高阻計(jì) （絕緣電阻測(cè)試儀）

　　隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字式測(cè)量技術(shù)在電線(xiàn)電纜測(cè)試領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用， 在現(xiàn)有的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，已經(jīng)規(guī)定了可以采用電橋以外的其它電子測(cè)量?jī)x器作為導(dǎo)體直流電阻的測(cè)試設(shè)備，可以預(yù)見(jiàn)在不遠(yuǎn)的將來(lái)，各種高性能的數(shù)字式直流電阻測(cè)量?jī)x（數(shù)字式低阻計(jì)）將會(huì)逐步取代該領(lǐng)域中雙臂電橋的地位，使得測(cè)量工作更加快速、準(zhǔn)確、方便。于 2003年開(kāi)始研制 PC36 系列直流電阻測(cè)量?jī)x，作為一種電線(xiàn)電纜電性能試驗(yàn)的設(shè)備，該儀表的設(shè)計(jì)目標(biāo)如下：
　　1.表的主要技術(shù)性能：測(cè)量范圍、測(cè)量電流、準(zhǔn)確度、靈敏度、分辨力等應(yīng)全面滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T3048.2 《電線(xiàn)電纜電性能試驗(yàn)方法 第 2 部分：金屬材料電阻率試驗(yàn)》 及 GB/T3048.4 《電線(xiàn)電纜電性能試驗(yàn)方法 第 4 部分：導(dǎo)體直流電阻試驗(yàn)》 中對(duì)電阻測(cè)試設(shè)備的各項(xiàng)技術(shù)要求。
　　2.為了方便用戶(hù)操作，在儀表的附加功能中添置了 GB/T3048.2 及 GB/T3048.4 *的一些特殊功能及測(cè)量方法，如反向電流測(cè)量、倍率電流測(cè)量、熱電勢(shì)平衡、導(dǎo)線(xiàn)溫度校正等功能。
　　3.儀表有幾種派生型號(hào)，以適應(yīng)不同規(guī)格電線(xiàn)電纜生產(chǎn)廠的需要。儀表的技術(shù)指標(biāo)和功能設(shè)置以適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的要求為主，以滿(mǎn)足用戶(hù)的需要為主，做到既是充分的又是必要的，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)較高的性能價(jià)格比。
　　
　　1 主要技術(shù)性能 1.1 測(cè)量范圍及分辨力 在 GB/T3048.2 5.2.1 條規(guī)定了導(dǎo)體電阻測(cè)量的下限值為 10 -5 Ω，這個(gè)看似簡(jiǎn)單的要求給儀表的設(shè)計(jì)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)， 10 -5 Ω數(shù)量級(jí)的電阻是個(gè)什么概念？截面在 172mm 2 至 1724mm 2 范圍內(nèi)的 1m 長(zhǎng)的銅導(dǎo)線(xiàn)在 20 ℃ 時(shí)的電阻值就落在 10 -5 Ω數(shù)量級(jí)范圍內(nèi) （ 10.0—99.9 μΩ ） ， 考慮到GB/T3048.2 中電阻率測(cè)試允許誤差 0.15% 及 GB/T3048.4 中導(dǎo)體電阻測(cè)試允許誤差 0.5% 的要求，儀表讀數(shù)的有效位應(yīng)不少于 4 位，（ 3 位有效讀數(shù)在zui不利的情況下，zui后一位變化 1 個(gè)字的量化誤差，可能造成 1% 的測(cè)量誤差），這就要求儀表的zui高分辨力達(dá)到 10 -8 Ω（ 0.01 μΩ）。
　　綜觀現(xiàn)有的數(shù)字式低阻表 , 水平zui高的如 SB2232 型直流電阻測(cè)量?jī)x、 ZY9858 型數(shù)字微歐計(jì)等，其zui低量程為 2 m Ω， zui高分辨力為 0.1 μΩ， 如果測(cè)量截面超過(guò) 172mm 2 1m 長(zhǎng)的銅導(dǎo)線(xiàn)，電阻值在 100 μΩ以下， 儀表讀數(shù)僅有 3 位有效數(shù)字，示值僅為該檔量程的 1/20 以下，這顯然是不能符合測(cè)量準(zhǔn)確度要求的。由此可見(jiàn)，現(xiàn)有的數(shù)字式低阻表的測(cè)量范圍和分辨力尚不能滿(mǎn)足全系列電線(xiàn)電纜的測(cè)量要求，必須進(jìn)一步提高。 PC36 系列直流電阻測(cè)量?jī)x設(shè)置了 200 μΩ量程 , 是現(xiàn)有產(chǎn)品的十分之一 , 該量程的分辨力為 0.01 μΩ，是現(xiàn)有產(chǎn)品的十倍，當(dāng)被測(cè)電阻大于或等于 10 -5 Ω時(shí)，儀表保證有 4 位以上的有效讀數(shù)，可以滿(mǎn)足 全系列電線(xiàn)電纜的測(cè)量要求 。
　　1.2 測(cè)量靈敏度 電線(xiàn)電纜測(cè)試人員都知道，要提高電橋測(cè)量結(jié)果的分辨力有兩個(gè)途徑，其一是加大測(cè)量電流，其二是提高電橋的指零裝置 — 檢流器的靈敏度，在數(shù)字式低阻表中情況也大致如此。由于電流加熱效應(yīng)以及標(biāo)準(zhǔn)電阻容許流過(guò)電流值的限制，測(cè)量電流的提高幅度是有限的，zui大值在 10A 左右，根據(jù)歐姆定律： R=U / I ，在 I = 10A 的測(cè)量電流下，儀表的電阻測(cè)量分辨力要達(dá)到 0.01 μΩ，儀表的電位端電壓靈敏度必須達(dá)到 0.1 μ V , 比現(xiàn)有的數(shù)字式低阻表的zui高電壓靈敏度 1 μ V 提高了 10 倍。為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，本 儀表的設(shè)計(jì)者采用技術(shù)特制了高靈敏、低噪聲的納伏放大器，其電位輸入端的zui高靈敏度為 70.7nV （ 0.0707 μ V ） ，就電壓靈敏度與噪聲特性這一點(diǎn)來(lái)說(shuō)，本儀表已經(jīng)達(dá)到了 6 1/2 位高性能數(shù)字電壓表所能達(dá)到的水平。高靈敏度放大器的作用就如同給電橋的檢流器前加裝了一臺(tái)靈敏度*的光電放大器一樣，實(shí)現(xiàn)了測(cè)量電流與同類(lèi)儀表相同，而分辨力卻提高 10 倍的目標(biāo)。

　　高阻計(jì) （絕緣電阻測(cè)試儀）1.3 測(cè)量電流的選擇 在電線(xiàn)電纜導(dǎo)體電阻的測(cè)量中，選擇合適的測(cè)量電流是至關(guān)重要的，這是因?yàn)楸粶y(cè)對(duì)象銅線(xiàn)或鋁線(xiàn)的電阻率具有很高的溫度系數(shù)，測(cè)量電流過(guò)大會(huì)引起導(dǎo)線(xiàn)發(fā)熱，從而造成測(cè)量超差，在 GB/T3086.4 第 5.6 條中有銅導(dǎo)線(xiàn)測(cè)量電流密度不大于 1.0A/ mm 2 的規(guī)定；但是測(cè)量電流過(guò)小又會(huì)嚴(yán)重影 響儀表的靈敏度與分辨力，同樣對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度不利。本儀表具有 多電流測(cè)量功能，各個(gè)量程設(shè)置了不同的測(cè)量電流可供選擇，并在儀表面板上標(biāo)明。儀表設(shè)有“常規(guī)”與“低電流”兩種測(cè)量狀態(tài)，可以通過(guò)面板開(kāi)關(guān)加以選擇，儀器在“常規(guī)”測(cè)量狀態(tài)（常規(guī)測(cè)量電流）有六檔量程，具有測(cè)量準(zhǔn)確性高、抗干擾性能好的特點(diǎn)；在“低電流”測(cè)量狀態(tài)（低測(cè)量電流、高靈敏度）也有六檔量程 ，具有較高的測(cè)量靈敏度與分辨力。 該性能克服了目前數(shù)字表及某些電橋與數(shù)字式低阻表測(cè)量電流不能調(diào)節(jié)，而且在某些檔位電流偏大引起被測(cè)導(dǎo)體發(fā)熱 , 電阻值隨著測(cè)量時(shí)間的增加向上漂移的缺陷，這一點(diǎn)在微細(xì)導(dǎo)線(xiàn)測(cè)量時(shí)尤為重要，例如直徑為 0.05mm 的銅導(dǎo)線(xiàn) , 截面約為 2 × 10 -3 mm 2 , 1m 的電阻值約為 8.8 Ω ,按 GB/T3086.4 的要求計(jì)算 , 該導(dǎo)線(xiàn)的測(cè)量電流應(yīng)不大于 2mA, 在現(xiàn)有數(shù)字式低阻表中 , 20 Ω量程的測(cè)量電流一般為 10mA, 有的甚至高達(dá) 100mA, 大大超過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電流范圍 , 導(dǎo)線(xiàn)將會(huì)嚴(yán)重發(fā)熱，在本儀表中，則可選擇 20 Ω“低電流”量程，測(cè)量電流僅位為 1 mA ，*符合標(biāo)準(zhǔn)的要求。

　　儀表各測(cè)量檔位的測(cè)量電流見(jiàn)表 1

表1

表2

　其中 R X ：儀表讀數(shù)值（電阻示值） R m ：所測(cè)量程滿(mǎn)度值

　　2.1 倍率電流測(cè)量功能 為了方便用戶(hù)實(shí)施 GB/T 3048.4 第 5.6 條中用比例為 1 ： 1.41 的兩個(gè)測(cè)量電流分別測(cè)試樣電阻值，以判定是否發(fā)生溫升超標(biāo)的方法，本儀表設(shè)置有比例為 0.707I ： 1.00I ： 1.41I 三檔電流可供選擇（其中 I 為額定電流），比例電流的切換即刻完成，避免了調(diào)節(jié)外部電流源的繁瑣操作。如果 1.00I ： 1.41I 倍率電流測(cè)量的結(jié)果判定電流過(guò)大，數(shù)據(jù)無(wú)效，則可再一次進(jìn)行 0.707I ： 1.00I 倍率電流測(cè)量（兩者的比例仍為 1.41 倍），如變化量小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)值，表明在 0.707 I 條件下的測(cè)量結(jié)果有效，避免了為了降低測(cè)量電流而改變量程檔位 , 造成測(cè)量精度及分辨力的損失。
　　2.2 外部熱電勢(shì)平衡功能 在電線(xiàn)電纜導(dǎo)體電阻的測(cè)量夾具，其電位端的接觸刀口常用黃銅材料制成，與銅、鋁導(dǎo)線(xiàn)材料之間有較高的接觸熱電勢(shì)，在測(cè)量過(guò)程中由于環(huán)境溫度不可能*均衡，在測(cè)試夾具上安裝導(dǎo)線(xiàn)時(shí)，人體也不可避免地會(huì)接觸到并加熱電位結(jié)點(diǎn)，由此產(chǎn)生的熱電耦電勢(shì)，會(huì)對(duì)高靈敏度的測(cè)量產(chǎn)生干擾，使測(cè)量結(jié)果發(fā)生偏移。
　　為了降低電位端的外部接觸電勢(shì)與熱電勢(shì)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，本儀表設(shè)置了外部電勢(shì)平衡調(diào)節(jié)裝置，通過(guò)平衡調(diào)零，可以抵消在測(cè)量回路中的熱電耦電勢(shì)，該方法是 GB/T 3048.2 第 6.5.3 條*的方法之一。
　　2.3 反向電流測(cè)量功能 根據(jù) GB/T 3048.4 第 5.5 條規(guī)定，當(dāng)試樣電阻小于 0.1 Ω 時(shí)，應(yīng)將電流反向再測(cè)一次，然后取算術(shù)平均值。這是消除測(cè)量回路中的熱電耦電勢(shì)的又一種簡(jiǎn)單有效的方法，同時(shí)也消除了儀表測(cè)量回路自身的電壓零點(diǎn)飄移，因此，正、反兩次測(cè)量的平均值，比單次測(cè)量結(jié)果有更高的準(zhǔn)確度與可靠性。在用雙臂電橋電橋測(cè)量導(dǎo)體電阻時(shí)，該功能是通過(guò)切換外部換向閘刀實(shí)現(xiàn)的，而在現(xiàn)有的數(shù)字式低阻表中，為了防止電感性負(fù)載產(chǎn)生的反電勢(shì)損壞儀表，其輸入回路往往接有反向保護(hù)二極管，因此，是不容許電流反向的，無(wú)法實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)要求的操作。本儀表中采用技術(shù)，特殊設(shè)計(jì)了雙向電流保護(hù)電路，既防止了反電勢(shì)對(duì)儀表的危害，同時(shí)又允許進(jìn)行反向電流測(cè)量，并在儀器內(nèi)部設(shè)置了大功率換向繼電器，通過(guò)面板開(kāi)關(guān)實(shí)施電流換向操作，正、反向讀數(shù)瞬時(shí)可得，操作簡(jiǎn)捷、使用方便。
　　2.4 銅、鋁導(dǎo)線(xiàn)溫度校正功能 當(dāng)試驗(yàn)環(huán)境溫度在 15-25 ℃范圍內(nèi)，用戶(hù)只要將 PC36C 或 PC36D 的溫度校正開(kāi)關(guān)設(shè)置為環(huán)境溫度的實(shí)際值 （ 步進(jìn)值為 0.1 ℃ ） ，儀表將被測(cè)銅線(xiàn)或鋁線(xiàn)的電阻值根據(jù) GB/T 3048.4 *的公式自動(dòng)換算到該導(dǎo)線(xiàn)在基準(zhǔn)溫度 20 ℃時(shí)的電阻值，免去了用戶(hù)溫度換算操作，使用更為方便。

表3