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如何精确测量材料的绝缘电阻值?

产品新闻| 浏览量:831| 2022年02月17日

众所周知,在许多情况下,需要测量材料的绝缘。在某些情况下,材料的绝缘决定了设备的安全运行能力,需要定量测量相关的绝缘电阻值。一般来说,材料的绝缘电阻值很大,不能单独通过普通数字万用表获得。

我以前做过一个实验。我用手中的万用表测试了几个电阻样式,当测量到100时M电阻时,我的万用表不起作用。连续测试几次后,要么读不出值,要么数值错误。我想到了一种可能性:可能是万用表偏置电流大造成的。

我来解释一下,很多万用表都是伏安法,也就是大家在学校学过的公式 R = U/I,只要获得电阻两侧的电压和电流,就可以获得电阻的电阻值。通常,我们可以获得电阻两侧的电压。毕竟,当测量电阻时,这个电压实际上是测试电压,可以提前知道,电流监测不那么容易。如果电阻值很大,电流会变得很弱,如果我们使用电流采样电阻来获得电流值,则需要后端采集部分的输入偏置电流远低于采样电流才能准确获得绝缘电阻值。V,那么流过100M电阻电流只有10nA,对某些部件的性能要求仍然很高。

针对之前的猜测,我做了一个实验,找到了两个100M串联电阻,然后在串联电阻的两侧增加100V直流电压,用万用表测量串联电阻中直流电压,我得到了完美的50V该实验充分证明,通过增加电阻两侧的电压,可以间接获得电阻值,克服万用表的偏置电流问题。增加测试电压后,采样电阻的电流远大于偏置电流,因此电阻检测值非常准确。这是准确测量材料绝缘电阻值的第一个方案:增加测试电压。

对00M以下绝缘电阻测量更合适。想象一下,当我们将电阻值增加1000倍,即1000倍时G当我们显然不能根据比例增加测试电压来间接获得电阻值,因为所需的测试电压太大,不值得测量材料的绝缘电阻。通常的一般测试场合只能提供500-1000V左右测试电压,这个测试电压范围也比较常用,在这种情况下我们能采取什么方案?

我采用了100个对应两个电阻范围的绝缘电阻测量方案G以下电阻采用分压 低输入偏置电流运放 24位ADC采集方案,由于测试过程复杂,我省略了一些基本步骤,首先将类似电阻的电阻与被测材料串联,加上1万V对于测试电压,串联电阻中心点电压通过精密电阻分压输入低输入偏置电流输出,克服信号的高电阻影响,然后输出信号接入24位ADC得出精确的采样值,按照分压原理反计算出实际的串联电流得出串联电阻值,进而得出绝缘电阻值,通过实际的校准和多次平均,这样的方法对于100G以下电阻测量精度可达5%以内。

接下来我们来看看1000G以上部分,我用的方法是通过RC充电方案间接获得绝元电阻值,原理是先通过已知电阻给固定电容器充电10s,然后切断RC串联电路放电电容器,当放电电压达到一定阈值时计算曲线参数;同样的过程也应用于测量绝缘电阻,获得另一组曲线参数,然后通过已知曲线的参数反向计算绝缘电阻值。实现这个方案需要注意很多细节。首先,由于绝缘电阻值过大,需要考虑外壳等接触部件的漏电流影响,因此需要保护接地。同时,收集端的基准电压需要与电源电压同源,避免电源不统一造成的噪声叠加。同时,操作前需要放电容器,以确保测量的一致性。增加校准功能后,整个测量结果可达10%-20%的测量精度主要取决于设备的成本。如果可以使用较低的偏置电流,测量结果会更准确。然而,对于高值电阻,测量精度通常满足大多数使用场景。

当然,准确测量材料绝缘电阻的方法不止以上两种,我也实验了电阻并联和传统的桥式电路测量方法,这两种方法在一定的电阻范围内非常有效,可以达到高精度,但由于我需要广泛的测量,所以没有使用,如果感兴趣,你也可以尝试,可能会有新的收获。