絕緣電阻測(cè)試儀的工作原理
2025-02-18
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絕緣電阻測(cè)試儀的工作原理
絕緣電阻測(cè)試儀，通常被稱為兆歐表或高阻計(jì)，廣泛用于測(cè)量發(fā)電機(jī)、馬達(dá)、電源變壓器、配線、電器和其它電氣裝置（如控制、信號(hào)、通信和電源的電纜）的絕緣電阻。它們往往被用于例行維護(hù)程序中來指示電機(jī)在數(shù)月或數(shù)年內(nèi)絕緣電阻的變化。絕緣電阻發(fā)生大的變化，就可能預(yù)示著潛在的故障。所以，就需要對(duì)兆歐表進(jìn)行定期校準(zhǔn)，以確保儀表本身沒有隨時(shí)間發(fā)生變化。
兆歐表通過用一個(gè)電壓激勵(lì)被測(cè)裝置或網(wǎng)絡(luò)，然后測(cè)量激勵(lì)所產(chǎn)生的電流，利用歐姆定律測(cè)量出電阻。優(yōu)良的兆歐表校準(zhǔn)器包括各種可選的電阻器，這點(diǎn)與現(xiàn)代校準(zhǔn)器利用合成電阻功能提供的電阻器差別不大。兆歐表校準(zhǔn)器與直流/低頻校準(zhǔn)器的不同之處在于所需的電阻器范圍，以及耐受的電壓能力不同。例如，與數(shù)字多用表（DMM）上配備的歐姆表功能相比，這些電氣測(cè)試器在進(jìn)行電阻測(cè)量時(shí)施加的電壓要高得多。兆歐表采用的電壓范圍通常從50V到高達(dá)5 kV；而典型數(shù)字多用表的電壓一般小于10 V。對(duì)于絕緣測(cè)試來說，需要測(cè)量的電阻值范圍很大，其上限可達(dá)到10TΩ，所需的電壓更高。
幾乎所有的絕緣測(cè)試儀都采用直流電壓作為激勵(lì)，所以兆歐表校準(zhǔn)器的交流要求很少。許多兆歐表為兩端設(shè)備，它提供一個(gè)電壓，并測(cè)量由被測(cè)設(shè)備所決定的電流。量程達(dá)到1TΩ 以及更高的兆歐表通常具有第三個(gè)端子，稱為保護(hù)端（Guard），對(duì)于消除泄漏通路以及被測(cè)未知電阻Rx的并聯(lián)元件非常有用。保護(hù)端的目的是消除可能會(huì)產(chǎn)生的泄漏電流來選擇性地將輸出寄生電阻性元件的影響減小為零。
校準(zhǔn)這些儀器時(shí)的一個(gè)主要問題是找到合適的電阻器，當(dāng)然是首先要足夠；還需要電阻值足夠大，使其能夠承受高直流電壓。此外，對(duì)于應(yīng)該采用什么樣的電阻值來進(jìn)行校準(zhǔn)，兆歐表制造商并沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，所以就需要各種各樣的電阻值。通過了解各種不同的絕緣測(cè)試儀，可以知道它們需要不同的性能檢查點(diǎn)。例如，某個(gè)測(cè)試儀需要測(cè)試50kΩ，而另一款測(cè)試儀則需要測(cè)試60kΩ，再一款又需要測(cè)試100 kΩ，等等。
“通用”的多功能電氣/電子校準(zhǔn)器不能用于校準(zhǔn)絕緣電阻測(cè)試儀，因?yàn)樗鼈兊碾娮杵魍ǔH僅能夠處理有限的電壓，常常zui高不過20V。絕緣電阻校準(zhǔn)器所面臨的挑戰(zhàn)是將這些特殊需要集成到一款經(jīng)濟(jì)、緊湊和便攜的解決方案中。
合成電阻的方法由于受到設(shè)計(jì)成本和尺寸規(guī)格的限制被排除在外。采用的是分立式高壓電阻器矩陣的方法，組成一個(gè)陣列，能夠提供
500,000多種電阻值輸出。在這種校準(zhǔn)器中，有8個(gè)范圍的電阻值，覆蓋了10kΩ到10 GΩ的范圍，每個(gè)范圍均能提供4.5 位的穩(wěn)定輸出。
收集合適的高壓電阻器并將其集成到一個(gè)儀器內(nèi)又存在另一項(xiàng)挑戰(zhàn)。這就是與歐盟CE認(rèn)證的一項(xiàng)強(qiáng)制性要求《低電壓指令》相關(guān)的安全性標(biāo)準(zhǔn)挑戰(zhàn)。與儀器制造商相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)是EN 61010－測(cè)量、控制和實(shí)驗(yàn)室用電氣設(shè)備的安全要求。
低電壓指令要求將校準(zhǔn)器電壓限制為1,000Vrms。那么如何校準(zhǔn)測(cè)試電壓高達(dá)5 kV 的兆歐表呢？這類儀器具有更寬的動(dòng)態(tài)范圍，可測(cè)量高到10TΩ的電阻，并且提供了如上所述的保護(hù)端子，使其能夠準(zhǔn)確測(cè)量非常高的電阻值。幸運(yùn)的是，這樣的保護(hù)配置可以使其本身形成一個(gè)電阻倍增器，能夠有效地將一個(gè)已知電阻倍增為1000倍。同樣重要的是，由于倍增器是一個(gè)分立、隔離、獨(dú)立的設(shè)備，可以滿足倍增器所需的高電壓，它已經(jīng)不是《低電壓指令》所管轄的范圍。
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