一种耐电压测试仪的电压保持时间的测量电路制造技术

本实用新型专利技术涉及电压信号参数的测量领域，尤其涉及耐电压测试仪输出电压的保持时间测量电路。本实用新型专利技术所述的耐电压测试仪的电压保持时间的测量电路，包括分压器、频率测量模块、低通滤波器模块、全波整流模块、高速A/D转换器和微控制器模块。本实用新型专利技术通过直接对耐电压测试仪输出电压的波形包络曲线进行分析，由微控制器自动识别电压上升和下降的阶段，耐电压测试仪无需设置特定的输出电压值，即便实际输出电压存在误差也不会对保持时间的测量造成影响。

【技术实现步骤摘要】
一种耐电压测试仪的电压保持时间的测量电路
本技术涉及电压信号参数的测量领域，尤其涉及耐电压测试仪输出电压的保持时间测量电路。
技术介绍
介电强度是电器设备电气安全性的一个重要参数。评价电器设备介电性能好坏的关键指标是：施加在电气设备上的测试电压的高低、泄漏电流的大小和测试电压保持(持续)时间的长短。耐电压测试仪是用于电器设备介电强度试验的专用仪器。开始介电强度测试前，需要对耐电压测试仪进行参数设置，主要包括：输出电压和保持时间等，这两个参数也是该类测试仪检定/校准工作中最为重要的项目。耐电压测试仪根据输出电压的产生和调节方式可分为自耦调压式和程控稳压式。自耦调压式测试仪通过继电器控制输出电压的启动和停止，起始和结束瞬间的电压波形非常陡峭。程控稳压式测试仪通过功率放大器驱动升压变压器产生高电压，输出电压的起始和停止有一个“上升”和“下降”的过程。通过示波器捕捉的程控稳压式耐电压测试仪输出交流电压的典型波形如图1所示。目前，程控稳压式耐电压测试仪得到了广泛应用。根据JJG795-2016《耐电压测试仪检定规程》第3.3节的定义，耐电压测试仪的“保持时间”指的是：“输出电压在稳定阶段所经历的时间，不包括电压上升和下降的时间”。以图1为例，图1中左侧虚线处是保持时间的计时起始点，右侧虚线处是保持时间的计时截止点。检定耐电压测试仪输出电压的保持时间需要使用具有计时功能的校准装置。目前，现有校准装置采用的是“设置计时起始电压”的方法，来测量被检测试仪的保持时间，该方法只适合于自耦调压式的耐电压测试仪。由于程控稳压式耐电压测试仪的输出电压存在上升和下降的过程，此过程的时间或长或短，采用设置计时起始电压的方法，无法准确测量保持时间。如图2所示，假设计时起始电压为U2，当输入电压高于U2时开始计时，低于U2时停止计时，则得到的保持时间为T2；但实际上被检测试仪输出电压在稳定阶段所持续的时间为T1，电压上升以及下降阶段不属于电压保持时间。设置计时起始电压的测量法将导致较大的误差，在《中国计量》杂志2009年第05期的《耐压测试仪检定中容易出现的几个问题》一文中对此有详细论述。该论文指出：“由于标准器不同，从什么电压开始计时和在什么电压结束计时也不完全相同，有些标准器的开始计时电压和结束计时电压是可调的，有些是不可调的，所以对于同一台耐压测试仪测出来的数据就不同”。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本技术的目的在于提供一种基于波形分析的耐电压测试仪的保持时间的测量电路，从而准确测量被检测试仪输出电压的保持时间，无需设置特定量值的计时起始电压。为实现上述目的，本技术可以通过以下技术方案予以实现：一种耐电压测试仪的电压保持时间的测量电路，包括分压器、频率测量模块、低通滤波器模块、全波整流模块、高速A/D转换器和微控制器模块；其中，分压器：对耐电压测试仪所输出的高电压UHV进行衰减，输出电压信号UIN；频率测量模块：将分压器所输出的电压信号UIN整形为与信号周期对应的方波；低通滤波器模块：对分压器所输出的电压信号UIN中的谐波成分进行滤除；全波整流模块：对低通滤波器模块所输出的滤波信号进行整流；高速A/D转换器：对全波整流模块输出的整流信号进行等时间间隔采样；微控制器模块：对频率测量模块输出的方波脉宽进行测量，得到高电压UHV的频率，同时读取高速A/D转换器的采样值，根据频率和采样值进行分析和计算得到耐电压测试仪的电压保持时间。进一步地，所述分压器包括电阻R17和电阻R18，所述电阻R17的一端连接耐电压测试仪的输出端，其另一端与电阻R18的一端连接，所述电阻R18的另一端接地，所述电阻R17和电阻R18之间输出电压信号UIN。进一步地，所述频率测量模块包括电阻R14，所述电阻R14的一端接入电压信号UIN，其另一端与二极管D4的负极连接，所述电阻R14与二极管D4之间分别连接运算放大器U2B的反相输入端以及电阻R16的一端，所述运算放大器U2B的同相输入端接地，所述运算放大器U2B的输出端分别连接二极管D4的正极和二极管D3的负极，所述二极管D3的正极分别连接电阻R16的另一端和电阻R12的一端，所述电阻R12的另一端分别连接电阻R11、电容C3和运算放大器U3A的反相输入端，所述电阻R11和电容C3的另一端以及运算放大器U3A的输出端共同连接电阻R13的一端，所述运算放大器U3A的同相输入端接地，所述电阻R13的另一端连接电阻R15的一端，所述电阻R15的另一端接地，所述电阻R15与电容C6并联连接。进一步地，所述低通滤波器模块包括电阻R6，所述电阻R6的一端接入电压信号UIN，其另一端分别连接电阻R1、电阻R7和电容C2的一端，所述电容C2的另一端接地，所述电阻R7的另一端分别连接电容C1的一端和运算放大器U2A的反相输入端，所述运算放大器U2A的同相输入端接地，所述电阻R1和电容C1的另一端以及运算放大器U2A的输出端共同输出滤波信号。进一步地，所述全波整流模块包括电阻R5和电阻R9，所述电阻R5和电阻R9的一端均接入低通滤波器模块所输出的滤波信号，所述电阻R5的另一端分别连接运算放大器U1B的反相输入端、二极管D2的负极和电阻R8的一端，所述运算放大器U1B的同相输入端连接电阻R3后接地，所述运算放大器U1B的输出端分别连接二极管D2的正极和二极管D1的负极，所述二极管D1的正极分别连接电阻R8的另一端和电阻R4的一端，所述电阻R4的另一端连接运算放大器U1A的反相输入端，所述运算放大器U1B的同相输入端连接电阻R2后接地，电阻R9的另一端分别连接运算放大器U1A的反相输入端和电阻R10的一端，所述运算放大器U1B的输出端和电阻R10的另一端共同输出整流信号。进一步地，所述高速A/D转换器包括A/D转换器U4，所述A/D转换器U4的信号输入端接入全波整流模块所输出的整流信号，所述A/D转换器U4的信号输出端连接微控制器模块的信号输入端，所述A/D转换器U4的引脚A3接地，所述A/D转换器U4的引脚BGAP和引脚AGND分别并联电容C4和电容C5，电容C4和电容C5共同接地，所述A/D转换器U4的引脚REFP分别连接电容C7和电容C8的一端，所述电容C7和电容C8的另一端接地。进一步地，对于50Hz、60Hz和DC信号，所述低通滤波器模块的增益分别为3.8、3.7和4.1。进一步地，所述全波整流模块的增益为1。进一步地，所述耐电压测试仪的输出电压范围为500V～1488V。与现有技术相比，本技术的有益效果是：通过直接对耐电压测试仪输出电压的波形包络曲线进行分析，由微控制器自动识别电压上升和下降的阶段，耐电压测试仪无需设置特定的输出电压值，即便实际输出电压存在误差也不会对保持时间的测量造成影响。对于自耦调压式和程控稳压式耐电压测试仪，本技术的测量电路可实现保持时间的准确测量，大大提高了测量的准确率。附图说明图1是程控稳压式耐电压测试仪的交流输出电压典型波形；图2是设置计时起始电压测量法的误差示意图；图3是本技术测量电路的原理框图；图4是正弦波经全波整流后的高速采样示意图；图5是半周期电压峰值包络曲线示意图；图6是本技术测量电路的电路原理图；图中：1、分压器；2、低通滤波器模块本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐电压测试仪的电压保持时间的测量电路，其特征在于：包括分压器、频率测量模块、低通滤波器模块、全波整流模块、高速A/D转换器和微控制器模块；其中，分压器：对耐电压测试仪所输出的高电压UHV进行衰减，输出电压信号UIN；频率测量模块：将分压器所输出的电压信号UIN整形为与信号周期对应的方波；低通滤波器模块：对分压器所输出的电压信号UIN中的谐波成分进行滤除；全波整流模块：对低通滤波器模块所输出的滤波信号进行整流；高速A/D转换器：对全波整流模块输出的整流信号进行等时间间隔采样；微控制器模块：对频率测量模块输出的方波脉宽进行测量，得到高电压UHV的频率，同时读取高速A/D转换器的采样值，根据频率和采样值进行分析和计算得到耐电压测试仪的电压保持时间。

【技术特征摘要】
1.一种耐电压测试仪的电压保持时间的测量电路，其特征在于：包括分压器、频率测量模块、低通滤波器模块、全波整流模块、高速A/D转换器和微控制器模块；其中，分压器：对耐电压测试仪所输出的高电压UHV进行衰减，输出电压信号UIN；频率测量模块：将分压器所输出的电压信号UIN整形为与信号周期对应的方波；低通滤波器模块：对分压器所输出的电压信号UIN中的谐波成分进行滤除；全波整流模块：对低通滤波器模块所输出的滤波信号进行整流；高速A/D转换器：对全波整流模块输出的整流信号进行等时间间隔采样；微控制器模块：对频率测量模块输出的方波脉宽进行测量，得到高电压UHV的频率，同时读取高速A/D转换器的采样值，根据频率和采样值进行分析和计算得到耐电压测试仪的电压保持时间。2.根据权利要求1所述的测量电路，其特征在于：所述分压器包括电阻R17和电阻R18，所述电阻R17的一端连接耐电压测试仪的输出端，其另一端与电阻R18的一端连接，所述电阻R18的另一端接地，所述电阻R17和电阻R18之间输出电压信号UIN。3.根据权利要求1所述的测量电路，其特征在于：所述频率测量模块包括电阻R14，所述电阻R14的一端接入电压信号UIN，其另一端与二极管D4的负极连接，所述电阻R14与二极管D4之间分别连接运算放大器U2B的反相输入端以及电阻R16的一端，所述运算放大器U2B的同相输入端接地，所述运算放大器U2B的输出端分别连接二极管D4的正极和二极管D3的负极，所述二极管D3的正极分别连接电阻R16的另一端和电阻R12的一端，所述电阻R12的另一端分别连接电阻R11、电容C3和运算放大器U3A的反相输入端，所述电阻R11和电容C3的另一端以及运算放大器U3A的输出端共同连接电阻R13的一端，所述运算放大器U3A的同相输入端接地，所述电阻R13的另一端连接电阻R15的一端，所述电阻R15的另一端接地，所述电阻R15与电容C6并联连接。4.根据权利要求1所述的测量电路，其特征在于：所述低通滤波器模块包括电阻R6，所述电阻R6的一端接入电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志雄，罗期任，李留生，
申请(专利权)人：广州赛宝计量检测中心服务有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44