多觸點(diǎn)絕緣電阻微機(jī)測(cè)試系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

　　1．主控電路
　　
　　主控電路的硬件結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖中以8031單片機(jī)為核心。監(jiān)控程序固化在4 KB的EPROM2732中，2 KB的RAM6116用來(lái)存儲(chǔ)測(cè)試數(shù)據(jù)，擴(kuò)展的可編程并行接口8155的A口用作LED顯示字形口，B口用作CMC-50P-2打印機(jī)控制口，C口用作鍵盤控制和LED顯示字位口。8位A/D轉(zhuǎn)換芯片選用ADC0809。8031的Pl口用作程控放大器的增益控制和換檔控制，鎖存74LS273的輸出，通過(guò)7406驅(qū)動(dòng)器控制繼電器陣列動(dòng)作。

　　2．采樣電路
　　
　　檢測(cè)電橋電路原理如下圖所示。電路分高低兩檔實(shí)現(xiàn)20 kΩ--1275 MQ的絕緣電阻測(cè)量。高檔輸出UXH可測(cè)量5 MΩ～1275 MΩ電阻；低檔輸出UxL可測(cè)量20 kΩ～5 MΩ電阻。單片機(jī)的P1.3線通過(guò)7406驅(qū)動(dòng)器控制繼電器實(shí)現(xiàn)換檔。

　　
　　為使20 kΩ～1275 MΩ,范圍內(nèi)檢測(cè)精度不低于2.5%，電路參數(shù)按以下要求選擇和調(diào)整：組成電橋的各電阻應(yīng)選用精度不低于1%的金屬膜電阻；調(diào)節(jié)電位器Wl，使B到地支路總電阻為0. 5(1±0.2%)MΩ;調(diào)節(jié)W3，使A到地支路的總電阻為5(1±0.2%)MΩ；Wt是高阻測(cè)量電橋平衡調(diào)節(jié)電位器；Wz是低阻測(cè)量電橋平衡調(diào)節(jié)電位器。
　　
　　電橋平衡調(diào)節(jié)方法：短路Rx，分別接通高阻測(cè)量檔和低阻測(cè)量檔，調(diào)節(jié)W2和W4，使Ux與U2兩輸出端間電壓不高于0.5 mV（用4位半直流毫伏表測(cè)量）。
　　
　　3．程控放大器
　　
　　為提高測(cè)量精度，展寬測(cè)量范圍和實(shí)現(xiàn)量程自動(dòng)切換，采用程控放大器對(duì)Ux適當(dāng)放大。在被測(cè)絕緣電阻20 kΩ~1275 MΩ的測(cè)量范圍內(nèi)，輸出電壓Ux由4V降到15. 625 mV，變化256倍。選擇成品程控放大器實(shí)現(xiàn)這一功能是不難的，但價(jià)格較貴。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的廉價(jià)程控放大器較好地解決了問(wèn)題。下圖是其電路原理圖。
　　
　　電路由自穩(wěn)零斬波放大器芯片ICL7650、模擬開(kāi)關(guān)CD4051和電阻網(wǎng)絡(luò)組成。電阻網(wǎng)絡(luò)各電阻的精度都選為±0. 2%。模擬開(kāi)關(guān)按下圖接線的設(shè)計(jì)是考慮到：盡管模擬開(kāi)關(guān)導(dǎo)通電阻很大(500 Q)，但由于運(yùn)放輸入阻抗很高，輸入電流極小，因而對(duì)放大器增益的影響可忽略不計(jì)。模擬開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)來(lái)自P1．0、P1.1、P1.2。當(dāng)控制信號(hào)由(0、0、0)變到(1、1、1)時(shí)，放大器的增益由20變到27，共8檔，使A/D轉(zhuǎn)換器的輸入電壓在2～4 V范圍內(nèi)（被測(cè)電阻在20 kΩ～1275 MΩ范圍內(nèi)）。

　　ICL7650芯片是第四代運(yùn)算放大器，具有極低的輸入失調(diào)電壓（±1 μV）和失調(diào)溫漂（0.05 μV／℃）．極高的開(kāi)環(huán)增益(≥120 dB)和極低的時(shí)漂（o．01 μV/h）；價(jià)格適中；使用±5V供電時(shí)，輸出電壓線性范圍是0～4.5 V;當(dāng)輸入電壓為o時(shí)，實(shí)測(cè)增益為27的輸出零位電壓<1 mV;對(duì)測(cè)量精度的影響可忽略不計(jì)。
　　
　　4．高壓電源
　　
　　高壓電源為測(cè)量電路提供輸出電壓500 V、電流1 mA的電源。該電源由12 V直流電壓變換而成，下圖是變換電路原理圖。

　　電路工作原理是：IC1是環(huán)形振蕩器，調(diào)節(jié)Ri使振蕩頻率為8 kHz左右；雙D觸發(fā)器IC2是千分頻器，BG1、BG2和變壓器B是它激式逆變器。輸出電壓經(jīng)D3、D4、Cl、C2、倍壓整流D5～D7穩(wěn)壓輸出。電路中Dl、D2和D3、D4選用開(kāi)關(guān)二極管CFR03 - 01和CFR03 - 06，穩(wěn)壓管D5～D7選用IN4764和IN4771，變壓器選用冷軋硅鋼片(D360 -0.08)環(huán)形鐵芯(D12/20×5)繞制。
　　
　　5．繼電器陣列
　　
　　下圖是繼電器陣列原理圖。它由驅(qū)動(dòng)器7406、續(xù)流二極管D1～D8和繼電器J1～J8組成。
　　
　　該繼電器陣列為一樹(shù)狀結(jié)構(gòu)。數(shù)碼端為被測(cè)點(diǎn)，樹(shù)根A、B為輸出端接電橋。本節(jié)以8個(gè)檢測(cè)點(diǎn)為例，設(shè)計(jì)了3層8個(gè)繼電器。其中J4、J8為單組觸點(diǎn)，J1～J3和J5～J7為雙組觸點(diǎn)，控制碼也相應(yīng)有8位，通過(guò)鎖存器74LS273提供。
　　
　　控制碼如圖所示。9個(gè)以上被測(cè)點(diǎn)的檢測(cè)可仿此設(shè)計(jì)，以A、B為樹(shù)根，增加繼電器層數(shù)并擴(kuò)展鎖存器，增加控制碼。測(cè)試時(shí)，根據(jù)要求，在A、B兩組中各選一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，如1對(duì)3，通過(guò)鍵盤輸入1和3，即可瞬時(shí)測(cè)出1～3之間的絕緣電阻。