橡胶塑料体积电阻率测定仪

名词解释：

电阻率定义

电阻率(Resistivity)是用来表示各种物质电阻特性的物理量，某种材料制成的长为1m，横截面积为1m2的导体的电阻，在数值上等于这种材料的电阻率。它反映物质对电流阻碍作用的属性，它不仅与物质的种类有关，还受温度、压力和磁场等外界因素影响。

电阻率是用来表示各种物质电阻特性的物理量。用某种材料制成的长为1m、横截面积为1m2的导体的电阻，在数值上等于这种材料的电阻率。

国际单位制中，电阻率的单位是Ω·m，常用单位还有Ω·mm2/m

绝缘电阻是表征绝缘体特性的基本参数之一，一个绝缘体的绝缘电阻由两部分组成，体积电阻（Volume Resistance, Rv）与表面电阻（Surface Resistance, Rs），相对应的电阻率分别是体积电阻率（Volume Resistivity, ρv）和表面电阻率（Surface Resistivity, ρs）。 从定义上看，体积电阻是在试样“两个”相对表面上放置的两电极间所加直流电压与流过这两个电极之间的稳态电流之商，体积电阻率即单位体积内的体积电阻；表面电阻是在试样的“一个”表面上的两电极间所加电压与流过两电极间的电流之商，表面电阻率即单位面积内的表面电阻。

体积电阻：

体积电阻又称体积电阻系数或体积比电阻。表征电介质或绝缘材料电性能的一个重要数据。

体积电阻表示1立方厘米电介质对泄漏电流的电阻。单位是欧姆·厘米。

体积电阻的大小，除取决于材料本身组成的结构外，还与测试时的温度 、湿度、电压和处理条件有关。体积电阻愈大，绝缘性能愈好。

与试样接触或嵌入试样两边的两个平行电极间的体积电阻，是加在电极上的直流电压与流过试样体积的电流(不包括沿表面流过的电流)之比。

介电强度：

是材料抗高电压而不产生介电击穿能力的量度，将试样放置在电极之间，并通过 一系列的步骤升高所施加的电压直到发生介电击穿，以次测量介电强度。尽管所得的结果是以kv/mm为单位的，但并不表明与试样的厚度无关。因此，只有在试样厚度相同的条件下得到各种材料的数据才有可比性。

介电常数：

介电常数用于衡量绝缘体储存电能的性能. 它是两块金属板之间以绝缘材料为介质时的电容量与同样的两块板之间以空气为介质或真空时的电容量之比。 介电常数代表了电介质的极化程度，也就是对电荷的束缚能力，介电常数越大，对电荷的束缚能力越强。电容器两极板之间填充的介质对电容的容量有影响，而同一种介质的影响是相同的，介质不同，介电常数不同。

体积电阻率：

体积电阻率，是材料每单位立方体积的电阻，该试验可以按如下方法进行：将材料在500伏特电压下保持1分钟，并测量所产生的电流，体积电阻率越高，材料用做电绝缘部件的效能就越高。

损耗因子也指耗损正切，是交流电被转化为热能的介电损耗（耗散的能量）的量度，一般情况下都期望耗损因子低些好。 

电缆测试仪绝缘电阻测试单元的研制

广泛应用着各种不同 性能、不同规模的电缆。这些错综复杂的电缆，易受到 周围物体的碰撞、挤压、以及有害物质的腐蚀，使其绝 缘体受到损伤，绝缘强度下降。

绝缘电阻是反映电缆绝缘特性的重要指标，对于已 投入运行的电缆，需要定期测定其绝缘电阻，及时掌握 电缆的绝缘质量变化，保证信号数据可靠传输和仪器设 备安全运行。

现有的绝缘电阻测试方法，存在测试效率低，测试 精度差等缺点…1。针对上述问题，本文在原有电缆测试 系统的基础上，研制一个绝缘测试单元，完善电缆故障 检测系统的功能，实现电缆绝缘测试的自动化，提高测 收稿日期：2 01 0—0 3—31 试的可靠性与工作效率。

电缆测试系统总体结构

电缆测试系统采用分离式主、从机结构，由管理主 机，分离式测试机和电缆网络三大部分组成。

测试时，电缆网络通过转接电缆与测试机相连；管理 主机和测试机之间采用CAN现场总线进行通讯。管理 主机主要提供人机交互的界面，管理用户输入的电缆网 信息，从中提取测试所用信息。分离式电缆测试控制器 接收管理主机的电缆网信息后，分两阶段完成测试。首 先短路／断路测试单元对复杂电缆网络短路、断路故障 自动检测，然后绝缘电阻测试单元对复杂电缆网络的绝 缘电阻进行测试，完善电缆故障检测系统的功能。

测试机结构及原理

测试机由DSP、译码控制电路、驱动电路、绝缘电 阻采样电路、通道选择电路、高压产生电路、外扩RAM 及LED驱动电路等几部分组成。测试时，测试机通过 C A N总线从管理主机接收测试策略存储在外扩R A M 中，DSP根据测试策略，通过EPLD内部逻辑控制驱动电 路来控制高压继电器阵列的通断，从而切换测量通道， 使得被测电缆与采样电路构成绝缘电阻测量回路。绝 缘电阻测量电路由高压电源、标准电阻和采样电路组 成，通过DSP内部A／D转换器测量基准电阻两端的电 压，从而间接测得被测电缆上的电压，换算出被测电缆 的阻值。

系统核心处理部件选用TMS320F2812 DSP[2|。C28x 系列DSP是TI公司的32位高精度数字信号处理器，集 成有增强型CAN总线通信接口，全支持CAN2．0 B总 线规范，集成有2 X 8通道12位ADC模块。主要控制测 试机完成测试器自检，接送CAN总线数据，采样电压的A D转换并对测试结果进行运算存储传送等任务。

测试仪的DSP外部扩展了1M容量的静态RAM，用 于存放上位管理计算机下载到电缆测试控制器的电缆 网信息，以及保存测试结果。

CAN总线驱动部分选用Philips公司的PCA82C50 作为C AN总线驱动器。此器件具有对总线提供差动发 送能力，对C AN控制器提供差动接收能力，担负着节点 逻辑电平和总线差动电平之问的电平转换任务。

绝缘电阻测量电路采用高压电源与基准电阻和被测 电缆组成电桥取样回路。通道选择电路根据EPLD内部逻 辑，通过驱动电路控制两组多路高压继电器阵列，从而切换 测量通道，锁定被测电缆网络中的任意一个或两个通道。

高压产生电路采用PWM技术，直流电压经过升压、滤 波、整流等环节，产生测量绝缘电阻时所要求的测试高压。

译码控制电路用于地址译码数据的锁存、CAN总 线通信指示状态机以及对各个通道电路的逻辑控制。 LED显示电路，用于显示电缆测试控制器的工作状态。

4 电路设计

4．1电桥法绝缘电阻测试电路设计

4．1．1测试原理

绝缘电阻是指在规定条件下绝缘体上所施加的直 流电压U与泄漏电流I的比值，即：R=U／I。

测试绝缘电阻时所施加的直流电压不能太高，否则 会导致绝缘内部局放电，既影响测试正确，又易造成绝 缘损坏；也不能太低，以致影响测试的灵敏度和准确性。 测试电压一般为100V一1000V。

由于加上电压后，绝缘中存在着三种随时间而衰减 的电流。因此，理论上应等这三种电流全部衰减完后才 读出电导电流(泄漏电流)的数值，以计算绝缘电阻。但 时间太长测量工作量大以及考虑到测量系统长时间的 稳定性，因此在测量方法的标准中明确规定在接通电流 后不少于1min，不超过5min读数。这样既保证了非电 导电流大部分已经消失，又使测量时间有了统一，使读 数具有重复性和可比性，以及提高测量效率。

4．1．2电路设计

常用的电缆故障检测方法有电桥法、电容法、高压 电声法、音频脉冲法和行波法。每种方法各有优点，适 用的故障类型也不尽相同。

电流电压法测试原理简单、易于实现，但由于测量 电压的不稳定和干扰信号的影响，易造成测量误差，测量精度不高。电容充电法测试过程较为复杂，实际操作 起来困难，且测试数据误差较大。电桥法利用了两个桥 臂的平衡原理，抵消了测量电压的变动对测量精度的影 响，较前两种方法，测试精度更高。

我们将惠斯登电桥法的基本思想应用于绝缘电阻 测试电路的具体设计中，有效地提高了电缆绝缘电阻的 测试精度。其取样网络采用了惠斯登电桥法的测试原 理。

由于采用了电桥法，辅助测试回路跟踪电源电压的 变化，从而抵消电源电压波动对测量带来的误差，提高 测试的准确性。

4．2高压产生电路设计

测量绝缘电阻时所要求的测试高压为500V，而一般 情况下电缆的绝缘电阻阻值都很大，基本上工作处于开 路状态，故而电流很小，消耗的功率也小(电流大约为 lmA)。由PWM芯片SG3524为调压芯片所构成的升压 电路升压过程如下：将直流电压作为输入电压，由芯片 SG3524产生的PWM脉冲经过MOSFET推动之后，驱动 升压变压器，经过倍压，整流、滤波后得到稳定的高压输出，该高压输出反馈回芯片SG3524的比较输入端，通 过反馈网络来控制PWM波形的占空比，从而使得输出 电压恒定。

4．3通道选择和测量电路设计

每台电缆测试控制器具有80芯电缆接口，通道选择 电路采用两组多路开关阵列实现，可以锁定被测电缆网 络中的任意一个或两个通道。

绝缘电阻测量电路采用高压电源与基准电阻和被 测电缆组成电桥取样回路。

电线／电缆绝缘电阻测试方法比较

绝缘电阻是反映电线电缆产品绝缘特性的主要指标，它 反映了线缆产品承受电击穿或热击穿能力的大小，与绝缘的 介质损耗以及绝缘材料在工作状态下的逐步劣化等均存在 着极为密切的关系。产品的绝缘电阻主要取决于所选用的 绝缘材料，但工艺水平对绝缘电阻的影响很大，因此测定绝 缘电阻是监督材料质量和工艺水平的一种方法。测定绝缘 电阻可以发现工艺的缺陷，同时也是研究绝缘材料的品质和 特性，研究绝缘结构以及产品在各种运行条件下的使用性能 等各方面的重要手段，对于已投入运行的产品绝缘电阻是判 断产品品质变化的重要依据之一。

在电线／电缆产品中，线问的绝缘电阻值只有在一定的 范围内，才能保证电线／电缆正常的工作。由于各电线／电缆 工作的环境各不相同，绝缘电阻阻值也不尽相同，因而其测 试方法的选择也不尽相同，因此对电线／电缆产品的绝缘电 阻的测试方法进行分析研究为各种适用范围的绝缘电阻测 试仪的设计有一定的参考意义。

2绝缘电阻测试的方法

串联法测绝缘电阻 、并联法测绝缘电阻、电压比较法测绝缘电阻、电桥法测绝缘电阻（1全桥法测绝缘电阻、半桥法测绝缘电阻）、电容充放电法测绝缘电阻

当前绝缘电阻测试的方法主要是加高压、测漏流。具 体归纳起来主要有以下几种：串联法测绝缘电阻、并联法测 绝缘电阻、电压比法测绝缘电阻、电桥法测绝缘电阻、充放电 法测绝缘电阻。

橡胶塑料体积电阻率测定仪主要技术指标