[發明專利]精密低壓器件超高阻抗的高精度測量系統

在審

• 申請號: 202010563902.1
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111766450A
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發明（設計）人: 王海來
• 申請（專利權）人: 珠海市運泰利自動化設備有限公司
• 主分類號: G01R27/14
• 分類號: G01R27/14;G01R27/02;G01R1/30
• 代理公司: 廣州市紅荔專利代理有限公司 44214
• 代理人: 王賢義;何承鑫

本發明提供了一種結構簡單、成本低、效率高、性能強的精密低壓器件超高阻抗的高精度測量系統。本發明包括MCU（1）、交流源信號發生裝置（2）、隔離耦合裝置（3）、直流阻抗測量裝置（5）、交流阻抗測量裝置（6）、通道切換裝置（7）、待測產品接入裝置（8）以及電源，所述待測產品接入裝置（8）外設置有屏蔽裝置（9），所述直流阻抗測量裝置（5）和交流阻抗測量裝置（6）分別連接所述待測產品接入裝置（8）并對待測產品的阻抗進行測量，直流阻抗測量裝置（5）和待測產品接入裝置（8）之間、所述交流阻抗測量裝置（6）和待測產品接入裝置（8）之間均設置有保護環（10），所述電源為整個測量系統供電。本發明可應用于測試領域。

技術領域

本發明涉及測試領域，尤其涉及一種應用于針對G歐（1×10¹⁴＞X_R＞1×10⁹歐姆）甚至達到T歐姆且材料本身電壓耐受力較低（＜2～5伏特）的精密低壓器件的直流阻抗和交流阻抗測試的超高阻抗的高精度測量系統。

背景技術

普通絕緣材料的阻抗越高，其電壓耐受力也會越高，所以測量一般都會使用高壓儀表（0～KV）去測量，如兆歐表等。但測量低耐壓（＜2V，甚至更低）、高阻抗的材料時，這種高壓測試方法就不能正常應用了。而低電壓下影響測量精度的主要因素包括：

1.電阻本身噪聲的影響尤為突出；

2.激勵源自身噪聲；

3.EMI（電磁干擾）的影響；

4.測試網絡的漏電流、漏電壓。

目前在測量＞1G歐姆的電阻時，基本都是采用靜電計、SMU、皮安計+電壓源、高阻計等一起進行測量。靜電計的測量方式需要配置電壓源或電流源，所以高阻的精密測試都是使用外接一臺電壓源（源表）加靜電計或是皮安計的方法實現，從而獲得測量電壓或電流，使用歐姆定律最終計算出阻值，如圖1和圖2所示。使用源表和靜電計的儀表測試方法，可以直接獲得測試值。如圖1、圖2 所示為通用的靜電計(靜電電壓表)、高阻計儀器儀表實現的高電阻測量，它們的特點是靜電計(靜電電壓表)和激勵源(電壓源或電流源)是分開的兩部分。另外市面上較為流行的高阻測量儀器，如型號為B2985A等儀器設備，將源表和靜電計綜合在一臺儀器中，然后通過儀表專用配套適配器連接測量高阻，直接可以在儀表面板上讀取測試值，不用再另外計算。

另外一種方法是使用普通數字萬用表通過讀取電壓的方式計算高阻，其原理如圖3所示。圖3所示為使用一個外部電流源向被測器件提供恒流，然后通過一個運放作為緩沖器，其中V1≈V0，從而實現較低成本的普通數字萬用表就可以測量Rx的高阻。

此外，還可以內置集成激勵源（電壓源或電流源）和緩沖器組成測量電路來進行高阻測量。目前很多測試儀器板卡的電路測量技術，使用電路板自身的電流源，再使用運放作為輸入信號的緩沖器，如圖4和圖5所示。圖4是帶內置電流源的靜電計高阻測量的簡易原理圖，圖5是帶保護歐姆式的靜電計高阻測量的簡易原理圖。

圖4、5中的被測電阻計算公式如下：

R_X=V₁/(V_S×R) （表達式1）

R_X=V₁/I （表達式2）

以上述及的圖1、圖2、圖3所示的測試方法是通過儀器儀表的配合來實現高阻的測量。圖4、圖5完全是自主電路儀器板卡的測量方法。但其測量質量非常受限于運放本身的電參性能。