一种四线制测量多通道导通电阻和绝缘电阻的装置

技术领域

本发明涉及自动测量与控制技术领域，具体涉及一种四线制测量多通道导通电阻和绝缘电阻的装置。

背景技术

目前，在一些需要进行多通道的导通电阻和绝缘电阻连续测量的场合，主要解决类似装置在实际使用过程中导通电阻测量精度不高的问题。在已有的多通道导通电阻和绝缘电阻测试系统中，一般采用的是两线制测量电阻方式，导通电阻测量和绝缘电阻测量共用测试线路，测量模式切换通过电路完成。

两线制测量多通道导通电阻和绝缘电阻装置一般由计算机、模拟信号采样电路、低压恒流源、高压激励源、限流电阻、标准电阻、模式切换电路、2线多路开关矩阵电路、测试总线接口、反馈和电压取样电路等部分组成。这种装置的测试结果受测试线路和继电器矩阵电路自身内阻影响，实际测量误差较大，且随时间变化。

因此目前针对一些需要进行多通道导通电阻和绝缘电阻连续测量的场合，存在测量误差大、测量稳定性低的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种四线制测量多通道导通电阻和绝缘电阻的装置，能够提高对多通道导通电阻和绝缘电阻的测量精度，并提升测量稳定性。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：一种四线制测量多通道导通电阻和绝缘电阻的装置，包括测控计算机、数据卡、综合控制电路、第一开关卡、第二开关卡以及被测线路。

第一开关卡和第二开关卡结构一致，前端包括两个测试公共端口，后端包括n对测试总线端口对，开关卡内测试公共端口和测试总线端口对选通连接；测试公共端口连接至所述综合控制电路；测试公共端口包括测试正端和测试负端，其中测试正端用于测试信号的输入，测试负端用于测试信号的输出；一对测试总线端口对对应一个通道，n为通道总数。

被测电路一端连接第一开关卡上的一对测试总线端口对，另一端连接第二开关卡上的一对测试总线端口对。

综合控制电路一方面用于调整测试正端的测试控制信号的输入，另一方面还用于获取测试负端的测试信号的输出。

数据卡为AD采样卡用于对综合控制端获取的测试信号进行AD采样并输出。

测控计算机用于控制综合控制电路和数据卡。

进一步地，综合控制电路包括250V电源，恒流源、衰减器、差分放大器、信号隔离器、第一切换开关和第二切换开关以及电阻。

第一切换开关为单刀双掷开关，包括一个动端和两个不动端，第一切换开关的动端连接第一开关卡的测试正端COM1+；第一切换开关的其中一个不动端通过第一电阻连接250电源，第一切换开关的另一个不动端通过第二电阻连接恒流源。

第二切换开关为单刀双掷开关，包括一个动端和两个不动端，第二切换开关的动端连接第二开关卡的测试正端COM2+；第二切换开关的两个不动端分别经第三电阻和第四电阻接地。

250V电源连接衰减器；衰减器引出第一测试信号采样端。

第一开关卡的测试负端COM1-和第二开关卡的测试负端COM2-均连接信号隔离器的输入端。

信号隔离器的输出端连接差分放大器；差分放大器的输出端引出第二测试信号采样端。

第二切换开关中连接第三电阻的不动端引出第三测试信号采样端，第二切换开关中连接第四电阻的不动端引出第四测试信号采样端。

第一～第四测试信号采样端均连接至AD采样卡。

进一步地，第一电阻为1MΩ，第二电阻为50Ω，第三电阻为50Ω，第四电阻为10kΩ。

进一步地，测控计算机控制第一切换开关切换连接至第二电阻，第二切换开关切换连接至第三电阻；得到被测线路的导通电阻检测电路。

导通电阻检测电路的激励电流回路：恒流源→第二电阻→第一切换开关→第一开关卡的测试正端COM1+→第一开关卡所选通道的测试总线端口对→被测线路→第二开关卡所选通道的测试总线端口对→第二开关卡的测试正端 COM2+→第二切换开关→第三电阻→电源地。

第三测试信号采样端输出被测线路的检测电流，由AD采样卡采集获得并送入测控计算机。

第一开关卡的的测试负端COM1-和第二开关卡的测试负端COM2-输出反馈电压，经由差分放大器进行差分处理后得到被测线路的检测电压，经第二测试信号采样端输出，由AD采样卡采集获得并送入测控计算机。

测控计算机根据被测线路的检测电压和检测电流计算得到被测线路的导通电阻测试值。

进一步地，测控计算机控制第一切换开关切换连接至第一电阻，第二切换开关切换连接至第四电阻。

此时得到绝缘电阻测试回路：250V电源→第一电阻→第一切换开关→第一开关卡测试正端→第一开关卡所选择通道对应的测试总线端口对的正端→被测线路→第二开关卡所选择通道对应的测试总线端口对的正端→第二开关卡的测试正端→第二切换开关→第四电阻→电源地。

此时第四测试信号采样端处得到被测线路的检测电流；根据250V电源、第一电阻和第四电阻的阻值得到绝缘电阻的测试值。

有益效果：

本发明提出的一种四线制测量多通道导通电阻和绝缘电阻的装置，通过设置多通道开关卡可以达到对被测线路的电压与电流的测试效果，通过设置切换开关可以实现在电路结构不改变的情况下，实现对被测线路的导通电阻和绝缘电阻的分别测量，其结构简单，能够消除测量线路和多路开关矩阵线路内阻对导通电阻测量结果的影响，具有显著提高对多通道导通电阻测量精度，提高系统较长时间的测量稳定性和测试结果的可信性的效果。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种四线制测量多通道导通电阻和绝缘电阻的装置组成框图。

图2为本发明实施例提供的一种四线制测量多通道导通电阻和绝缘电阻的装置细节组成示意图；

图3为本发明方案的实现结构图；

图4为一块开关卡的64路输出信号合并构成一组32芯测试总线的原理图

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明一个实施例提供了一种四线制测量多通道导通电阻和绝缘电阻的装置，其具体实施例的组成和连接关系的示意框图如图1所示，该装置的组成包括以下部分：测控计算机、数据卡、综合控制电路、第一开关卡、第二开关卡以及被测线路。

第一开关卡和第二开关卡结构一致，前端包括两个测试公共端口，后端包括n对测试总线端口对；测试公共端口和测试总线端口对选通连接，测试公共端口连接至综合控制电路；测试公共端口包括测试正端和测试负端，其中测试正端用于测试控制信号的输入，测试负端用于测试信号的输出；一对测试总线端口对对应一个通道，n为通道总数。

被测电路一端连接第一开关卡上的一对测试总线端口对，另一端连接第二开关卡上的一对测试总线端口对。

综合控制电路一方面用于调整测试正端的测试控制信号的输入，另一方面还用于获取测试负端的测试信号的输出。

数据卡为AD采样卡用于对综合控制端获取的测试信号进行AD采样并输出。

测控计算机用于控制综合控制电路和数据卡。

本发明中综合控制电路可以采用如下方式实现，如图2所示，综合控制电路包括250V电源，恒流源、衰减器、差分放大器、信号隔离器、第一切换开关和第二切换开关以及电阻。

第一切换开关为单刀双掷开关，包括一个动端和两个不动端，第一切换开关的动端连接第一开关卡的测试正端COM1+；第一切换开关的其中一个不动端通过第一电阻连接250电源，第一切换开关的另一个不动端通过第二电阻连接恒流源。

第二切换开关为单刀双掷开关，包括一个动端和两个不动端，第二切换开关的动端连接第二开关卡的测试正端COM2+；第二切换开关的两个不动端分别经第三电阻和第四电阻接地。

250V电源连接衰减器；衰减器引出第一测试信号采样端。

第一开关卡的测试负端COM1-和第二开关卡的测试负端COM2-均连接信号隔离器的输入端。

信号隔离器的输出端连接差分放大器；差分放大器的输出端引出第二测试信号采样端。

第二切换开关中连接第三电阻的不动端引出第三测试信号采样端，第二切换开关中连接第四电阻的不动端引出第四测试信号采样端。

第一～第四测试信号采样端均连接至AD采样卡，作为AD采样卡的采样端。

如图2所示，本发明实施例中第一电阻为1MΩ，第二电阻为50Ω，第三电阻为50Ω，第四电阻为10kΩ。

本发明实施例提供的一种四线制测量多通道导通电阻和绝缘电阻的装置，通过测控计算机控制第一切换开关和第二切换开关的切换位置，从而分别实现对导通电阻和绝缘电阻的测量。

其中测控计算机控制第一切换开关切换连接至第二电阻，第二切换开关切换连接至第三电阻；得到被测线路的导通电阻检测电路。

导通电阻检测原理：通过恒流源，辅助第二电阻即50欧姆精密电阻对测试回路进行电流激励，通过第三电阻标准电阻取样和A/D采样监测恒流源电流值，反馈电压Ux通过差分信号放大和A/D采样电路测量；对测量所得的电压Ux、恒流源电流值I进行计算得到导通电阻值(Rx＝Ux/I)，测试线路的切换通过第一开关卡和第二开关卡完成。

导通电阻检测电路的激励电流回路：恒流源→第二电阻→第一切换开关→第一开关卡的测试正端COM1+→第一开关卡所选通道的测试总线端口对→被测线路→第二开关卡所选通道的测试总线端口对→第二开关卡的测试正端 COM2+→第二切换开关→第三电阻→电源地；

第三测试信号采样端输出被测线路的检测电流，由AD采样卡采集获得并送入测控计算机；

第一开关卡的的测试负端COM1-和第二开关卡的测试负端COM2-输出反馈电压，经由差分放大器进行差分处理后得到被测线路的检测电压，经第二测试信号采样端输出，由AD采样卡采集获得并送入测控计算机；

测控计算机根据被测线路的检测电压和检测电流计算得到被测线路的导通电阻测试值。

测控计算机控制第一切换开关切换连接至第一电阻，第二切换开关切换连接至第四电阻；此时得到绝缘电阻测试回路。

绝缘电阻检测原理：通过250V直流电源，辅助第一电阻和A/D采样电路，对被测线路所选择线路的绝缘电阻进行测量，测量结果由A/D采样电压值Ux2、激励电压值及标准电阻换算获得(Rx＝250/I-1.01MΩ，其中I＝Ux2/10kΩ)，测试线路切换通过耐高压的第一开关卡和第二开关卡完成。

绝缘电阻测试回路为：250V电源→第一电阻→第一切换开关→第一开关卡测试正端→第一开关卡所选择通道对应的测试总线端口对的正端→被测线路→

第二开关卡所选择通道对应的测试总线端口对的正端→第二开关卡的测试正端→第二切换开关→第四电阻→电源地。

此时第四测试信号采样端处得到被测线路的检测电流；根据250V电源、第一电阻和第四电阻的阻值得到绝缘电阻的测试值。

测量模式转换：通过控制第一切换开关和第二切换开关的闭合与断开，可以在“导通电阻检测”与“绝缘电阻检测”两种模式之间切换。两种模式共用测试线路切换回路；在绝缘电阻检测模式下，反馈电压差分放大电路与测试回路断开。

本发明上述方案还可以通过如图3的结构实现：包括(1)PXI总线机箱， 2)零槽控制器，(3)多功能数据采集卡，(4)两块双通道多路开关卡，(5) 综合控制电路板，(6)组合电源，(7)测试总线接口，(8)测控软件，(9)综合控制箱等。

其中，(1)PXI总线机箱，用于安装零槽控制器、多功能数据采集卡、多路开关卡等标准PXI接口的计算机板卡；本实施例选用的型号为AMC57105B，为一18槽位的PXI总线机箱。

(2)PXI零槽控制器，用于运行操作系统、板卡驱动程序、测控软件等，是测控计算机的核心组件；本实施例选择型号为AMC4198，含2个网口，4个 USB口，2个RS232串口等。

(3)多功能数据采集卡，用于实现与综合控制电路板的对接，实现多路电压信号采集、配合测控软件与综合控制电路板完成测量模式切换、导通电阻测量、绝缘电阻测量等功能；本实施例选择型号为AMC4374，含32路16位AI， 4路AO，48路DIO。

(4)双通道多路开关卡，图中的开关卡1和开关卡2，即对应第一开关卡和第二开关卡，用于实现两组对外的测试总线接口，其四个公共端口分别与综合控制电路板测量接口连接，完成四线制测量中电流激励和电压反馈等回路功能；本实施例选择型号AMC4611B，含32路2A的2线开关等。

(5)综合控制电路板，用于与测控软件和多功能数据采集卡配合，具体实现测量模式切换电路、导通电阻测量电路、绝缘电阻测量电路等；本实施例的综合控制电路板自制，主要完成原理示意图2中恒流源电路、高压激励电压源电路、4线制导通电阻测量电路、绝缘电阻测量电路、测量模式切换电路等部分功能；模式切换所使用的继电器型号为JZC-102M/015。

(6)组合电源，用于为测控计算机和综合控制电路板等提供工作所需电源；电源类型有+5V电源、+24V电源、±12V电源等。

(7)测试总线接口，用于实现对外的测试接口，测试总线接口信号由两块双通道开关卡的引出线组合而成。图4示出一块开关卡的64路输出信号合并构成一组32芯测试总线的原理；其中开关卡的引出信号CH0+和CH0-通过并联组合成测试总线1号线，信号CH31+和CH31-组合成测试总线32号线，其它信号以此类推；另一块开关卡组合成另一组测试总线的情况与此相同。本实施例最终完成了左/右两组32芯的测试总线插座，可以完成对32路以内的多芯电缆或设备进行在线连续测试，即开关卡通道总数n为32。

(8)测控软件，用于选择测试对象、参数设置、完成多路导通电阻和绝缘电阻的自动连续测量、测试结果显示等功能。

(9)综合控制箱，用于安装组合电源、综合控制电路板、测试总线接口插座等。

上述组成部件间的连接关系为：②零槽控制器、③多功能数据采集卡、④多路开关卡等安装在①PXI总线接口机箱上，⑧测控软件安装在零槽控制上，⑥组合电源、⑤综合控制电路板和⑦测试总线插座等安装在⑨综合控制箱上；⑤综合控制电路板与③多功能数据采集卡之间通过专用屏蔽电缆连接；④多路开关卡与⑦测试总线插座之间通过专用线缆连接。

本装置/系统的具体工作过程如下：

⑧测控软件运行于①PXI主控计算机的②零槽控制器上，测试过程中，通过软件分别选择接通两块④多路开关卡其中的一路继电器，将与⑦测试总线插座 (安装在⑨综合控制箱上)相连接的被测线路经由④两块开关卡的四个公共端连接到⑤综合控制电路板上；⑤综合控制电路板上所需的工作电源(如+5V和 +24V电源等)由⑥组合电源模块直接提供，其它类型的电源(如恒流源及高压电源等)通过电路转换得到。⑧测控软件通过调用③多功能数据采集卡的驱动程序，得到⑤综合控制板上相应位置的电压数据，经过换算后得到激励电流(电压)与反馈电压数据，进而计算出被测线路的导通电阻或绝缘电阻值。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。