高壓漆膜連續(xù)性測(cè)試儀

1、高壓漆膜連續(xù)性測(cè)試儀     廣州番禺職業(yè)技術(shù)學(xué)院軟件學(xué)院 摘要：本文介紹了漆包線生產(chǎn)過(guò)程中重要的檢測(cè)設(shè)備高壓漆膜連續(xù)性測(cè)試儀的系統(tǒng)要求與設(shè)計(jì)，并根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定著重討論了該儀器的測(cè)量方法、抗干擾與高壓穩(wěn)定性問(wèn)題。 關(guān)鍵詞：漆包線 儀器 抗干擾 1前言 漆包線是很多機(jī)電產(chǎn)品的原材料，其質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到眾多機(jī)電產(chǎn)品的安全性和可靠性。因此漆包線的生產(chǎn)執(zhí)行嚴(yán)格的質(zhì)量監(jiān)測(cè)，其中漆膜的絕緣性是眾多檢測(cè)項(xiàng)目中最重要的一項(xiàng)，因?yàn)樗苯雨P(guān)系到電子產(chǎn)品的安全問(wèn)題。對(duì)此國(guó)家制定了強(qiáng)制執(zhí)行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，本測(cè)試儀就是針對(duì)這一需求設(shè)計(jì)的，它能對(duì)生產(chǎn)出來(lái)的漆包線進(jìn)行漆膜耐壓

2、測(cè)試，出現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)報(bào)警，及時(shí)處理，保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。 2系統(tǒng)簡(jiǎn)介 本儀器CPU使用Atmel公司的51系列89C51，按照國(guó)家制定的標(biāo)準(zhǔn)，漆膜上應(yīng)該加八種不同的電壓進(jìn)行測(cè)試，當(dāng)漏電流達(dá)到一定的閾值以后，漆膜認(rèn)為被擊穿，在線速18米/分鐘的情況下，擊穿的持續(xù)時(shí)間每超過(guò)5ms被記為一個(gè)缺陷點(diǎn)。此儀器的主要功能就記下缺陷點(diǎn)的個(gè)數(shù)。有關(guān)國(guó)標(biāo)的規(guī)定見(jiàn)下表：(表1) 檢測(cè)范圍：0.05mm以上，1.6mm及以下的漆包圓線 試樣電壓（誤差±5%）和相對(duì)應(yīng)的缺陷檢測(cè)電路的缺陷電流值(±10%): 試驗(yàn)電壓(V) 350 500 750 1000 1500 2000 2500 3000 電

3、流閥值(A) 5 6 7 8 10 12 14 16 任一試驗(yàn)電壓下，穩(wěn)態(tài)短路電流(A)：25±5 當(dāng)試樣裸露時(shí)，缺陷計(jì)數(shù)頻率(次/min)：500±50 任何試驗(yàn)電壓因50M缺陷電阻引起的電壓降<75% 儀器還要有檢查裸線(沒(méi)有上漆的銅線)功能，當(dāng)發(fā)現(xiàn)為裸線時(shí)，缺陷計(jì)數(shù)為每分鐘500次。 儀器的面板示意圖如圖1所示： 圖1 導(dǎo)線輪1與導(dǎo)輪2是等電位的，它們與高壓輪之間加有測(cè)試電壓，其最高電壓可達(dá)3000伏。當(dāng)設(shè)定好電壓之后，漆包線就從這四個(gè)導(dǎo)輪上通過(guò)進(jìn)行檢測(cè)。 3問(wèn)題分析 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要需要解決三個(gè)問(wèn)題： 根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行漆膜的連續(xù)性測(cè)試，能夠?yàn)V去干擾脈沖與

4、針孔缺陷點(diǎn)。 抗干擾問(wèn)題，因?yàn)楣ぷ鲌?chǎng)合是在漆包線生產(chǎn)線上，存在著各種各樣的不確定因素和干擾，當(dāng)漆膜在3000V的電壓作用下被擊穿后會(huì)發(fā)放出電火花，這是一個(gè)很強(qiáng)的干擾而且存在于儀器的內(nèi)部，離線路板很近，同時(shí)線路板與其他部分又有很長(zhǎng)的連接線，所以?xún)x器內(nèi)部也存在著很強(qiáng)干擾，使用微處理器進(jìn)行控制時(shí)很容易出現(xiàn)死機(jī)和復(fù)位。事實(shí)上在測(cè)試此儀器時(shí)曾經(jīng)造成一臺(tái)相距1.5米遠(yuǎn)的正在運(yùn)行win2000的計(jì)算機(jī)死機(jī)。因此可靠性便是此儀器成敗的關(guān)鍵因素。 高壓的穩(wěn)定性，為了保證達(dá)到穩(wěn)態(tài)短路電流為25uA，高壓的輸出阻抗很高(一百多兆歐)高壓部分通常情況下的工作電流不過(guò)十幾個(gè)微安，這樣只要高壓部分有幾個(gè)微安漏電流就可以使

5、電壓下降幾百伏。而且如何不受天氣濕度的影響也是一個(gè)必須要考慮的問(wèn)題。 4系統(tǒng)設(shè)計(jì) 41 硬件設(shè)計(jì) 基本硬件設(shè)計(jì)：高壓采用集成高壓模塊，它輸入12V，輸出250V-3500V，控制電壓是0-5V。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，需要設(shè)置8個(gè)不同的電壓檔，使用8個(gè)不同的精密可調(diào)電阻預(yù)先設(shè)置到相應(yīng)的控制電壓，然后再由CPU控制八選1開(kāi)關(guān)CD4051選擇不同的控制電壓從而達(dá)到設(shè)定不同電壓目的。電壓調(diào)節(jié)如圖2所示 缺陷點(diǎn)的檢測(cè)：根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，不同的電壓檔位其漏電流的閾值也不一樣，首先使用一精密電阻將漏電流轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，然后采用前面的方法使用八選一開(kāi)關(guān)根據(jù)不同的檔位選擇事先通過(guò)精密電阻調(diào)好的閾值電壓，再通過(guò)一個(gè)比較器進(jìn)

6、行比較，當(dāng)發(fā)生缺陷時(shí)，輸出高電平控制定時(shí)器開(kāi)始計(jì)數(shù)，沒(méi)有發(fā)生缺陷時(shí)為低電平，定時(shí)器停止，時(shí)間常數(shù)復(fù)位。如圖3所示。 抗干擾措施：系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)是需要從設(shè)計(jì)一開(kāi)始就全面考慮的，首先使用專(zhuān)業(yè)電源，在交流進(jìn)線加高頻扼流圈，再使用線性穩(wěn)壓塊作二次穩(wěn)壓，而且使用雙電源進(jìn)行隔離。 圖2 圖3 因?yàn)橐€比較長(zhǎng)，所以所有的輸入輸出通道(包括鍵盤(pán)與顯示在內(nèi))都進(jìn)行光電隔離，最好使用LED顯示，因?yàn)槠潆娏鞔?，抗干擾能力較強(qiáng)。在電路設(shè)計(jì)上使用看門(mén)狗電路提供可靠的復(fù)位，每個(gè)IC的電源入口處都使用高頻濾波電容。高壓擊穿時(shí)的漏電流是PCB板上的主要干擾源，在布線時(shí)將它遠(yuǎn)離CPU，并且放在板的邊緣，使用大面積的地線，相互

7、隔離的電源走線不交叉，CPU等敏感器件使用屏蔽罩進(jìn)行保護(hù)等。 高壓處理：采用專(zhuān)用的高壓電源模塊其輸出電壓可以從250V到3500V，從電源模塊輸出的穩(wěn)定電壓通過(guò)一組繼電器后再接到高壓輪上，根據(jù)其短路電流25uA的要求，每個(gè)繼電器都接有一些電阻，根據(jù)不同的電壓檔位進(jìn)行切換。雖然電壓模塊的輸出比較穩(wěn)定，但是當(dāng)它通過(guò)繼電器的高值電阻之后，又加上工作電流很小，所以繼電器只要有一點(diǎn)的漏電都會(huì)造成很大的電壓降，導(dǎo)致在高壓輪與導(dǎo)線輪之間的電壓達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)。繼電器的觸點(diǎn)耐壓必須為1500V，線圈與觸點(diǎn)間的耐壓必須為3000V，我們選擇使用玻璃介質(zhì)的干簧繼電器，每?jī)蓚€(gè)為1組，串聯(lián)使用以增加觸點(diǎn)之間的耐壓值。高壓還

8、受天氣的影響，當(dāng)濕度高時(shí)，繼電器表面存在著很微小的漏電流，也造成高壓下降不穩(wěn)，因此必須采用很好的防潮措施，我們先將整個(gè)繼電器組件進(jìn)行了干燥防潮處理，然后再密封到一個(gè)盒子里面，盒內(nèi)放上干燥劑，同時(shí)將外面的接線部分都涂上漆，經(jīng)過(guò)處理之后，能夠保證高壓輸出基本上不受天氣變化的影響。同時(shí)注意在測(cè)量時(shí)必須使用高壓靜電表。 4.1 軟件設(shè)計(jì) 使用C51開(kāi)發(fā)，程序開(kāi)始之后首先進(jìn)行按鍵處理，按照所設(shè)定的功能控制外部設(shè)備，然后再進(jìn)行顯示處理。根據(jù)測(cè)試的要求，為了準(zhǔn)確地測(cè)量缺陷數(shù)，使用了定時(shí)器0的模式1，16位定時(shí)器，時(shí)間常數(shù)為5ms，通過(guò)門(mén)限信號(hào)GATE來(lái)控制定時(shí)器的開(kāi)啟，當(dāng)發(fā)生缺陷時(shí)GATE為高啟動(dòng)定時(shí)器，5

9、ms后定時(shí)器溢出引發(fā)定時(shí)器中斷，在定時(shí)器中斷例程中記一個(gè)缺陷點(diǎn)并將時(shí)間常數(shù)重新設(shè)定為5ms，再測(cè)試下一個(gè)缺陷點(diǎn)。沒(méi)有缺陷時(shí)GATE為低，定時(shí)器不工作。有關(guān)程序如下： TMOD = 0x29; /* 設(shè)置定時(shí)器工作模式,定時(shí)器0為16位定時(shí)器，門(mén)限信號(hào)起作用 */ TH0 = 0xee; /* 設(shè)定定時(shí)器0的時(shí)間常數(shù)為0xee00，在晶振11.0592M下為5ms */ TL0 = 0x00; EA=1; /* 全局中斷允許 */ ET0=1; /* 定時(shí)器0中斷允許 */ TR0=1; /* 開(kāi)定時(shí)器0 */ Timer0()interrupt 1 using 3 /* 定時(shí)器0中斷例程 */

10、 TR0=0; LeakCount+; /* 缺陷計(jì)數(shù) */ TH0 = 0xee; /* 重新設(shè)置時(shí)間常數(shù) */ TL0 = 0x00; TR0=1; 在實(shí)驗(yàn)室工作正常，但在工廠實(shí)地測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷計(jì)數(shù)不準(zhǔn)，表現(xiàn)為自動(dòng)地亂計(jì)數(shù)，經(jīng)分析是干擾造成的，當(dāng)出現(xiàn)一系列的高電平干擾時(shí)，因?yàn)橹鞒绦蜻€在處理其他的事情，不能及時(shí)地對(duì)時(shí)間器的時(shí)間常數(shù)進(jìn)行復(fù)位，這樣雖然每一個(gè)干擾的持續(xù)時(shí)間少于5ms，不能被算作一個(gè)缺陷點(diǎn)，但是其累加起來(lái)就很容易超過(guò)5ms，從而進(jìn)行了錯(cuò)誤的記數(shù)。要解決這個(gè)問(wèn)題，應(yīng)該能及時(shí)地對(duì)定時(shí)器進(jìn)行復(fù)位，濾去那些高電平的干擾，于是加上了對(duì)INT0的中斷處理，將定時(shí)器時(shí)間常數(shù)的復(fù)位在INT0的中斷

11、中進(jìn)行處理，這樣才能保證實(shí)時(shí)性。當(dāng)出現(xiàn)干擾序列時(shí)，高電平期間雖然能夠啟動(dòng)定時(shí)器工作，但一般來(lái)說(shuō)其持續(xù)時(shí)間少于5ms，一個(gè)干擾并不會(huì)錯(cuò)誤地記數(shù)，在接下來(lái)出現(xiàn)的低電平的下降沿時(shí)，馬上激發(fā)一個(gè)中斷(INT0)，在這個(gè)中斷中，將時(shí)間器復(fù)位，這樣就避免了累加造成的誤差，同時(shí)還能夠?yàn)V去擊穿時(shí)間小于5ms的針孔缺陷點(diǎn)。增加以下代碼： EX0=1;/* 允許外部中斷0 */ IT0=1;/* 下降沿觸發(fā) */ exint0() interrupt 0 using 3 /* 外部中斷0對(duì)定時(shí)器0的時(shí)間常數(shù)復(fù)位 */ TR0=0; TH0 = 0xee; TL0 = 0x00; TR0=1; 由此可見(jiàn)當(dāng)時(shí)CPU的

12、設(shè)計(jì)人員將定時(shí)器的此功能與INT0中斷聯(lián)系起來(lái)是有著重要作用的，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)該充分利用這一特性。 5總結(jié) 通過(guò)綜合考慮并解決了系統(tǒng)的測(cè)量方法，抗干擾與高壓的穩(wěn)定性問(wèn)題，該儀器運(yùn)行一年多來(lái)，性能穩(wěn)定可靠，對(duì)于保證漆包線產(chǎn)品質(zhì)量起到了重要的作用。 參考文獻(xiàn)： GB 4074.20 漆包線試驗(yàn)方法 漆膜連續(xù)性試驗(yàn) 機(jī)械部上海電纜研究所 Instrument of Lacquer Membrane Continueance Under High Voltage DongWenJun WangRenHuang Automation school of GuangDong University of Technology Abstract: The article discusses the demand and design about the important instrument of Lacquer Membrane Continueance Under High Voltage. It is the problems are discussed fully that is measure method, ant