绝缘电阻测试仪的测试原理

绝缘测试仪，通常被称为兆欧表或高阻计（Meggers®），广泛用于测量发电机、马达、电源变压器、配线、电器和其它电气装置（如控制、信号、通信和电源的电缆）的绝缘电阻。它们往往被用于例行维护程序中来指示电机在数月或数年内绝缘电阻的变化。绝缘电阻发生大的变化，就可能预示着潜在的故障。所以，就需要对兆欧表进行定期校准，以确保仪表本身没有随时间发生变化。

兆欧表通过用一个电压激励被测装置或网络，然后测量激励所产生的电流，利用欧姆定律测量出电阻。优良的兆欧表校准器包括各种可选的电阻器，这点与现代校准器利用合成电阻功能提供的电阻器差别不大。兆欧表校准器与直流/低频校准器的不同之处在于所需的电阻器范围，以及耐受的电压能力不同。例如，与数字多用表（DMM）上配备的欧姆表功能相比，这些电气测试器在进行电阻测量时施加的电压要高得多。兆欧表采用的电压范围通常从50 V 到高达5 kV；而典型数字多用表的电压一般小于10 V。对于绝缘测试来说，需要测量的电阻值范围很大，其上限可达到10 TΩ，所需的电压更高。

几乎所有的绝缘测试仪都采用直流电压作为激励，所以兆欧表校准器的交流要求很少。许多兆欧表为两端设备，它提供一个电压，并测量由被测设备所决定的电流。量程达到1 TΩ 以及更高的兆欧表通常具有第三个端子，称为保护端（Guard），对于消除泄漏通路以及被测未知电阻Rx 的并联元件非常有用。保护端的目的是消除可能会产生的泄漏电流来选择性地将输出寄生电阻性元件的影响减小为零，如图1所示[1]。

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校准这些仪器时的一个主要问题是找到合适的电阻器，当然是首先要足够精确；还需要电阻值足够大，使其能够承受高直流电压。此外，对于应该采用什么样的电阻值来进行校准，兆欧表制造商并没有统一的标准，所以就需要各种各样的电阻值。通过了解各种不同的绝缘测试仪，可以知道它们需要不同的性能检查点。例如，某个测试仪需要测试50 kΩ，而另一款测试仪则需要测试60 kΩ，再一款又需要测试100 kΩ，等等。

“通用”的多功能电气/电子校准器不能用于校准绝缘电阻测试仪，因为它们的电阻器通常仅仅能够处理有限的电压，常常最高不过20 V。绝缘电阻校准器所面临的挑战是将这些特殊需要集成到一款经济、紧凑和便携的解决方案中。

合成电阻的方法由于受到设计成本和尺寸规格的限制被排除在外。采用的是分立式高压电阻器矩阵的方法，组成一个阵列，能够提供500,000 多种电阻值输出。在这种校准器中，有8个范围的电阻值，覆盖了10 kΩ到10 GΩ 的范围，每个范围均能提供4.5 位的稳定输出。

收集合适的高压电阻器并将其集成到一个仪器内又存在另一项挑战。这就是与欧盟CE认证的一项强制性要求《低电压指令》（Low Voltage Directive）相关的安全性标准挑战。与仪器制造商相关的标准是EN 61010－ 测量、控制和实验室用电气设备的安全要求（Safety Requirements for Electrical Equipment for Measurement,Control and Laboratory Use）[2]。

低电压指令要求将校准器电压限制为1,000 Vrms。那么如何校准测试电压高达5 kV 的兆欧表呢？这类仪器具有更宽的动态范围，可测量高到10 TΩ 的电阻，并且提供了如上所述的保护端子，使其能够准确测量非常高的电阻值。幸运的是，这样的保护配置可以使其本身形成一个电阻倍增器，能够有效地将一个已知电阻倍增为1000 倍，如图2的例子所示[3]。同样重要的是，由于倍增器是一个分立、隔离、独立的设备，可以满足倍增器所需的高电压，它已经不是《低电压指令》所管辖的范围。

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