【正文】 蘭州理工大學(xué)技術(shù)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 數(shù)字式兆歐表設(shè)計畢業(yè)論文目 錄摘 要 ...................................................................IABSTRACT .................................................................II第 1 章 緒論 .............................................................1 課題意義 ............................................................1 研究情況 ............................................................1 課題任務(wù)及設(shè)計要求 ..................................................2第 2 章 絕緣電阻測試基本概念 ...............................................4 絕緣電阻測試儀技術(shù)參數(shù) ..............................................4 絕緣電阻測試主要測量參數(shù) ............................................7第 3 章 系統(tǒng)方案設(shè)計 .....................................................10 系統(tǒng)工作原理 .......................................................10 高壓模塊方案選擇 ...................................................10 測量模塊方案選擇 ...................................................15 系統(tǒng)設(shè)計方案確定 ...................................................17第 4 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 .....................................................18 測量電路設(shè)計 .......................................................18 A/D 采樣電路設(shè)計 ....................................................20 高壓產(chǎn)生電路設(shè)計 ...................................................23 鍵盤電路設(shè)計 .......................................................36蘭州理工大學(xué)技術(shù)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 顯示電路設(shè)計 .......................................................40 核心控制器 PIC16F877................................................46第 5 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 .....................................................50 軟件系統(tǒng)分析 .......................................................50 軟件結(jié)構(gòu) ...........................................................52第 6 章 設(shè)計總結(jié) .........................................................55 系統(tǒng)功能實現(xiàn)方式 ...................................................55 系統(tǒng)的優(yōu)缺點 .......................................................55 可行的改進方案 .....................................................56參 考 文 獻 ..............................................................57英文資料翻譯 .............................................................58致 謝 .................................................................75附錄一 元器件明細表 ......................................................76附錄二 程 序 清 單 ......................................................78蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 第 1 章 緒論 課題意義電力設(shè)備由導(dǎo)電材料、導(dǎo)磁材料、結(jié)構(gòu)材料和絕緣材料等組成。在電力設(shè)備實際運行過程中，絕緣結(jié)構(gòu)的電氣和機械性能往往決定著整個電力設(shè)備的壽命，絕緣損壞時，可能導(dǎo)致非常嚴重的后果，如火災(zāi)、設(shè)備損壞等，以致破壞整個系統(tǒng)的正常運行，甚至造成人員傷亡。據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，電力設(shè)備運行中 60%80%的事故是由絕緣故障導(dǎo)致的，而在絕緣檢測項目中，直流高壓絕緣電阻的測量是常規(guī)的項目。兆歐表是該測量項目中最常用的儀表之一。所以為了更加準(zhǔn)確、可靠、方便的測量到反映電纜絕緣系統(tǒng)劣化程度的特征量，及早發(fā)現(xiàn)絕緣隱患，避免事故的發(fā)生，不斷研究先進的絕緣電阻檢測技術(shù)和開發(fā)出合適的絕緣電阻檢測裝置不但具有極其重要的意義，而且也是十分必要和迫切 的。 研究情況　 絕緣電阻測試儀（即兆歐表）是通過測量電氣設(shè)備的絕緣電阻，檢查設(shè)備的絕緣情況，發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備導(dǎo)電部分影響絕緣的異物、絕緣劣化、絕緣擊穿及嚴重?zé)崂匣热毕荨Ｔ缙诘恼讱W表主要是指手搖指針式兆歐表。它的主要不足之處有以下幾點: ，并保證有 120 轉(zhuǎn)/分的速度才能維持正常的輸出電壓； ，量程范圍小。 ，刻度為非線形，測量誤差和讀數(shù)誤差都較大。蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 ，所以在測量試品的吸收比和極化系數(shù)時會存在較大誤差，并且操作復(fù)雜。 ，不小心會損壞指針。 ，沒有數(shù)據(jù)保存功能，不符合試驗數(shù)據(jù)信息化的要求。 ，小便攜帶，給使用帶來小便。 后來市場上還出現(xiàn)了一種利用電機取代手搖的搖表，其輸出電壓較手搖式的搖表準(zhǔn)確，但是仍然擺脫小了機械式儀表固有的缺點。數(shù)字兆歐表的出現(xiàn)克服了傳統(tǒng)搖表的種種缺陷，使得停電時絕緣電阻測量的測量精度、自動化程度和信息化程度等都有了一個很大的進步。 數(shù)字式兆歐表較傳統(tǒng)搖表的優(yōu)越性主要表現(xiàn)為以下幾點: ，而目‘針對不同的被檢測對象可以方便選擇不同的電壓等級: ，可以根據(jù)實際測量數(shù)值進行自動實現(xiàn)量程切換。 AD，使得測量精度較傳統(tǒng)搖表有數(shù)量級上的提高，而目采用液品顯示屏直接顯示讀數(shù)，避免了指針式儀表的讀數(shù)誤差: 、準(zhǔn)確的測量試品的吸收比和極化系數(shù)。 ，便于歷史數(shù)據(jù)的回溯。同時還具有同微機的接口，可以進行數(shù)據(jù)上傳以及儀器參數(shù)的下載: 、重量輕，便于攜帶，提高了測量的效率。 所以研究數(shù)字化、智能化的兆歐表，使其操作更簡便、測量更準(zhǔn)確是將來的發(fā)展趨勢。 課題任務(wù)及設(shè)計要求課題任務(wù)為設(shè)計一款以單片機為核心控制器的數(shù)字式絕緣電阻測試儀。具體要求蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 如下：設(shè)計的主要內(nèi)容查閱資料，熟悉絕緣電阻測試的相關(guān)理論，熟悉現(xiàn)有的絕緣電阻測試方法，熟悉單片機，確定技術(shù)方案，完成數(shù)字式絕緣電阻的硬件設(shè)計，繪制相關(guān)圖紙，編寫程序，完成設(shè)計說明書撰寫。設(shè)計實現(xiàn)的主要功能儀器能夠輸出設(shè)定測試電壓，測量絕緣電阻、吸收比和極化指數(shù)。測試電壓范圍為 500V5000V，分為多擋，250V 一個臺階，測量結(jié)果通過 LED 顯示，顯示方式自行設(shè)計。設(shè)置微型打印機,打印測量結(jié)果。主要技術(shù)指標(biāo)測量范圍： 20ΩHZ—19999MΩ輸出測量電壓幅度: 500—5000V,250V 步進輸出電流: ≥測量精度： 級工作電源： DC12V 系 統(tǒng) 工 作 穩(wěn) 定 ； 系 統(tǒng) 具 有 良 好 的 人 機 界 面 操 作 控 制 方 便 ； 各 種 顯 示 及 指 示 齊全 。蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 第 2 章 絕緣電阻測試基本概念 絕緣電阻測試儀技術(shù)參數(shù) 兆歐表常采用的測試方法為電流一電壓法，即測量試品漏電流在標(biāo)準(zhǔn)電阻上的電壓降來推算試試品的絕緣電阻。電流一電壓法測試的一般原理電路如圖 21 所示。被檢測的試品接在 E 端和 L 端之間，G 端一般用作屏蔽端。 因為現(xiàn)在國內(nèi)還沒有專門針對數(shù)字式兆歐表的檢定規(guī)程，所以只能參照JJG622(《絕緣電阻表(兆歐表)檢定規(guī)程》)，并借鑒同類產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)，對數(shù)字兆歐表的測試電源、量程范圍、測量精度、容量和抗干擾能力等參數(shù)和性能指標(biāo)作一個簡要介紹。En:測試電源電壓。 Ri:電源等效電阻。 R+JX:等效絕緣電阻。 R0:采樣電阻.2. 1. 1 測試電源 根據(jù)試品的額定工作電壓和容量，應(yīng)采用不同的測試電壓等級，此外，測試電壓應(yīng)該低于試品額定絕緣電壓，以免造成試品的絕緣損壞。常用的測試電壓等級有：低蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 壓 50V、100V、25OV、500V 、1000V、高壓 2500V、5000V、10000V 。 兆歐表測試電源電壓可以定義為儀表電源兩端(EG)之間的開路電壓 UJc，電壓誤差是指 U、與標(biāo)稱電壓 En 之間的相對誤差，即不同的測試電壓使得試品內(nèi)部絕緣介質(zhì)產(chǎn)生不同強度的松弛極化，因而試品呈現(xiàn)的視在絕緣電阻也不同。但是，這種差別對測試電壓在小范圍內(nèi)的波動不是很敏感，因此，對測試電壓的相對誤差要求并不嚴格，一般以不超過177。(5~10)%為宜。電源在量程范圍之內(nèi)負載特性參照相對誤差范圍 也不應(yīng)超過(5~10)%。此外，在進行試品的吸收比和極化系數(shù)等參數(shù)測量時，還對測試電源的 10 分鐘內(nèi)的穩(wěn)定性作出了要求，即一般要求該值≤5%。測試電壓的紋波系數(shù)是衡量測試電源的另外一個重要參數(shù)。直流電源的電壓紋波含量 δ 一般定義為：ΔUr：電壓波動分量的峰峰值測試電壓中的紋波會對電路的穩(wěn)定工作及試品的正常極化產(chǎn)生影響，甚至影響采樣電阻 R0 上電壓的測量，從而加大測量結(jié)果的誤差。一般要求紋波系數(shù)：δ/En≤5%。2. 1. 2 量程范圍量程范圍是衡量兆歐表性能的重要參數(shù)之一。一般情況下，電壓等級越高，量程也越大。市場上常見的搖表測量范圍為 1000M～5000MΩ，數(shù)字式兆歐表一般都可以超過這樣的量程范圍，常見的有 1000M～500GΩ，有些高壓表甚至可以達到 10000 GΩ。蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 常規(guī)量程下限為 0Ω，但是在大多數(shù)的場合下是不必要的，同時出于保護測試電源的角度，很多數(shù)字式兆歐表都具有小電阻情況下的保護功能。2. 1. 3 測量準(zhǔn)確度 試品的絕緣電阻值受到選用的材料、處理土藝、制作過程、產(chǎn)品絕緣結(jié)構(gòu)、所處環(huán)境等因素綜合影響，所以即使是針對同一個樣品，在實踐中，不同時間測得的絕緣電阻值也呈現(xiàn)比較大的波動性，僅從一次的測量數(shù)據(jù)中來判斷絕緣狀況的劣化是不充分的，重要的是對絕緣電阻值的長期觀察。因此，對兆歐表的測量精度并沒有十分嚴格的要求。 但是就兆歐表木身性能的檢測來說，精度等級越高的表測得的數(shù)據(jù)可信度也越高。搖表的精度等級一般為 10 級，而數(shù)字兆歐表的精度等級一般可做到 5 級或 2 級。在對數(shù)字式兆歐表精度等級的檢定中，一般采用圖 42 所式裝置進行檢定。2. 1. 4 測試容量 當(dāng)高壓施加到試品上時，一共會產(chǎn)生 3 種性質(zhì)的電流:電容充電電流、介質(zhì)吸收電流和絕緣泄漏電流。其中，電容充電電流和介質(zhì)吸收電流隨時間衰減，絕緣泄漏電流則一直保持恒定。當(dāng)經(jīng)過一段時間后電流趨向一個穩(wěn)定值時，得到的即是泄漏電阻分量的大小。 試品的電容充電電流和介質(zhì)吸收電流與介質(zhì)的材質(zhì)、尺寸、結(jié)構(gòu)和所處環(huán)境等因素有關(guān)。對于采用單一絕緣材料的低壓設(shè)各，充電電流和介質(zhì)吸收電流會在很短的時蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 間內(nèi)衰減為零，而對于采用多層絕緣結(jié)構(gòu)的高壓設(shè)各而言，如 XPLF 電力電纜等，絕緣結(jié)構(gòu)很小均勻，分布電容大，松弛極化過程明顯，電容充電電流衰減較長，吸收電流衰減緩慢。 事實上，極化電流的大小和衰減情況反映了絕緣狀況的好壞，而分布電容的大小和絕緣狀況沒有顯著的關(guān)系，在測試時應(yīng)該盡量排除該電流分量的影響，以使得對吸收比測量更加準(zhǔn)確。為了排除電容充電電流分量對測量結(jié)果的影響，要求充電電流引起的暫態(tài)過程在數(shù)秒內(nèi)結(jié)束，這就對測試電源的對電容的充電能力(即容量)提出了要求。 設(shè)測試電源回路充電等效電阻大小為 Rs，分布電容大小為 C，那么電容充電的時間常數(shù) τ=R SC。為保證吸收比的測量精度，一般要求: τ≤(3～4)秒。 被測試品一般 C≤，也就是說，Rs≤(30 一