淺析智能雙顯絕緣電阻測試儀工作原理
2025-02-18
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絕緣測試儀，通常被稱為兆歐表或高阻計，廣泛用于測量發電機、馬達、電源變壓器、配線、電器和其它電氣裝置（如控制、信號、通信和電源的電纜）的絕緣電阻。它們往往被用于例行維護程序中來指示電機在數月或數年內絕緣電阻的變化。絕緣電阻發生大的變化，就可能預示著潛在的故障。所以，就需要對兆歐表進行定期校準，以確保儀表本身沒有隨時間發生變化。
兆歐表通過用一個電壓激勵被測裝置或網絡，然后測量激勵所產生的電流，利用歐姆定律測量出電阻。優良的兆歐表校準器包括各種可選的電阻器，這點與現代校準器利用合成電阻功能提供的電阻器差別不大。兆歐表校準器與直流/低頻校準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，與數字多用表（DMM）上配備的歐姆表功能相比，這些電氣測試器在進行電阻測量時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5 kV；而典型數字多用表的電壓一般小于10 V。對于絕緣測試來說，需要測量的電阻值范圍很大，其上限可達10TΩ,所需的電壓更高。
幾乎所有的絕緣測試儀都采用直流電壓作為激勵，所以兆歐表校準器的交流要求很少。許多兆歐表為兩端設備，它提供一個電壓，并測量由被測設備所決定的電流。量程達到1TΩ 以及更高的兆歐表通常具有第三個端子，稱為保護端（Guard），對于消除泄漏通路以及被測未知電阻Rx的并聯元件非常有用。保護端的目的是消除可能會產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。
校準這些儀器時的一個主要問題是找到合適的電阻器，當然是首先要足夠；還需要電阻值足夠大，使其能夠承受高直流電壓。此外，對于應該采用什么樣的電阻值來進行校準，兆歐表制造商并沒有統一的標準，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試儀，可以知道它們需要不同的性能檢查點。例如，某個測試儀需要測試50kΩ，而另一款測試儀則需要測試60kΩ，再一款又需要測試100 kΩ，等等。
“通用”的多功能電氣/電子校準器不能用于校準絕緣電阻測試儀，因為它們的電阻器通常僅僅能夠處理有限的電壓，常常zui高不過20V。絕緣電阻校準器所面臨的挑戰是將這些特殊需要集成到一款經濟、緊湊和便攜的解決方案中。
合成電阻的方法由于受到設計成本和尺寸規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，組成一個陣列，能夠提供500,000多種電阻值輸出。在這種校準器中，有8個范圍的電阻值，覆蓋了10kΩ到10 GΩ的范圍，每個范圍均能提供4.5 位的穩定輸出。
收集合適的高壓電阻器并將其集成到一個儀器內又存在另一項挑戰。這就是與歐盟CE認證的一項強制性要求《低電壓指令》相關的安全性標準挑戰。與儀器制造商相關的標準是EN 61010－測量、控制和實驗室用電氣設備的安全要求。
低電壓指令要求將校準器電壓限制為1,000Vrms。那么如何校準測試電壓高達5 kV 的兆歐表呢？這類儀器具有更寬的動態范圍，可測量高到10TΩ的電阻，并且提供了如上所述的保護端子，使其能夠準確測量非常高的電阻值。幸運的是，這樣的保護配置可以使其本身形成一個電阻倍增器，能夠有效地將一個已知電阻倍增為1000倍。同樣重要的是，由于倍增器是一個分立、隔離、獨立的設備，可以滿足倍增器所需的高電壓，它已經不是《低電壓指令》所管轄的范圍。
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