《PΩ（1015Ω）量级超高绝缘电阻数字化精确测量技术研究与样.docVIP

《PΩ（1015Ω）量级超高绝缘电阻数字化精确测量技术研究与样机研制》项目总结报告 一、项目概况 项目名称 立项时间014.6 项目编号2014127-09 项目负责人王晓俊 合作企业南京同胜仪器科技有限公司 经费 主要研究内容 通过理论与实验相结合的方法，研究基于静电计法与反馈电阻法的复合微电流测量方法，实现宽量程、高线性度、高准确度绝缘电阻测量；通过对缓变非平稳本底干扰电流信号的产生机理研究，实现干扰电流抑制措施和自校正测量方法；通过对被测绝缘测量电学模型重构测量方法的研究，实现泄漏电流的高精度辨识；在此基础上，研制PΩ量级的超高绝缘电阻数字化测试仪样机、高性能测量夹具及其电网络模型研究，并研制远程自动测量系统。 二、项目实施情况 其中 在上述项目组织和运行机制的框架下，双方组成联合研发团队，进行项目攻关，在完成项目任务书指标的前提下，对本项目提出更加具有前瞻性和实用性的任务需求，最终把本项目成果形成产业化样机，并实现批量生产和销售。首批销售5台，产生利润8万元，用户包括中电集团44所、北京无线电元件6厂等国内知名单位，主要应用领域有超级电容、特种绝缘材料等。用户使用均反应仪器性能稳定、测量准确、可靠性高、一致性好，达到国家先进水平。 本项目预算三、项目技术情况 针对PΩ量级超高阻数字化测量中的关键技术本项目重点研究了 （1）基于静电计法和反馈电阻法的复合泄漏电流的高精度测量方法研究 本课题采用基于积分电容的静电计法和反馈电阻法相结合的测量方案实现从1000pA时采用基于积分电容的静电计法进行测量，被测高阻的测量准确度与电压源的输出电压、积分电容的准确度，及输出电压的线性度有关。由于积分电容C及其切换装置K1存在泄漏与介质损耗、积分放大器存在有限的开环增益A与输入电阻等非理性特性，导致输出信号产生非线性误差。经分析，高阻准确测量的条件是积分时长t被测元件时间常数ττ通常小于2500s。在极高电阻测量时，由于Ix极小，Vx斜率相应很小，为保证测量准确度，必须设置足够的积分时长。当t=30s时，高阻测量相对误差δR1.19%，当t=60s时，δR2.37%，且随着积分时间延长，测量误差越来越大。此时，由C及切换装置的绝缘性能引起的测量结果非线性误差将严重影响测量准确度。本项目研究了基于非平稳缓变误差的抑制算法大大抑制该误差。 对大于1000pA泄漏电流，因信号信噪比较大，直接采用反馈电阻法进行精确测量。 为提高两种方法的一致性000pA范围内采用静电计法和反馈电阻法比较测量，并采用反馈电阻法对静电计法进行校正，实现复合微电流测量。 这种基于静电计法与反馈电阻法的复合微电流测量方法在样机中得到验证和应用，不仅实现宽量程、高线性度、高准确度绝缘电阻测量，而且大大提高了测量结果的一致性。 （2）误差产生机理及其抑制措施的研究及具本底误差电流抑制功能的测量算法研究 极高阻抗的测量难题在于在PΩ级超高阻测量时，需要测量低至0.1pA（10-13A）的极微弱电流，如何高准确度、高重复性的测量微弱电流信号是本项目重点研究内容。测量误差不仅包含由测量方法引入的原理误差，还包括夹具、引线分布参数、高阻绝缘材料本身、前置电路板本身的分布参数引入的误差，各种误差的特征不同，影响形式不一，本项目针对各种误差产生机理进行深入研究，并研究响应误差抑制措施。经深入分析超高阻测量系统的误差主要来源于被测环路的非平稳缓变随机干扰信号引起的误差浮地测量时工频电网耦合引入的误差测量系统引入的系统误差等①被测环路非平稳随机干扰电流信号（本底干扰电流）引入的误差抑制方法研究 为解决失调电流的影响，本项目提出了交替极性法的自校正测量算法，将高阻测量上限提高到1016Ω，达到国际先进水平。 当系统的本底电流主要来源于温度漂移恒定泄漏或如压电效应引起的一阶电流信号 当测量具有大介质损耗的材料时因材料等效电容的指数充电变化曲线关系采用n = 2 的误差电流补偿算法② 浮地测量时工频电网耦合引入的干扰抑制方法研究 工频电网耦合的抑制方法主要是通过屏蔽与接地技术实现抑制但在浮地测量尤其是微弱信号测量时即时良好屏蔽后依然有不可忽视的工频信号耦合在微弱电流上 本系统针对被测信号为直流信号而工频干扰为低频再综合考虑采样中断计算等耗时设定采样率为 再 ③ 重构测量系统（检测系统、夹具）的电学模型，通过反演算法实现泄漏电流的自校正和高精度辨识 在系统设计过程中考虑到测量系统随着外部干扰夹具测量系统本身的分布参数会不断缓慢变化传统的测量方法需要在每隔 本系统采用内置自校正源通过输出不同标准信号包括: 程控高压电压源单元，微弱电流检测单元，自标定单元，主控制单元，以及辅助电路单元。其中，由16位DAC#1(DAC8812)、高压调整电路及ADC（AD7705）构成具有自动电平控