【文章內(nèi)容簡介】 緣良好的筒體中（如取出筆芯的塑料桿圓珠筆），筒體內(nèi)部用玻璃膠等絕緣物填充，筒體的頭部是一個金屬探針，探針另一端連接的一端，另一端通過筒體尾部引出一根線接萬用表F端，構(gòu)成一個高壓測試表筆。但這種方法的缺點有兩個，一是為了測量數(shù)萬伏的高壓，必須將量程擴大上百倍，此時，要求的阻值會很大，元件尋找困難；二是不同的萬用表，內(nèi)阻可能不同。二、分壓式測量法高壓測量時需將高壓轉(zhuǎn)換為低壓，而分壓式測量時分壓器是其重要的一部分，其作用是將高電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字轉(zhuǎn)換器所能處理的低電壓,分壓性能的好壞直接影響測試系統(tǒng)的整體性能。分壓器可分為電阻分壓器、電容分壓器和阻容分壓器。以電力系統(tǒng)中電壓信號測量為例介紹電阻分壓器。目前電力系統(tǒng)電壓信號的采集，大多采用電磁式電壓互感器和電容式分壓器。由于電磁式電壓互感器帶有電感繞組和磁性材料,其測量范圍受鐵心磁飽和的限制,傳輸頻帶不夠?qū)?作為感性元件,存在鐵磁諧振的可能,可靠性差。而電容式分壓器屬于容性元件,可能與系統(tǒng)中的感性元件形成諧振,出現(xiàn)過電壓,危及設(shè)備及系統(tǒng)的正常運行。電壓傳感器采用電阻分壓器原理,不存在鐵磁諧振，克服了鐵心磁飽和的缺點,不再有負荷分擔(dān),短路和開路都是允許的,具有較高的可靠性。與傳統(tǒng)的電磁式互感器相比,具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、傳輸頻帶寬,無諧振點等優(yōu)點,一個分壓器就能滿足測量和保護的要求。由于沒有諧振問題, 其性能優(yōu)于電容式分壓器。針對10kv電壓等級的電阻分壓器。該電壓傳感器的原理如圖32所示。其中高壓臂電阻,和低壓臂電阻組成電阻式分壓器,以獲取電壓信號。為防止低壓部分出現(xiàn)過電壓 ,以保護二次側(cè)測量裝置 ,須在低壓電阻上加裝一個放電管或穩(wěn)壓管S,使其放電電壓恰好略小于或等于低壓側(cè)允許的最大電壓。其中為高壓側(cè)輸入電壓,為低壓側(cè)輸出電壓。為了使電子電路不影響分壓器的分壓比,在二次側(cè)加設(shè)跟隨器,它是比例為1的放大器 ,輸入阻抗大。由于電網(wǎng)上可能出現(xiàn)雷電沖擊和操作沖擊,一般的單片機速度跟不上, 必須用高速的DSP(數(shù)字信號處理器)才能實現(xiàn)。信號經(jīng) DSP處理后,一路用于測量顯示,另一路將控制信號發(fā)送給斷路器等電氣設(shè)備。圖32 電壓傳感器原理圖電阻分壓器誤差來源：由于分壓器存在對地雜散電容 , 雜散電容是由于分壓器與其周圍處于地電位的物體之間存在固有電場引起的。漏電流從對地雜散電容中流過，使得沿分壓器的電壓呈非線性分布，因而造成測量誤差。對地雜散電容存在，使得沿分壓器各點電壓分布不均,從而產(chǎn)生幅值誤差和相角誤差。同時，分壓器高壓引線和高壓端對分壓器本體之間也存在雜散電容。雖然其電容值比對地電容小得多，但從高壓端流向分壓器本體間的雜散電容電流可以部分補償由分壓器本體流向地的雜散電容電流，在一定程度上可以減小對地雜散電容引起的測量誤差，但是不能忽略。簡單介紹一下電容分壓器，電容分壓器如圖33所示，分為串聯(lián)電容和集中的雙電容式，在理想情況下分壓比為：電容分壓器在高壓沖擊測試中，可以測量數(shù)兆伏的電壓。若用來測試交流電壓，則使使用電壓要降低，這是因為油紙電容器在交流電壓持續(xù)作用下絕緣強度降低的緣故。集中的雙電容分壓器使用空氣電容器，其絕緣強度受電壓種類的影響較小。對于點火測試，在點火線圈的次級火花放電回路中引入較大的電容負載是不允許的，因此不宜使用電容分壓器。圖33 電容分壓器阻容分壓器有阻容并聯(lián)和阻容串聯(lián)兩種結(jié)構(gòu)。下面著重介紹比較常用的阻容并聯(lián)的分壓系統(tǒng)。分壓原理：根據(jù)阻容分壓器設(shè)計結(jié)構(gòu),原理如圖 34所示,其中為高壓臂電阻, 為低壓臂電阻,與電容和并聯(lián)組成 RC網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)分壓功能。分壓比 (32)低頻分壓器分壓比 高頻分壓器分壓比 若使得, 即： (33)從式 (33) 看出,當(dāng),則分壓比與頻率無關(guān)。因而,阻容分壓器具有良好的低頻、高頻性能,可工作的頻帶寬,且不易產(chǎn)生振蕩。阻容并聯(lián)的分壓器在測快速變化過程, 沿象電容分壓器, 大大減小了對地雜散電容對電阻分壓波形的畸變,避免了電阻分壓器的主要缺點。測慢速變化的過程時,沿分壓器各點的電壓主要按電阻分布,它象電阻分壓器,避免了電容器的泄漏電阻對電容分壓波形的畸變。如果使得阻容并聯(lián)分壓器的高壓臂與低壓臂的時間常數(shù)相等, 即且高壓臂中各節(jié)的時間常數(shù)也彼此相等,則輸出點的電壓按電容分布(起始的)與按電阻分布(穩(wěn)定的)相等,輸出完全跟蹤輸入,分壓器的分壓比由電阻完全確定,不隨輸入信號的頻率而變。圖34 阻容并聯(lián)分壓器原理圖 點火系統(tǒng)高壓測量的認識點火系統(tǒng)的基本功能是依據(jù)發(fā)動機的工作順序適時的向發(fā)動機提供強烈的高壓火花。點火系統(tǒng)的功能體現(xiàn)在點火的時機和產(chǎn)生點火火花的強度。點火系統(tǒng)通過在火花塞上施加十幾到幾十千伏的脈沖高壓，擊穿絕緣間隙形成火花放電，從而點燃汽缸中的混合氣體，推動活塞而使之工作。點火參數(shù)對汽油機性能及排放有著十分重要的作用，點火電壓是點火系統(tǒng)的重要參數(shù)之一。點火電壓的最大波峰值可20，而點火電壓的上升時間為10~20。峰值電壓是在規(guī)定的火花塞兩電極間距和發(fā)動機工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，點火線圈使放電間隙氣體擊穿的最大次級輸出電壓場，如圖35中的所示。在發(fā)動機各種工況和使用條件下，只有作用在火花塞間隙的電壓最大值(即線圈次級電壓峰值)大于該工況下火花塞的擊穿電壓值時，才能擊穿火花塞兩電極間隙而正常點火。因此點火電壓的測量研究對汽油機點火系統(tǒng)動態(tài)性能有十分重要的作用。圖35 點火電壓波形點火系統(tǒng)次級高壓測量，也即高壓脈沖的測量，其測量存在諸多值得研究和重視的問題。（1）被測脈沖前沿快。即使測量系統(tǒng)中存在很微小的雜散參數(shù)或不連續(xù)性,都可能對測量結(jié)果產(chǎn)生顯著的影響。（2）被測脈沖幅值高。電壓幅值通常幾十千伏。因此被測電壓在測量系統(tǒng)中的衰減倍數(shù)為量級,這樣的衰減倍數(shù)一級分壓器較難做到,二級分壓器的響應(yīng)不理想,設(shè)計難度較大。（3）快脈沖下的電磁干擾嚴重。由于脈沖前沿快,相應(yīng)的短波長成分能量大,空間電磁干擾強。（4）測量系統(tǒng)內(nèi)部各組成部分間的阻抗匹配與否,對測量結(jié)果的影響突出。 點火系統(tǒng)電壓測量方法點火電壓屬于沖擊電壓，測量沖擊電壓的儀器和測量系統(tǒng)必須具有良好的瞬變響應(yīng)特性。國家標準要求，對于符合規(guī)定的沖擊電壓，幅值測量誤差不超過。測量沖擊電壓波形的時間參數(shù)，其誤差應(yīng)不大于。在我國，傳統(tǒng)的點火電壓測試方法是球間隙法，即在檢測時，用三極針狀放電器 (簡稱三針放電器)替代火花塞進行放電，根據(jù)放電器的兩主電極間隙和跳火能力來判斷點火性能。但是高電壓擊穿空氣間隙的擊穿電壓與兩球間隙及球的直徑有關(guān)，不同的間隙距離對應(yīng)不同的點火電壓。這種測試方法只是一種粗略的測量。目前，測量點火電壓的比較精確的方法是分壓器峰值電壓表法或者分壓器示波器法。這兩種方法不僅能夠比較精確地測量點火電壓的幅值還能測出點火電壓的任一瞬時值。在分壓器峰值電壓表和分壓器示波器這兩種測試點火電壓的方法中，分壓器是其中十分關(guān)鍵的器件。點火電壓測試中十分重要的問題是將其最大波峰值變?yōu)殡娮悠骷商幚淼牡蛪?。點火電壓的最大波峰值可20，而點火電壓的上升時間為lO~20 。 高壓(這里是點火電壓)到低壓的變換裝置就不象普通的分壓器那么簡單，確切地說應(yīng)稱為分壓系統(tǒng)，如圖36所示：圖36 點火電壓的分壓系統(tǒng)分壓系統(tǒng)應(yīng)滿足如下的基本要求：1. 其中，為點火線圈的二次側(cè)電壓 為分壓系統(tǒng)的低壓輸出K為分壓比，它是只與分壓系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)而與外界因素?zé)o關(guān)的常數(shù)。這就要求分壓系統(tǒng)對波形傳輸無失真。2. 分壓系統(tǒng)接入時，點火線圈次級測試時不影響高壓產(chǎn)生。 這就要求分壓系統(tǒng)有足夠大的輸入阻抗。3 .分壓比K易于確定與測量分壓器作為轉(zhuǎn)換裝置是其中的主要組成部分之一，其作用是將高電壓脈沖轉(zhuǎn)換成數(shù)字轉(zhuǎn)換器所能處理的低電壓脈沖,分壓性能的好壞直接影響測試系統(tǒng)的整體性能。分壓器可分為電阻分壓器、 電容分壓器和阻容分壓器。最簡單的分壓系統(tǒng)是純電阻分壓系統(tǒng)。它的分壓比易于確定，使用方便， 測量頻帶寬，動態(tài)特性好，線性范圍大，絕緣結(jié)構(gòu)簡單，體積小，成本低，它不消耗功率,可以很好地和微機控制、自動保護相配合 , 同樣 , 由于沒有諧振問題,其性能優(yōu)于電容式分壓器，被廣泛采用。當(dāng)被測量系統(tǒng)的沖擊電壓不太高,且被測量系統(tǒng)的負載較小時，電阻分壓器能準確測量沖擊電壓 ,因此在點火系統(tǒng)高壓測量中 ,優(yōu)先考慮電阻分壓器。第四章 電阻分壓器的設(shè)計 電阻分壓器分析一、電阻分壓器原理如圖41所示：—第1級高壓臂電阻 一第1級低壓臂電阻—第2級高壓臂電阻 一第2級低壓臂電阻Z為同軸電纜的特性阻抗 R為示波器輸入電阻圖41 兩級脈沖電阻分器原理示意圖二、系統(tǒng)誤差來源分壓器靠流經(jīng)電阻的電流進行分壓，分壓電阻越小，通過的電流就越大，受外界的干擾也就相對越小，分壓也就越準確。但將其接入圖41所示的系統(tǒng)進行測試時，由于其輸入阻抗小而影響點火線圈次級高壓的產(chǎn)生，改變了原電路的工作狀態(tài)。如果提高電阻值，流經(jīng)分壓系統(tǒng)的電流就減小，所測電壓為持續(xù)時間極短的脈沖形式。由于對地雜散電容電流的存在，使電阻分壓系統(tǒng)上的電壓分布不均，大部分集中在頂部(高壓端)，在低壓端處電壓很低。此外，由于分壓系統(tǒng)對地分布電容的存在，造成分壓系統(tǒng)輸出波形失真。分壓器分壓比的誤差主要來源于分壓器對地雜散電容的影響以及溫度漂移。雜散電容是由于分壓器與其周圍處于地電位的物體之間存在固有電場引起的。漏電流從對地雜散電容中流過，使得沿分壓器的電壓呈非線性分布，因而造成測量誤差。同時，分壓器高壓引線和高壓端對分壓器本體之間也存在雜散電容。雖然其電容值比對地電容小得多，但從高壓端流向分壓器本體間的雜散電容電流可以部分補償由分壓器本體流向地的雜散電容電流，在一定程度上可以減小對地雜散電容引起的測量誤差，但是不能忽略。對于如圖41二級分壓系統(tǒng)來說,必須盡量減少雜散電容對分壓器測量系統(tǒng)的影響。溫度對處理電路和雜散電容的影響也是產(chǎn)生測量誤差的一個原因。溫度變化會影響電路元器件的穩(wěn)定性，使電路的線性度降低，還會改變移相器的相移，使得相位補償超差。高壓端對分壓器雜散電容和分壓器本體對地雜散電容也會受溫度影響，這些影響都需要在設(shè)計中加以綜合考慮。三、電阻分壓器的性能改善減少對地雜散電容的影響,改善分壓器性能的主要途徑有:（1）減小對地雜散電容。（2） ,應(yīng)在保證絕緣的前提下盡量減少分壓器的尺寸。在分壓器電阻接地端插入不同補償電感時的仿真對比，電感雖然可以有效地提高分壓器的響應(yīng)性能 ,但電感值必須適當(dāng),否則會引起波形顯著失真和過沖。因分布電感的補償作用并不明顯,且易引起振蕩,因此,電阻體仍應(yīng)選用無感電阻,必要時再加入補償電感或利用引線電感進行補償。在分壓系統(tǒng)頂端加一環(huán)電極，環(huán)與分壓系統(tǒng)本體間存在雜散電容，由環(huán)流向分壓系統(tǒng)本體間的雜散電容電流可以部分地補償分壓系統(tǒng)本體流向地的雜散電容電流，從而改善分壓系統(tǒng)上的電壓分布。這個環(huán)叫做屏蔽環(huán)，裝屏蔽環(huán)的電阻分壓系統(tǒng)叫做屏蔽電阻分壓系統(tǒng)。實際上很少用純電阻分壓系統(tǒng)，而是用屏蔽式電阻分壓系統(tǒng)。在電路連接時應(yīng)注意分壓系統(tǒng)的低壓臂不能斷線，否則會輸出高壓而危及設(shè)備及人生安全。在高壓臂的低壓端加入套筒電極,以局部