專利名稱：電器裝置及元器件無損耐壓測量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種測量電壓的裝置，具體地說是一種專用于耐壓測試的測量儀。
現(xiàn)有國際IEC標準，對于電器元件或裝置的耐壓值測定，是采用數(shù)理統(tǒng)計的方法，對一批產(chǎn)品進行按比例抽測。抽檢的產(chǎn)品則是采用破壞性的擊穿試驗，以產(chǎn)品在擊穿瞬時的電壓值做為該批產(chǎn)品的耐壓極限值。這種檢測方法經(jīng)多年實踐表明確有一定的代表性和準確性，但也存在兩點主要不足一是不可能將所有元件或裝置均進行擊穿試驗，而且大部分器件是不經(jīng)檢驗而根據(jù)一小部分的器件測試數(shù)據(jù)進行標定，這就不可避免地存在有一定的盲目性，即個別甚至一小部分器件的耐壓值根本達不到所試器件的測值，但又無法將其檢出。二是器件經(jīng)擊穿試驗后即已報廢，不能再使用，因此造成一定的浪費。特別是對于第一點的盲目性問題，在國防、核工業(yè)或航空航天領(lǐng)域，則是不允許出現(xiàn)的。那么在這些領(lǐng)域里的元器件耐壓的測試，則是采取強化條件的模擬實測方法進行驗證。即施加可能出現(xiàn)的最惡劣情況時的電壓值，使整機模擬實際情況進行實際驗證，來判斷元器件的可靠性。經(jīng)模似實測無問題之后，證明所用器件符合要求，可以實用。但這種測試方法不僅費用太高，而且仍有不足，即經(jīng)過強化試驗后，某一元器件已超過其臨界狀態(tài)，因而不可能再承受高壓，但這個器件又無法判明檢出，那么在真正實際運行時，這一元器件就成為一個最薄弱的環(huán)節(jié)，隨時可出現(xiàn)壽命問題而直接造成整體或整機的連鎖反映，出現(xiàn)嚴重的質(zhì)量安全事故。美國挑戰(zhàn)者號航天飛機的失事，則正是這一問題的具體體現(xiàn)。因此，對于每一個出廠的電器裝置或元器件都進行耐壓測試，但又不破壞其結(jié)構(gòu)和性能的測試方法就顯得越來越重要了。但迄今為止尚未研制有用于該種測試方法的測量儀器。
本實用新型的目的就是提供一種能夠完成上述無損測試任務(wù)要求的測量儀器。
本實用新型是這樣實現(xiàn)的在本測量儀器中有電源支路A，測量支路B和保護支路C，在電源支路A中串接有整流電路1，恒流源2和接力保護電路3，在測量支路B中串接有延時電路4，電壓跟隨器5和測量表頭6，在保護電路C中串接有接力保護電路7和跟蹤保護電路8。本測量儀器設(shè)計的依據(jù)在于，對于一個電器裝置或元器件，當其兩極間電壓由低到高增長到器件的擊穿電壓臨界值時，由于被測對象屬于半導(dǎo)體或絕緣體，另外還包括電解液及空氣等物質(zhì)均有一個共同特性，即當其中兩端電壓達到一定幅度時，這些物質(zhì)會在強電場力的作用下獲得充分的內(nèi)能，使這些物質(zhì)中的原子核周圍的電子能量增大，進而擺脫原子核的束縛，成為自由電子參與導(dǎo)電(形成介質(zhì)損耗電流)，這個損耗電流又反過來加強其內(nèi)能，如此惡性循環(huán)便形成擊穿現(xiàn)象。在正常時，兩極間的電壓由于兩極點電荷的積累而增大，當損耗出現(xiàn)時，電壓就會下降。本設(shè)計關(guān)鍵在于這些介電物質(zhì)獲得內(nèi)能將要形成介質(zhì)損耗電流時立即加以保護。一是用恒流源限制其電流的增加，二是利用介質(zhì)的損耗產(chǎn)生而電容效應(yīng)下降的特性，使跟蹤保護電路動作，將被測兩極間電壓迅速降下，從而保證被測器件不至被擊穿。
以下結(jié)合附圖對本實用新型做進一步詳述。


圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是本實用新型的電原理圖。
如圖1所示，本測量儀由電源支路A，測量支路B和保護支路C三部分構(gòu)成，測量點a、b并接在支路B和支路C的兩端。支路A由整流電路1、恒流源2和接力保護電路3串接構(gòu)成。支路B由延時電路4、電壓跟隨器5和測量表頭6串接構(gòu)成。支路C由接力保護電路7和跟蹤保護電路8串接構(gòu)成。圖2給出了本測量儀的詳細電原理圖。如圖所示，整流電路1由電容C1－C7和二極管D1－D8連接而成的七倍壓整流器構(gòu)成，以為測試電路提供約2100伏的高壓電源。恒流源2由三極管BG1、BG2連接構(gòu)成，電阻R19接于BG1的集電極和整流電路輸出端之間，電阻R20、R21、R22和電流轉(zhuǎn)換開關(guān)ZH1a接在BG2的集電極與整流電路輸出端之間，電阻R7、R8、R9及電流轉(zhuǎn)換開關(guān)ZH1b接在BG2的基極和發(fā)射極之間。ZH1a和ZH1b為聯(lián)動轉(zhuǎn)換開關(guān)，分三檔設(shè)置(0.1mA、1mA、10mA)，以適應(yīng)不同介質(zhì)的測試需要。接力保護電路3由三極管BG3和BG4連接構(gòu)成，電阻R10和R12分別與BG3和BG4的集電極相接，在BG3的發(fā)射極串接有二極管D11。二極管D10和電阻R11串接在BG4的基極上。保護電路的輸出端通過開關(guān)AN3－3與被測試點a相連。本接力保護電路的設(shè)置，是考慮到一般晶體管的耐壓有限，加入本保護電路后，當被測器件的耐壓值低于1000伏時，由串聯(lián)于BG4基極的二極管D11提供反向擊穿電流，使BG4均趨向于飽和，而BG3則趨向于截止，從而對BG1實施接力保護。測量支路B中的延時電路4由電阻R5和電容C8連接成的阻容延時電路構(gòu)成。電壓跟隨器5由運算放大器IC做主跟隨元件，延時電路4的輸出端接與IC的同相輸入端，IC的輸出端同時接IC的反相輸入端，在IC輸出端還串接有限流電阻R6。測量表頭6接在電阻R6和地線之間，在測試點a和延時電路4之間還接有分壓電阻R1－R4，開關(guān)AN2接于R3兩端，開關(guān)AN1接于R2和R3兩端，二極管D9和開關(guān)AN3－1、AN3－2串接后并于R4兩端。測量支路的工作過程是，經(jīng)電阻R1－R4分壓后的被測電壓從連接成射極跟隨器的運放IC的同相輸入端輸入時，其輸出電壓能跟隨變化。當輸入的被測電壓經(jīng)D9、R5進入IC時也同時給C8充電，充電時間常數(shù)主要由R5C8的乘積決定。當被測器件達到臨界值而電壓開始下降時，D9使呈反向截止狀態(tài)，切斷了C8的放電回路。此時C8只能與IC的輸入阻抗構(gòu)成放電回路。而IC的輸入阻抗比R5高得多，故此當輸入電壓下降后，輸出指示電壓仍要保持一段時間后才能下降。這樣從表頭即可觀測出耐壓數(shù)值來。接力保護電路7由三極管BG8、BG9、二極管D12、D13和電阻R14－R17連接構(gòu)成，R15接于BG8的發(fā)射極，R17和R13串接于BG8的基極，R16接于BG8的集電極，R14接于BG9的集電極，D12接于BG9的發(fā)射極。跟蹤保護電路8由三極管BG5、BG6、BG7連接構(gòu)成，電阻R13串接電容C9、C10后接于BG5的基極，二極管D14串接于BG7的發(fā)射極。BG6和BG7的輸出并接于測試點b。在測試點a、b之間還接有開關(guān)AN3－4。由BG5、BG6、BG7構(gòu)成的跟蹤保護電路，當被測器件兩極間電壓逐步增高時，通過電容C9、C10的充電電流使BG5、BG6趨向飽和，而BG7則趨向截止，使測試電壓繼續(xù)增加。當達到擊穿電壓臨界值時，兩極間電壓不再增長，電容C9、C10的充電電流便立即消失，并使BG5、BG6截止，而BG7則趨向飽和，使兩測試電極間的電壓下降，從而使被測器件免遭破壞。接力保護電路7是為保護三極管BG7而設(shè)置的。其工作原理基本同接力保護電路3。
在本裝置中，開關(guān)K1為電源開關(guān)，ZH1a和ZH1b是電流轉(zhuǎn)換開關(guān)，以根據(jù)被測器件性質(zhì)調(diào)整恒流源2的輸出電流。并接于分壓電阻R2、R3上的開關(guān)AN1、AN2為電壓量程轉(zhuǎn)換開關(guān)。開關(guān)AN3(包括AN3－1、AN3－2、AN3－3、AN3－4)是雙刀雙向按鈕開關(guān)，其中AN3－1用于接通測量指示電路的輸入端，AN3－2是為在測量前對延時電容C8進行放電，AN3－3是啟動接通主測量回路，AN3－4是為測量前對被測器件或裝置進行放電。
本測量儀的發(fā)明，使無損耐壓測量成為現(xiàn)實，可用于對工業(yè)及民用電器裝置及元器件耐壓臨界值進行直接測量。經(jīng)實驗證明，對一個器件反復(fù)測量其讀數(shù)未發(fā)生變化，因此對被測器件不會產(chǎn)生任何不利影響，測后可實際使用。使用本測量儀器對于提高電器產(chǎn)品生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品質(zhì)量有很大的指導(dǎo)意義，特別對國防和航天事業(yè)的發(fā)展，杜絕事故的發(fā)生可起到很大的作用。
權(quán)利要求1.一種電器裝置及元器件無損耐壓測量儀，其特征在于該測量儀包括有電源支路A，測量支路B和保護支路C，在電源支路A中串接有整流電路1，恒流源2和接力保護電路3，在測量支路B中串接有延時電路4，電壓跟隨器5和測量表頭6，在保護電路C中串接有接力保護電路7和跟蹤保護電路8。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量儀，其特征在于整流電路1由電容C1－C7和二極管D1－D8連接而成的七倍壓整流器構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量儀，其特征在于恒流源2由三極管BG1、BG2連接構(gòu)成，電阻R19接于BG1的集電極和整流電路輸出端之間，電阻R20、R21、R22和電流轉(zhuǎn)換開關(guān)ZH1a接在BG2的集電極與整流電路輸出端之間，電阻R7、R8、R9及電流轉(zhuǎn)換開關(guān)ZH1b接在BG2的基極和發(fā)射極之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量儀，其特征在于接力保護電路3由三極管BG3和BG4連接構(gòu)成，電阻R10和R12分別與BG3和BG4的集電極相接，在BG3的發(fā)射極串接有二極管D11。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量儀，其特征在于延時電路4由電阻R5和電容C8連接成的阻容延時電路構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量儀，其特征在于電壓跟隨器5由運算放大器IC做主跟隨元件，延時電路的輸出端接與IC的同相輸入端，IC的輸出端同時接IC的反相輸入端，在IC輸出端還串接有限流電阻R6。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量儀，其特征在于接力保護電路7由三極管BG8、BG9、二極管D12、D13和電阻R14－R17連接構(gòu)成，R15接于BG8的發(fā)射極，R17和R13串接于BG8的基極，R16接于BG8的集電極，R14接于BG9的集電極，D12接于BG9的發(fā)射極。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量儀，其特征在于跟蹤保護電路8由三極管BG5、BG6、BG7連接構(gòu)成，電阻R13串接電容C9、C10后接于BG5的基極，二極管D14串接于BG7的發(fā)射極。
專利摘要本實用新型是一種專用于耐壓測試的測量儀，包括有整流電路、恒流源、接力保護電路，延時電路、電壓跟隨器，測量表頭和跟蹤保護電路等部件，其特點在于可對被測器件進行無損耐壓測試，不破壞被測器件的結(jié)構(gòu)和性能，這對于電器裝置和元器件生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品升級，對于國防、核工業(yè)和航天工業(yè)等不允許出現(xiàn)元器件質(zhì)量事故的應(yīng)用場合，本儀器具有特別重要的使用意義。
文檔編號G01R31/14GK2116917SQ9220434
公開日1992年9月23日 申請日期1992年3月12日 優(yōu)先權(quán)日1992年3月12日
發(fā)明者丁建民 申請人:丁建民