如表2所示

4 结论

设计的测量仪采用恒流源四线测量的方法, 减少了引线的接触电阻对测量结果的影响, 保证了测量精度;选用专用恒流源芯片, 提高了输出电流精度;配合高速率、高精度AD、可变增益放大电路, 实现了量程的自动切换, 提高了测量的精度和速度。

参考文献

[1]李岩, 姜忠山等, 高精度航空低电阻测量仪的设计研究[J]海军航空工程学院学报, 2009.24 (1) 109~111.

[2]王长明, 王慧颖等, 一种校准直流低电阻表的方法[J]计测技术2007 27 (5) .

接地电阻测试新技术研究 篇6

关键词：接地电阻,测试,新技术

1 概述

随着电力系统的快速发展, 电网规模不断扩大, 接地短路电流越来越大, 由此造成的地电位抬高, 给整个供用电系统的安全带来了极大的威胁;而且微机系统、综合自动化装置在大量使运用, 由于其对地电压较低, 对接地的标准也提出了更高的要求。接地电阻作为评判设备使用安全的依据之一, 其重要性愈来愈引起相关部门 (无论是使用强电还是弱电) 的重视, 对接地的可靠性和接地电阻测量的准确性的要求亦日趋迫切。但在实际操作中由于检测人员、检测仪器、检测环境和检测方法等各方面原因会导致接地电阻值存在偏差。

介绍了一种新型的基于AD7705和ATMega8的接地电阻测试装置, 该装置能够很好的处理测量精度、量程和测量干扰问题。

2 接地电阻测试新技术的原理

2.1 二电极测试法

2.1.1 二电极测试法

这种测量方法一般适用于小型接地极, 特别是单个接地极接地电阻的测量。对于大接地网的接地电阻不适用这种测试方法。

2.1.2 三电级测试法中的0.618法

在测定半球状接地极的接地电阻时, 在EC之间距离为61.8%的地方打入电位电极, 即可得到正确的接地电阻值。该方法能够指导我们合理选择电位极P的位置。

2.2 修正系数法

采用修正系数法来测试接地电阻, 是通过先测量测试点的干扰电压, 然后再测量被测点的电压, 将此电压减去干扰电压即得实际被测接地点的接地电阻。我们还可以选取不同的测试点进行多次测量, 从而使所测数据减小误差, 更加精确。

2.3 接地测试新技术理论原理

采用二电极测试法在理论上是可行的。但这种测试法具有局限性:仅适用于小型接地体, 具有一定的测量误差。但适用于以下场合:现场不具备辅助极打入地面的条件, 被测试点四周有效范围内无裸露土壤或测试点位置非建筑物底层。将被测点与金属自来水管、消防管或建筑物钢筋结构体等自然接地体二点连接, 钳测接地电阻。

接地电阻测试装置理论上主要应用二电极测试原理, 采用三电级测试法中的0.618法合理确定电位极的位置, 由于采用二电极法测试具有局限性, 因此结合了修正系数法来进一步提高精确度。

3 接地电阻测试新技术方案的硬件设计

根据该方案的要求设计其硬件系统为电源、信号采集、调理、SPWM发生器、计算机、AD7705模数转换单元、主控芯片ATMega8、数据存储器、蜂鸣器、键盘和显示器。

其中AD7705为16位A/D转换器, 该芯片集放大、滤波和A/D转换单元为一体, 是一种低成本、宽动态范围、高分辨率的A/D转换器。AD7705的外围引脚共有16个, 它内部由缓冲器和PGA (增益可编程放大器) 组成的前端模拟调节电路、调制器、可编程数字滤波器等电路组成。另外它有8个寄存器, 由主控单片机通过器件的串行口进行访问和设置。它内部的PGA和它的16位高分辨率特性给提高系统的测量精度和测量量程带来了方便。

主控芯片ATMega8是ATMEL公司在2002年第一季度推出的一款新型AVR高档单片机。它的芯片内部有较大容量的存储器和丰富强大的硬件接口电路, 具有AVR高档单片机Mega系列的全部性能和特点, 但采用了小引脚封装, 因此价格和低档单片机相当, 再加上AVR单片机具有系统可编程性, 使得无需购买昂贵的编程器而只需一条具有编程器功能的串行下载线就可以进行单片机嵌入式系统的设计和开发。ATMega8的核心是将32个工作寄存器和丰富的指令集联系在一起, 所有的工作寄存器都与ALU (算术逻辑单元) 相连, 同时它的内部结构放弃了传统的冯·诺依曼结构而使用哈佛总线结构, 实现了在一个时钟周期内执行一条指令时访问2个独立寄存器的操作, 这种结构提高了代码的效率, 使得大部分指令的执行时间为一个机器周期, 因此ATMega8可以达到将近1MI/S的性能, 运行速度比普通的单片机高出10倍。此外, 其内部已经集成了一个512B的E2PROM使得系统测量的标定值存储不需要外部的E2PROM;同时它的内部还包括了一个1KB的RAM、一个8KB的Flash1程序存储器, 都比以前的单片机存储器容量要大得多, 从而使得系统程序的编写更加灵活。

键盘采用Intel公司的8279芯片, 它是一种通用可编程键盘/显示器接口电路芯片, 能够完成监视键盘输入和显示控制两种功能。

显示器采用12232液晶显示器, 它具有低功耗、供应电压范围宽等特点。

蜂鸣器只是普通市售的压电式蜂鸣器, 经过单片机的一根口线经驱动器驱动蜂鸣器发声。

电源则采用恒流源, 它经过交流整流、IGBT逆变和滤波达到相对较稳定的电源输入。

4 新技术方案的软件设计

该系统的软件设计程序主要包括接地电阻测试的主程序、抗干扰的修正子程序、A/D转换子程序和蜂鸣器子程序。程序框图如图1所示。

5 结论

设计了一种新型接地电阻测试装置。结合二电极法和修正系数法两种测试方法来实现此装置的工作原理。该新方案经过理论验证, 具备了二电极测试法的优点、能克服外界环境的干扰进行读数修正的特点。但该方案只适用于测量小型接地体, 并且能在现场不具备辅助极打入地面的条件、被测试点四周有效范围内无裸露土壤或测试点位置非建筑物底层的场合得以应用, 但不适用于大型接地网。该装置在硬件和软件的选择上综合考虑性能和价格, 采用AD7705来进行A/D转换, 从而使得该系统无需量程转换电路。采用ATMega8作为主控芯片, 使得该系统程序的开发更加灵活自如, 因此具有较高的性价比。

参考文献

[1]王洪泽, 杨丹, 王梦云.电力系统接地技术手册[M].北京:中国电力出版社, 2007.

[2]解广润.电力系统接地技术[M].北京:水利电力出版社, 1996.

[3]杨宝初, 刘晓波, 戴玉松.高电压技术[M].重庆:重庆大学出版社, 2001, 12.

[4]曾永林.接地技术[M].北京:水利电力出版社, 1979, 10.

[5]高攸纲.对正确测量接地电阻的认识[J].中国防雷, 2009, 44:40～45.

[6]沈培坤, 刘顺喜.防雷与接地装置[M].北京:化学工业出版社, 2006, 2.

[7]谭浩强.C程序设计[M].北京:清华大学出版社, 2005, 7

电阻应变测试中横向效应误差分析 篇7

关键词：应变测试,误差分析,横向效应

1 概述

早在1856年, 开尔文就发现了电阻应变片的基本原理。经历了多年的发展, 利用惠斯登电桥监测粘贴箔式应变片已成为高度完善的测量系统。现代测试的过程中, 影响因素众多, 要想得到尽量精确的测试结果, 就必须对应变测试中的许多问题有透彻了解, 电阻应变测试的过程中, 横向效应有时候会带来很大误差, 应予以充分重视。本文就应变测试中的横向效应引起的误差问题做出分析。

2 电阻应变片横向效应引起的误差分析

当电阻应变片以固定方向粘贴时, 即测得沿该方向的应变值, 但是, 在测量的过程中, 电阻应变片除了有该方向的纵向变形外, 一定存在着横向变形, 本文即是探求电阻应变片横向变形对测量结果的影响。

2.1 电阻应变片横向效应

粘贴式应变片在二向应变场下的响应为:

(Sx表示延应变片横向的灵敏度, Sy表示延应变片纵向的灵敏度, Sα表示应变片的剪切灵敏度, εx表示横向应变, εy表示轴向应变, εα表示剪切应变)

一般地, 应变片对剪切应变的灵敏度很小, 可以忽略, 那么, 应变片的响应为:

其中为应变片的横向灵敏度系数。注意到fx=-n1fy, 代入上式, 得:

每一个应变片都由生产厂商标定后 (标定梁泊松比为μ1) 提供一个灵敏度系数Sg, 即:

对比 (3) 和 (4) 式, 可以发现:

又将 (5) 代入 (3) , 可得:

由上式便可反解出应变真值为:

如果仅仅考虑应变片的灵敏度系数, 则:

对比 (7) 和 (8) 可得:

f=fy'1-fxn1K (9)

如果忽略应变片的横向效应, 将会引起误差δ, 那么:

表2-1计算出当μ1=0.3, Kx分别为0.01、0.02、0.03、0.04、0.05和分别为0、1、2、3、4、5及6时的误差δ值

由此可见, 当Kx和的值都很大时, 横向效应带来的误差将相当显著, 所以, 必须对横向效应加以修正。

2.2 横向效应的修正

由以上分析可知, 在某些情况下, 应变片横向效应带来的误差需要修正, 下面就应力场应变比已知和应变比未知这两种情况加以分析。

1) 应力场应变比已知

即应力场应变比已知, 由 (9) 式, 修正系数为:

2) 应力场应变比未知

当应力场应变比未知时, 需要用实验的方法确定x和y两个方向的表观应变, 然后再由式 (9) 反算出真实应变。

由式 (9) 可得出下面的方程组:

求解以上方程组可得:

式 (12) 便是应力场应力比未知情况下表观应变和真实应变间的关系式。

3 结论

本文就应变测试中的横向效应修正问题做了一些探讨, 除此之外, 在应力测试的过程中, 还有潮湿和温度的影响、辐射的影响及压力的影响等等诸多问题, 残余应力和应力集中的测试方法也还有许多, 需进一步探讨其影响, 在实际的测试中, 具体问题具体分析, 再与有限元分析方法结合, 使得到的数据更为科学, 指导我们的生产实践。

参考文献

[1]J.W达利, W.F赖利.Experimental Stress Analysis[M].海洋出版社, 1987.

[2]J.艾弗里尔.Encyclopendie Vishay D`Analyse Des Contraintes[M].机械工业出版社, 1985.

[3]陈建华.实验应力分析[M].中国铁道出版社, 1984.

[4]徐跃良.数值分析[M].西南交通大学出版社, 2005.

[5]Murray, W.M:Machine Solution of the Strain Rosette Equation, Proc.SESA, 1944, 2 (1) .