測量兆歐表中值電壓和開路電壓的一種方法

李濤，高博，張華鋒

(中國人民解放軍92957部隊，浙江舟山316000)

測量兆歐表中值電壓和開路電壓的一種方法

李濤，高博，張華鋒

(中國人民解放軍92957部隊，浙江舟山316000)

提出了一種僅用一臺通用高阻標準器和臺式數字多用表來完成兆歐表中值電壓和開路電壓的計量方法。通過調節高阻標準器的阻值以及改變和數字多用表的連接方式，組合出所需的測量電路。實驗結果表明，該方法實用性強，操作方便，靈活度高，減低了成本，提高了設備的使用率。

電學計量;兆歐表;中值電壓測量;開路電壓測量

0 引言

根據JJG 622－1997《絕緣電阻表(兆歐表)檢定規程》的要求，示值誤差、中值電阻端鈕電壓和開路端鈕電壓是必測項目。根據JJG 1005－2005《電子式絕緣電阻表檢定規程》的要求，示值誤差、開路測量電壓是必測項目。這樣檢定一臺兆歐表至少要用到高電阻標準器(例如ZX79D+)、靜電電壓表(高輸入阻抗電壓表)，或是高電阻標準器(例如ZX79D+)、帶電壓測量儀的高電阻標準器(例如ZX124C)，給使用、維護、溯源、現場測試都帶來諸多不便［1］。

本文介紹一種使用一臺高電阻標準器(如ZX79D+)和一臺通用的數字電壓表完成中值電阻端鈕電壓和開路端鈕電壓項目的測量方法，因示值誤差的檢定與一般方法沒有異同，本文不再贅述。

1 以往方法存在的問題

測量中值端鈕電壓或開路端鈕電壓的兩種方法如圖1所示。測量方法一:使用一臺高輸入阻抗的電壓測量設備靜電電壓表進行電壓測量，使用高阻標準器提供中值阻值，特點是可以提供的中值電阻范圍大，不足是增加一臺靜電電壓表。測量方法二:使用專用的中值電壓測量設備ZX124C完成測量，特點是方法直接，不足是增加了一臺ZX124C設備。ZX124C輸出的中值電阻數量不多，時常需要借助ZX79D+完成中值電阻值的設置，ZX124C除電壓測量功能外，其他功能與ZX79D+相重復，且量值點較少。

圖1 中值端鈕電壓、開路端鈕電壓的兩種測量方法示意圖

這樣的方法帶來兩個問題:一是必須配備兩臺高電阻標準器(如ZX79D+和ZX124C)，標準器數量多，給溯源和維護等帶來不便，兩個標準器的功能、量值重復，造成浪費，兩臺體積、重量較大的設備攜帶到現場不方便;二是根據檢定規程要求，高輸入阻抗電壓表的測量誤差不大于±1.5%，輸入阻抗是中值電阻的20～50倍，兆歐表的中值電阻一般為1～200 MΩ，開路電壓范圍一般為50～5000 V，電壓表的輸入阻抗應能達到20～10000 MΩ。通常情況下，僅有靜電電壓表能夠測量寬電壓范圍的高阻抗電壓表。采用靜電電壓表能滿足測量要求，但是靜電電壓表的應用范圍較窄，基本成為“專用設備”，利用率不高。

2 測量方法

中值電阻端鈕電壓是指兆歐表指示值為刻度盤的中心刻度時，兆歐表端鈕輸出的電壓。開路電壓可以理解為兆歐表端鈕開路時，或兆歐表指示值超出最高有數字的刻度、同時可以小于無窮大刻度時，電子式兆歐表按規定要求顯示示值時，兆歐表端鈕輸出的電壓。根據上述的理解，本文使用輸入阻抗為10 MΩ的數字電壓表，與高阻標準器(ZX79D)共同測量中值端鈕電壓和開路端鈕電壓。根據中值電阻的不同，采用三種相應的測量方法［2］。

當中值電阻為10 MΩ時，直接用數字電壓表測量兆歐表端鈕電壓，這時數字電壓表的輸入阻抗作為兆歐表的被測電阻，數字電壓表的測量值為中值電阻端鈕電壓。該方法是利用數字表的輸入阻抗，用數字表直接測量端鈕電壓，方法簡單、直接，電壓最高測量值一般不超過1000 V。

當中值電阻小于10 MΩ時，測量方法如圖2所示，將高阻標準器與數字電壓表并聯接到被測兆歐表的端鈕上，調節高阻標準器，使被測兆歐表指示值為中值電阻值，數字電壓表的測量值為中值端鈕電壓。該方法可以完成較低中值電阻兆歐表的測量，電壓最高測量值一般不超過1000 V。

圖2 中值電阻小于10 MΩ測量示意框圖

當中值電阻大于10 MΩ時，測量方法如圖3所示，將高阻標準器與數字電壓表串聯接到被測兆歐表的端鈕上，調節高阻標準器，使被測兆歐表指示值為中值電阻值，讀取數字電壓表的測量值，按式(1)計算中值電阻端鈕電壓。該方法可以完成較高中值電阻兆歐表的測量，電壓最高測量值一般可以測量到高阻標準器的最高電壓使用上限。

圖3 中值電阻大于10 MΩ測量示意框圖

根據串聯電阻的分壓關系可得

經過變換可得

式中:uzo為兆歐表的中值電阻端鈕電壓，V;us為數字電壓表的測量值，V;Rb為高阻標準器的電阻值，MΩ;Ri為數字電壓表的輸入阻抗，MΩ。

根據上述原理，可以設計一種較為通用的測量方法，如圖4所示。將高阻標準器、一個分壓電阻Rf串聯接到兆歐表的端鈕上，數字電壓表連接到分壓電阻兩端。分壓電阻阻值取1 MΩ，設置數字電壓表的輸入阻抗大于1000 MΩ，如34401數字多用表輸入電阻可以設置為大于10 GΩ，或分壓電阻阻值取1.11 MΩ，設置數字電壓表的輸入阻抗為10 MΩ，調節高阻標準器，使被測兆歐表指示值為中值電阻值，讀取數字電壓表的測量值，按式(1)計算中值電阻端鈕電壓。其中Ri=Rf=1 MΩ。由于高阻標準器的分壓作用，使1 MΩ分壓電阻的電壓降不大于50 V，滿足一般精密電阻的使用技術條件，為了減小測量誤差和減少測量不確定度分析的繁瑣，分壓電阻的誤差不大于±0.1%。該方法是一種通用的測量方法，其中值電阻最小值為1 MΩ，電壓最高測量值一般可以測量到高阻標準器的最高電壓使用上限。

圖4 端鈕電壓測量方法示意圖

開路端鈕電壓的測量可根據實際情況，采用圖3或圖4所示方法。測量時調節高阻標準器的阻值，使被檢模擬兆歐表的示值超出最高有數字的刻度，電子式兆歐表按規定要求顯示示值，讀取數字電壓表的測量值，仿照中值電阻端鈕電壓的計算方法，按式(1)計算開路端鈕電壓。在實際測量過程中，難以使兆歐表端鈕完成開路。這種方法滿足檢定規程對輸入阻抗大于中值電阻20倍的要求。如果將分壓電阻Rf與數字電壓表的輸入阻抗并聯值提高到100 MΩ，數字電壓表輸入端最大輸入電壓控制小于2 V，則整個電壓測量部分在測量最高電壓5000 V時，輸入阻抗可以高達10 GΩ，這時兆歐表的端鈕就接近開路了。

3 測量不確定度分析

為了保證測量準確，應保證數字表的輸入阻抗值準確。類似于34401數字多用表，僅在10 V以下量程的輸入阻抗能設置成大于10 GΩ，所以在高輸入阻抗情況下運用時，必須使34401數字多用表的測量電壓不大于20 V，即保證其工作在10 V以下量程。數字電壓表的10 MΩ輸入阻抗可以通過溯源得到準確量值，也可以使用溯源過的電阻測量儀進行測量，得到輸入阻抗的準確值。為了減小測量誤差和減少測量不確定度分析的繁瑣，輸入阻抗的誤差在±(0.1% ～0.5%)范圍內為宜。

使用數字電壓表直接測量兆歐表的端鈕時，電壓測量不確定度主要來自于數字電壓表的測量誤差和測量的重復性。使用四位半以上的數字表的測量誤差一般不大于±0.1%，測量重復性數值更小，所以滿足檢定規程測量誤差不大于±1.5%的要求。

使用高阻標準器與數字表串聯的工作方式時，電壓測量不確定度來自于數字電壓表的測量誤差、高阻標準器阻值誤差、分壓電阻的阻值誤差、數字電壓表的輸入阻抗誤差，以及測量的重復性。數字表的輸入阻抗誤差不大于±0.1%，分壓電阻的誤差為±0.1%，高阻標準器的誤差范圍為±(0.2% ～1.0%)。數字表的輸入阻抗和高阻標準器的誤差是電壓測量不確定度的主要來源，其他可以忽略不計。經過合成后最大約為±1.2%。所以滿足檢定規程測量誤差小于±1.5%的要求。當高阻標準器的誤差大于±1.0%時，測量不確定度的來源主要就是高阻標準器，但是這主要應用于開路端鈕電壓的測量，對測量的準確度要求已經不高了，為了降低測量誤差，可以使用高阻標準器的修正值，以滿足測量要求［3－4］。

采用該方法測試過50臺模擬式兆歐表，10臺電子式絕緣電阻表，測試過程正常，并且與使用ZX124C絕緣電阻表多功能試驗箱的測量結果相比較，測量結果基本一致。用該方法和ZX124C測量上級計量標準量值，測量值如表1所示。

表1 開路電壓測量值 V

4 結束語

該方法使用一臺高阻標準器和一臺通用的數字電壓表完成兆歐表主要技術指標的測試，測試原理科學，測試過程中均使用標準計量器具。經過實際使用證明，實用性強，操作方便，測量準確度高，減低了成本，提高了設備的使用率，測量方法與計量檢定規程不沖突，是一種值得推廣的測試方法。

［1］楊會民，陳珺，薛冰.絕緣電阻表的檢定、校驗及維修［J］.儀器儀表標準化與計量，2011(5):46－48.

［2］趙應林.探究萬用電表歐姆擋的中值電阻［J］.中國教育技術裝備，2010(5):99.

［3］申莉，李俊，曹作群.電子式絕緣電阻表測量不確定度的分析與評定［J］.電測與儀表，2010(8):146－149.

［4］李樹松.絕緣電阻表(兆歐表)測量不確定度評定報告［J］.江蘇現代計量，2013(12): 36－38.

A M easurement M ethod for M edian Voltage and Open Circuit Voltage of M eggers

LITao，GAO Bo，ZHANG Huafeng
(No.92957 of PLA，Zhoushan 316000，China)

The article puts forward a newmethod tomeasure themedian voltage and open circuit voltage ofmeggers，by only using a general－purpose high resistance standard and a desktop digitalmultimeter.We got the right circuit through adjusting the high resistance standard and changing the connection with the digitalmultimeter.The experimental results show that thismethod is practical，easy to operate，fullof high flexibility，reduces the cost and improves the efficiency of the equipment.

electricalmetrology;megger;measurement ofmedian voltage;measurement of open circuit voltage

TB971

A

1674－5795(2015)01－0042－03

10.11823/j.issn.1674－5795.2015.01.10

2014－09－09;

2014－11－03

李濤(1960－)，男，遼寧本溪人，高級工程師，碩士研究生導師，從事計量測試工作。