一種基于AD215模塊的低壓電器通斷試驗電壓測量裝置

摘 要：為滿足低壓電器檢測核心項目通斷檢測的電壓采集要求，研制了一種專用于低壓電器各種檢測的隔離放大器，采用基于光電技術的AD215隔離放大模塊，研制合適分壓器組合，使用遙控器控制不同電壓檔位的選擇，該裝置的研制成功，將大大提高低壓電器檢測的安全性和可操作性，同時具有操作方便、價格低廉、維護方便等優勢。

關鍵詞：通斷檢測；電壓測量；AD215；隔離放大；遠程遙控

引言

低壓電器的通斷檢測是產品核心檢測項目，檢測要求在最高交流1200V、直流1800V的電壓下，測量電壓須經過分壓隔離后輸入計算機采集系統，并滿足一定的帶寬要求，文章介紹的是完全符合上述要求研制的適用于通斷試驗的一套電壓測量裝置。

1 低壓電器檢測標準對測量電壓的要求

在低壓電器產品通斷試驗時，必須檢測產品的電弧、燃弧時間、恢復電壓，因此需要對產品的極間電壓和觸頭分斷電壓進行監測。

（1）按照GB14048.1：2012低壓開關設備和控制設備第1部分要求，測量電路中與每極觸頭并聯的電阻應不小于100Ω/V，如并聯電阻過小，會對檢測產品的實際電弧及熄滅性能產生影響。

（2）在低壓電器短路試驗中，大多數的產品分斷時間在10ms以內，熔斷器分斷時間最短1ms以內，因此行內對電壓信號的測量帶寬至少20kHz以上。

（3）低壓電器產品的檢測電壓最高為交流1200V，產品分斷時產生的過電壓為2000V以上，峰值電壓超過2500V，因此接入測量系統時加入隔離要求。

2 相關設備市場調研

（1）行內實驗室現多數采用專用隔離設備，而且大部分是進口設備，價格極高，每個通道需要人民幣1萬元左右，而其隔離電壓為2000V，還需配合降壓措施配合使用。

（2）瑞士LEM霍爾電壓傳感器采用電流傳感器和分流器配合測電壓，并具有：可測量任意波形的電壓，甚至對瞬態峰值也能測量、線性度優于0.1%等優點。但是霍爾傳感器的內部原理決定了當輸入電流為10mA以下電壓測量時，帶寬遠低于20kHz。

因此，在低壓電器檢測實驗室的電壓檢測中亟待研制隔離性能高、操作方便、性價比高的專用檢測設備。

3 AD215模塊介紹

AD215是美國AD公司出品的模擬信號輸入輸出隔離放大器，是技術先進、功能完整的隔離放大器，大多數的模擬信號經AD215隔離后的動態性能和頻帶寬度均不受影響。AD215的速度和準確度可滿足幾乎所有的測量場合的速度和頻帶的應用要求，它的額定功率帶寬為120kHz，滿量程線性誤差為0.005%，隔離電壓有效值為1500V，適用于高速模擬信號采集系統。

4 裝置實現方式

4.1 分壓器設計

本裝置中（見圖1），分壓器采用橋式接法，線路中點接地，有效的降低了輸出線路的對地電壓，有利于后續隔離和采集設備的安全。分壓器的電阻滿足并聯的電阻應不小于100Ω/V的標準要求，因此線路中的電流不超過10mA。

輸出電壓使用遙控開關選檔，目的是當輸入電壓變化時，輸出電壓和后續采集設備輸入量程匹配。本裝置分壓器設計時，按照實際電壓選擇三個電壓檔位：K11和K12為高壓檔，K11和K12受手持遙控器控制同時接通，K11和K12接通時，分壓比率為（R1+R2+……+R10）/（R1+R2）；K21和K22為中壓檔，K21和K22受手持遙控器控制同時接通，K21和K22接通時，分壓比率為（R1+R2+……+R10）/（R1+R2+R3+R4）；K31和K32為低壓檔，K31和K32受手持遙控器控制同時接通，K31和K32接通時，分壓比率為（R1+R2+……+R10）/（R1+R2+R3+R4+R5+R6）。分壓電阻設計：R1=R2；R3=R4；R5=R6；R7=R8；R9=R10。分壓器采用金屬膜電阻，其電感值較小，避免信號相位漂移。

4.2 AD215接法

由于低壓電器通斷檢測是大電流、高電壓試驗，電磁干擾較強，且橋式分壓器已有接地點，因此本裝置AD215模塊的接法使用了雙端輸入接法（見圖1）。其優點是共模干擾并不影響兩個輸入端之差值，可以通過雙端輸入抵消，相當于進一步抑制了共模干擾信號。

4.3 遠程遙控

根據實驗室實際檢測情況，電壓檔位的選擇要求操作方便，性能可靠，故采用4鍵接收無線遙控器，分三個檔位進行遠程控制（遙控器輸出D0、D1、D2）。該遙控器為再生接收模塊，采用LC振蕩電路，內含放大整形，輸出的數據信號為解碼后的高電平信號，使用極為方便，另內置互鎖功能，四路同時只能有一路輸出，如圖1所示。

5 裝置實測效果

圖1為裝置總圖的其中一通道，本裝置實際為四通道，VIN1，VIN2為檢測產品電壓測量點輸出，K11和K12，K21和K22，K31和K32為遙控器輸出驅動的三組繼電器常開觸頭，Vout1和Vout2為經過放大隔離后輸出電壓，可以直接輸入到計算機進行數據處理。

通過信號發生器，得到數據如表1。

6 結束語

（1）本裝置原理、結構簡單，但結果顯示直觀、操作方便，可以實現標準要求的全范圍測量電壓的需求。

（2）本裝置的原理適用于低壓電器通斷試驗的電壓測量，滿足檢測中對速度和隔離的要求。

（3）本裝置實用效果佳，性價比高，維護便捷，適合在低壓電器實驗室通斷、壽命檢測中大量推廣使用。

參考文獻

[1]GB14048.1：2012低壓開關設備和控制設備第1部分[Z].

作者簡介：林時放（1981-），男，機電專業中級工程師，本科學歷，從事低壓電器檢測工作。