专利名称：一种具有浮动单元的介质损耗因素及电容量测试仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在现场进行高电压绝缘介质试验，以测试介质损耗因素tgδ和电容量C的测试仪，特别是一种具有浮动单元的介质损耗因素及电容量测试仪。
在现场的绝缘介质试验中，广泛使用着高压西林电桥及其变型等手调平衡的测试仪。当今带有微机的半自动或全自动的测试仪正逐步取代这些传统仪器，例如，中国专利CN2060894U及其产品GWS-1型光导微机介质损耗测试仪。然而这些测试仪在进行正、反接法测试时，其近地侧取样信号和远地侧取样信号所流经的通道不一样。它在正接时由近地侧取样装置取得的试品信号流经接地端单元；反接时由远地侧取样装置取得的试品信号却流经高压端单元、模拟光导传输通路与接地端单元。这样由于不同的通道的特性参数不可能一致，增加了仪器系统误差。近年来，国际上一些新产品实现了共用通道的技术，以克服上述的缺陷，如瑞士的2818/5283型全自动化测量电桥。然而，该仪器系采用精密电流互感器以及高压电源和高压引线均使用双屏蔽的技术解决方案，这就使仪器造价高，体积重量大，制造工艺复杂。
本发明的任务是提供一种正反接共用通道的且造价低、便于携带的介质损耗因素及电容量测试仪，以克服上述已有测试仪之不足之处。
为达此目的，本发明采取的技术解决方案是，在测试仪内形成一个浮动单元和具有正接法触头组与反接法触头组的耐高压正反接法转换开关。其中，浮动单元具有一个用绝缘体支撑的隔离外壳，并以耐高压隔离电源为工作电源，同时耐高压正反接法转换开关的各触头组分别连接于浮动单元与试验电源、浮动单元与试品、试品与试验电源之间，当该开关置于正接法位时，浮动单元中的试品取样装置从试品的近地侧取试品信号，当该开关置于反接法位时，浮动单元中的试品取样装置从试品的远地侧取试品信号。
由于上述解决方案中所有测控通道都成为正反接共用通道，这就具有如下优点(一)仪器的电路结构单一化、大幅度简化了电路，从而相对地提高仪器的可靠性，也降低了成本；(二)该结构减少了正反接法测试时电路特性参数的差异性，相对地增强整机的稳定性，并使调试工作变得容易进行；(三)使用耐高压正反接法转换开关使得现场接线工作更加便捷。
以下结合附图对本发明作详细说明。
图1是实施例1的电原理总框图，图2是图1中前测控通道(A)的电原理框图，图3是图1中后测控通道(B)的电原理框图，图4是实施例2的电原理总框图，图5是图4中测控通道(C)的电原理框图，图2、3中，标号(1)…(8)表示与图1中相应的联接线编号；图5中，标号(9)…(12)表示与图4中相应的联接线编号。参照图1、图2、图3浮动单元(S)包含试品取样装置(x)、前测控通道(A)、驱动电路(G.1.1)和多路遥控组件接收电路(J.2.2)。其中前测控通道(A)包含多路开关(SW1)、(SW2)、试品信号干扰抑制电路(A.1)、试品方波电路(A.2)、试品幅-频变换电路(A.3)。接地端单元(M)包含后测控通道(B)、数码显示器(W)、控制开关(K)、标准信号取样装置(n)、接收电路(G.2.2)和多路遥控组件发送电路(J.1.1)。其中后测控通道(B)包含单片微机(MCU)、标准信号干扰抑制电路(B.1)、标准方波电路(B.2)、试品-标准组合电路(B.3)。在浮动单元(S)与接地端单元(M)之间，有二条耐高压光导通路其一条耐高压数据传输通路(G)的二端分别是发光管(G.1.2)、光敏管(G.2.1)，发光管(G.1.2)受驱动电路(G.1.1)驱动，光敏管(G.2.1)联接至接收电路(G.2.2)；另一条耐高压遥控通路(J)的二端分别是发光管(J.1.2)、光敏管(J.2.1)，发光管(J.1.2)受多路遥控组件发送电路(J.1.1)驱动，光敏管(J.2.1)联接至多路遥控组件接收电路(J.2.2)。
为了使浮动单元(S)能处于悬浮状态，采取了以下措施将需要悬浮的电路元器件全部装入一个用绝缘柱支撑的隔离外壳(SG)中，该隔离外壳可用金属片制作；浮动单元(S)所需的工作电源，由耐高压隔离电源(UG)提供；浮动单元(S)与接地端单元(M)之间通过如上所述的耐高压数据传输通路(G)、耐高压遥控通路(J)进行联系。所述的耐高压隔离电源(UG)，可以是一个耐高压的工频电源变压器，其次级输出多组交流低压，经整流、稳压供应浮动单元(S)，它也可以是一个耐高压开关隔离电源或者是装在浮动单元(S)里的电池。
标准器件(N)的远地端钮(NH)接到试验电源(Us)的高压端，近地端钮(NL)接到接地端单元(M)中标准信号取样装置(n)的输入端。
耐高压正反接法转换开关(ZF)的触头分为正接法触头组(Z1-Z1′)、(Z2-Z2′)、(Z3-Z3′)与反接法触头组(F1-F1′)、(F2-F2′)、(F3-F3′)。其中触头(Z1)、(F3)与试验电源(Us)的接地端一起接地，触头(F1)、(Z3)接至试验电源(Us)的高压端，触头(Z1′)、(F1′)都接至浮动单元(S)的零端即隔离外壳(SG)的壳体，触头(F2)、(Z3′)相联接并接至试品(Cx)的远地端钮(H)，触头(Z2)、(F3′)相联接并接至试品(Cx)的近地端钮(L)，触头(F2′)与(Z2′)相联接并接至浮动单元(S)的输入端。
当耐高压正反接法转换开关(ZF)置于正接法位时，触头组(Z1-Z1′)通、(Z2-Z2′)通、(Z3-Z3′)通、(F1-F1′)断、(F2-F2′)断，(F3-F3′)断，试品电流信号自试验电源(Us)高压端经触头组(Z3-Z3′)、试品(Cx)、触头组(Z2-Z2′)进入浮动单元(S)，尔后经触头组(Z1-Z1′)回到试验电源(Us)的接地端，这样试品取样装置(x)从试品(Cx)的近地侧取样信号。当耐高压正反接法转换开关(ZF)置于反接法位时，触头组(Z1-Z1′)断、(Z2-Z2′)断，(Z3-Z3′)断，触头组(F1-F1′)通、(F2-F2′)通、(F3-F3′)通，试品电流信号自试验电源(Us)接地端经触头组(F3-F3)、试品(Cx)、触头组(F2-F2′)进入浮动单元(S)，尔后经触头组(F1-F1′)回到试验电源(Us)的高压端，这样试品取样装置(x)从试品(Cx)的远地侧取样信号。这时，单片微机(MCU)通过耐高压遥控通路(J)操纵浮动单元(S)里的多路开关(SW1)，使试品信号取样装置(x)取样到的信号经试品信号干扰抑制电路(A.1)去干扰后，进入试品信号方波电路(A.2)以及试品幅—频变换电路(A.3)，分别形成试品方波串以及脉冲重复频率与其幅值成正比的试品幅—频脉冲串。单片微机(MCU)通过耐高压遥控通路(J)还控制多路开关(SW2)，先后选通试品方波串和试品幅—频脉冲串，通过耐高压数据传输通路(G)传送至后测控通道(B)。试验电源(Us)激励标准器件(N)和标准信号取样装置(n)所产生的标准信号，经标准信号干扰抑制电路(B.1)进入标准方波电路(B.2)形成标准方波串，与上述选通的试品方波串一起在试品一标准组合电路(B.3)组合成宽度与试品一标准之间相位差成正比的组合方波串，该组合方波串送入单片微机(MCU)的高速输入(HSI.0)及(HSI.1)口，单片微机(MCU)测算出该方波的宽度，从而计算出试品—标准之间的相位差。当上述试品幅—频脉冲串被选通时，该信号送入高速输入(HSI.2)口；标准信号经其干扰抑制电路(B.1)去干扰后送入单片微机(MCU)中(A/D)接口，单片微机(MCU)由此测算出试品—标准信号的幅值比。
根据[日]川口提出的计算方法，可由试品信号与标准信号之间的相位差角及幅值比，进一步计算出tgδ及C来。其具体计算方法可参见北京·水利电力出版社(1987年版)，[日]电气学会《绝缘试验方法手册》(修订版)，P543—P544。
在上述测量进程之后，单片微机(MCU)还转入校正进程，对测量结果进行修正，提高测试精度后送数码显示器(W)进行显示。参照图4、图5。其浮动单元(S)由试品信号取样装置(x)、标准信号取样装置(n)、测控通道(C)、发送电路(DF)、接收电路(ES)组成。遥控单元(P)包含单片微机(MCU′)、数码显示器(W)、操作开关(K)以及接收电路(DS)、发送电路(EF)。测控通道(C)具有多路开关(SW3)、试品信号干扰抑制电路(C.1)、标准信号干扰抑制电路(C.2)、鉴相电路(C.3)以及带有(HSI)及(A/D)接口的单片微机(MCU)。
在浮动单元(S)与遥控单元(P)之间，有二条无线电波导通路(D)、(E)。无线电波导通路(D)的二端各为含有发射天线的发送电路(DF)和含有接收天线的接收电路(DS)，无线电波导通路(E)的二端各为含有发射天线的发送电路(EF)和含接收天线的接收电路(ES)。发送电路(DF)、接收电路(ES)分别联接至单片微机(MCU)的串行口(TXD)、(RXD)；接收电路(DS)、发送电路(EF)分别联接至单片微机(MCU′)的串行口(RXD)、(TXD)。
耐高压正反接法转换开关的触头分为正接法触头组(Z1-Z1′)、(Z2-Z2′)、(Z3-Z3′)、(Z4-Z4′)、(Z5-Z5′)与反接法触头组(F1-F1′)、(F2-F2′)、(F3-F3′)、(F4-F4′)、(F5-F5′)，其中触头(F3)、(Z1)、(F5)都与试验电源(Us)的接地端一起接地，触头(Z3)、(F1)、(Z6)都接到试验电源(Us)的高压端，触头(Z1′)、(F1′)都接至浮动单元(S)的零端即隔离外壳(SG)的壳体，触头(F3′)与(Z2)相联接并接至试品(Cx)的近地端钮(L)，触头(Z3′)与(F2)相联接并接至试品(Cx)的远地端钮(H)，触头(Z4)与(F5′)相联接并接至标准器件(N)的近地端钮(NL)，触头(F4)与(Z5′)相联接并接至标准器件(N)的远地端钮(NH)，触头(F2′)与(Z2′)相联接并接至浮动单元(S)中试品信号取样装置(x)的输入端，触头(F4′)与(Z4′)相联接并接至浮动单元(S)中标准信号取样装置(n)输入端。
当耐高压正反接法转换开关置于正接法位时，触头组(Z1-Z1′)、(Z2-Z2′)、(Z3-Z3′)、(Z4-Z4′)、(Z5-Z5′)一一接通，而触头组(F1-F1′)、(F2-F2′)、(F3-F3′)、(F4-F4′)、(F5-F5′)一一断开，端钮(H)、(NH)都接至试验电源的(Us)高压端，端钮(L)、(NL)分别接至试品信号取样装置(x)、标准信号取样装置(n)的输入端，浮动单元(S)的零端接地。这样，浮动单元(S)中的取样装置(x)、(n)所取到的是试品(Cx)及标准器件(N)近地侧的电流信号。当耐高压正反接转换开关置于反接法位时，触头组(Z1-Z1′)、(Z2-Z2′)、(Z3-Z3′)、(Z4-Z4′)、(Z5-Z5′)一一断开，而触头组(F1-F1′)、(F2-F2′)、(F3-F3′)、(F4-F4′)、(F5-F5′)一一接通。端钮(L)、(NL)接地，端钮(H)、(NH)分别接至试品信号取样装置(x)、标准信号取样装置(n)的输入端，浮动单元(S)的零端接试验电源(Us)高压端。这样，取样装置(x)、(n)所取到的是试品(Cx)和标准器件(N)的远地侧电流信号。单片微机(MCU)操纵多路开关(SW3)使试品、标准信号分别经其信号干扰抑制电路(C.1)、(C.2)去干扰后进入鉴相电路(C.3)，组合成宽度与试品—标准之间相位差成正比的方波串，该方波串送入单片微机的(HSI.0)和(HSI.1)接口，测算出试品(Cx)与标准器件(N)之间的相位差角。与此同时，去干扰后的试品、标准信号分别送入单片微机中的(AD.1)和(AD.0)接口，测算出它们之间的幅值比。与实施例1一样，根据[日]川口的计算方法，由单片微机(MCU)计算出tgδ及C。这时，单片微机(MCU)与(MCU′)通过它们之间的无线电波导通路(D)、(E)将操作命令由遥控单元(P)串行传送到浮动单元(S)中的测控单元(C)，又将测量中间数据从浮动单元(S)传送到遥控单元(P)，经单片微机(MCU′)进一步修正后送数码显示器(W)显示出来。
上述2个实施例中的多路开关(SW1)、(SW2)、(SW3)可使用MC4066。试品、标准信号干扰抑制电路(A.1)、(B.1)及(C.1)、(C.2)各由专用集成滤波器(如CFBP3)构成。试品信号取样装置(x)与标准信号取样装置(n)的结构属已有技术，各均由一个量程转换开关和若干个精密电阻构成。标准器件(N)采用标准电容器，例如BR-16型。数码显示器(W)可采用LED数码管或其点阵或LCD显示屏。正反接法转换开关(ZF)可以应用现有开关制造技术来制作，比如其形状可以做成插头插座式，也可以做成旋动组合式的，但不论采取何种形状，其各触头之间的介电强度应能耐受试验最高电压。多路遥控组件发送电路(J.1.1)可采用LC2190专用集成块，其接收电路(J.2.2)可采用LC2200专用集成块。驱动电路(G.1.1)、接收电路(G.2.2)皆可用NE555集成块构成。耐高压遥控通路(J)、耐高压数据传输通路(G)除了用光导式之外，还可以用其他传导形式，例如感应耦合式。试品幅——频变换电路(A.3)采用V/F变换器，例如VFC32集成块。单片微机(MCU)可以采用带有高速输入(HSD和(A/D)接口的品种，例如MCS 8098；也可以采用具有(I2C)串行总线接口的单片微机品种，如Philips 83C552系列。相应地上述V/F转换器可换成(I2C)总线接口器件，例如PCF8591A/D转换器。单片微机(MCU′)可采用MCS 8051型。试品、标准方波电路(A.2)、(B.2)可由过零触发比较器构成，组合电路(B.3)可由异或门构成。发送电路(DF)、(EF)、接收电路(DS)、(ES)、可采用微型无线电遥控发射及其接收集成块(FDD400)。鉴相电路(C.3)由过零触发比较器和异或门级联而成。以上具体可采用《电测与仪表》1989年第11期“单片微机的数字相位测试仪”一文中电路或者其它电路。
上述实施例1、2所举的仅是将本设计应用于用直接法测tgδ、用比较法测C的测试仪情形。事实上本设计还可以应用于其它测算方法的tgδ、C测试仪。例如对于具有比率变压器的交流比较式自动平衡电桥，可以将其取样装置及前测控通道悬浮起来、或者连同后测控通道(包括单片微机)也悬浮起来，形成浮动单元；并用耐高压正反接法转换开关来进行正反接法测试的转换，使该仪器的取样装置和所有测控通道都成为正反接法测试的共同通道。
权利要求
1.一种介质损耗因素及电容量测试仪是由信号取样装置、测控通道所组成，其特征在于1.1具有一个浮动单元(S)，该单元具有一个用绝缘体支撑的隔离外壳(SG)，并且通过一个耐高压隔离电源(UG)供电，1.2还具有由正接法触头组(Z1-Z1′)、(Z2-Z2′)、(Z3-Z3′)与反接法触头组(F1-F1′)、(F2-F2′)、(F3-F3′)组成的耐高压正反接法转换开关(ZF)，其中触头组(Z1-Z1′)、(F1-F1′)连接于浮动单元(S)与试验电源(Us)之间，触头组(Z2-Z2′)、(F2-F2′)连接于浮动单元(S)与试品(Cx)之间，触头组(Z3-Z3′)、(F3-F3′)连接于试品(Cx)与试验电源(Us)之间，当耐高压正反接法转换开关(ZF)置于正接法位时，试品电流信号自试验电源(Us)高压端经触头组(Z3-Z3′)、试品(Cx)、触头组(Z2-Z2′)进入浮动单元(S)，尔后经触头组(Z1-Z1＇)回到试验电源(Us)的接地端，这样试品取样装置(x)从试品(Cx)的近地侧取样信号，当耐高压正反接法转换开关(ZF)置于反接法位时，试品电流信号自试验电源(Us)接地端经触头组(F3-F3′)、试品(Cx)、触头组(F2-F2′)进入浮动单元(S)，尔后经触头组(F1-F1′)回到试验电源(Us)的高压端，这样试品取样装置(x)从试品(Cx)的远地侧取样信号。
2.根据权利要求1所述的测试仪，其特征在于浮动单元(S)，包含前测控通道(A)、试品取样装置(x)、驱动电路(G.1.1)、多路遥控组件接收电路(J.2.2)。
3.根据权利要求2所述的测试仪，其特征在于所说的前测控通道(A)，包含多路开关(SW1)、(SW2)、试品信号干扰抑制电路(A.1)、试品方波电路(A.2)、试品幅—频变换电路(A.3)。
4.根据权利要求1所述的测试仪，其特征在于所说的浮动单元(S)包含试品信号取样装置(x)、标准信号取样装置(n)、测控通道(C)以及发射电路(DF)、接收电路(ES)。
5.根据权利要求1所述的测试仪，其特征在于所说的耐高压正反接法转换开关(ZF)还具有正接法触头组(Z4-Z4′)、(Z5-Z5′)和反接法触头组(F4-F4′)、(F5-F5′)。
6.根据权利要求4所述的测试仪，其特征在于所说的测控通道(C)包含多路开关(SW3)、试品信号干扰抑制电路(C.1)、标准信号干扰抑制电路(C.2)、鉴相电路(C.3)和单片微机(MCU)。
全文摘要
一种具有浮动单元的介质损耗因素及电容量测试仪，其结构是将试品信号取样装置、标准信号取样装置以及测控通道的部分或全部处于悬浮状态，形成浮动单元；并且装有一个耐高压正反接转换开关，通过该开关的转换，使试品、标准信号取样装置和所有的测控通道都成为正反接测试的共用通道。这就可以大幅度地简化电路、相对地提高可靠性；并可以减少正反接电路参数的差异性，相对地增强整机的稳定性。
文档编号G01R27/26GK1129321SQ9510076
公开日1996年8月21日 申请日期1995年2月15日 优先权日1995年2月15日
发明者张俊扬 申请人:张俊扬