在電力設備的實際應用中，絕緣材料的電氣和機械性能往往決定著整個電力設備的壽命。絕緣損壞時，可能導致非常嚴重的后果，如系統損壞、火災等，甚至造成人員傷亡。 因此絕緣性能的檢測顯得尤為必要，而研制一種準確、穩定、方便、

適用范圍

廣的絕緣材料測量儀（即兆歐表）具有非凡的意義。早期的手搖指針式兆歐表有諸多的缺點，如：測量時必須手搖發電機、同臺表的電壓等級少、測量范圍小、 指針為非線性測量誤差和讀數誤差較大等。后來出現的數字兆歐表雖然較手搖指針式兆歐表有了很大的提高，但測量范圍仍然比較小，一般為兩檔位。本數字兆歐表有四個電壓等級，分別為500 V、1000 V、2500 V、5000 V， 都是依靠自身的直流電源產生的精準直流電壓，阻值測量范圍可達到1 M～1000 G；在不同的電壓等級中又分有 6 個不同的采樣電阻，可根據不同的待測電阻自動切換采樣電阻，在測量范圍內誤差不超過±2%；采用數字顯示方式，讀數直觀準確；還可以測量吸收比和極化系數。

1 硬件電路設計

數字兆歐表主要由直流負高壓生成模塊、模擬開關模塊、取樣電路、模數轉換模塊、LCD顯示、控制旋鈕及按鈕組成，其工作原理框圖如圖 1 所示 。

具體工作流程為：12 V 直流電源通過直流負高壓生成模塊產生所需的高電壓，再經過模擬開關加到采樣電阻兩端，采樣電阻的電信號經過 12 位高速 AD轉換器轉換為數字信號，單片機通過計算將數字信號轉化為絕緣阻值，并根據不同的絕緣阻值自動切換采樣電阻，可在不同的工作模式內計算吸收比和極化系數。

1.1 直流負高壓生成模塊

產生直流高壓測試電源的直流負高壓生成模塊是數字兆歐表的重要組成部分，被測直流高電壓的穩定性，將直接影響數字兆歐表的性能。本設計采用 TL594 開關電源集成控制器芯片控制數字兆歐表倍壓模塊，產生的高壓電源具有以下特點：

（1）低壓直流電源可采用蓄電池供電 ，輸出的各檔直流負高壓誤差不大于 0.5%；

（2）旋鈕開關能方便地切換各檔位電壓；

（3）具有反饋測試和自保護功能。

直流負高壓生成模塊的電路圖如圖 2 所示，通過 S3—S6 改變腳的給定電壓來選擇檔位。 倍壓電路的反饋電壓經電阻 R8-R12與 R13分壓后輸入TL594 的 15 腳，用它來矯正 TL594 產生脈沖的占空比，脈沖通過 9、10 腳輸出控制三極管的通斷，兩個在不同時間輸出的脈沖可交叉控制上下兩個三極管的通斷，從而產生可調的交流電壓給變壓器，交流電壓經過變壓器升壓后加到倍壓電路兩端，交流電壓通過倍壓電路倍壓后產生所需的直流負高壓。

1.2 模擬開關模塊

數字兆歐表每個檔位內部又分為 6 個不同的采樣電阻，可根據待測絕緣電阻的阻值自動切換采樣電阻，這樣可以擴大量程和提高測量精度。本設計采用雙向模擬開關 CD4066做為采樣電阻切換開關，連接電路示意圖如圖 3 所示。 E、L 為高壓輸入點，G 點固定電壓為 5.00 V，單片機控制 CD4066 的通斷可分別連接電阻 R1～R6 進行測量。

1.3 取樣電路模塊及絕緣阻值測量原理

如圖 3 所示，5 V 電壓 G 通過 R7、R8到 L 構成回路， 作為基準電壓支路， 由 G 通過采樣電阻 Rm（R1-R6）、R0、Rx到 L 組成測量支路， 其中 Rx為待測絕緣電阻，R0為電源的等效內阻， 兩支路組成雙支路電壓比較測量法。