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广州番禺职业技术学院软件学院
摘要：本文介绍了漆包线生产过程中重要的检测设备——高压漆膜连续性测试仪的系统要求与设计，并根据国家标准的有关规定着重讨论了该仪器的测量方法、抗干扰与高压稳定性问题。
关键词：漆包线 仪器 抗干扰
1．前言
漆包线是很多机电产品的原材料，其质量的好坏直接关系到众多机电产品的安全性和可靠性。因此漆包线的生产执行严格的质量监测，其中漆膜的绝缘性是众多检测项目中最重要的一项，因为它直接关系到电子产品的安全问题。对此国家制定了强制执行的国家标准，本测试仪就是针对这一需求设计的，它能对生产出来的漆包线进行漆膜耐压测试，出现问题及时报警，及时处理，保证产品质量的稳定。
2．系统简介
本仪器CPU使用Atmel公司的51系列89C51，按照国家制定的标准，漆膜上应该加八种不同的电压进行测试，当漏电流达到一定的阈值以后，漆膜认为被击穿，在线速18米/分钟的情况下，击穿的持续时间每超过5ms被记为一个缺陷点。此仪器的主要功能就记下缺陷点的个数。有关国标的规定见下表：(表1)
检测范围：Φ0.05mm以上，Φ1.6mm及以下的漆包圆线
试样电压（误差±5%）和相对应的缺陷检测电路的缺陷电流值(±10%):
试验电压(V) 350 500 750 1000 1500 2000 2500 3000
电流阀值(μA) 5 6 7 8 10 12 14 16
任一试验电压下，稳态短路电流(μA)：25±5
当试样裸露时，缺陷计数频率(次/min)：500±50
任何试验电压因50MΩ缺陷电阻引起的电压降<75%
仪器还要有检查裸线(没有上漆的铜线)功能，当发现为裸线时，缺陷计数为每分钟500次。
仪器的面板示意图如图1所示：
图1
导线轮1与导轮2是等电位的，它们与高压轮之间加有测试电压，其最高电压可达3000伏。当设定好电压之后，漆包线就从这四个导轮上通过进行检测。
3．问题分析
本系统的设计主要需要解决三个问题：
① 根据国家标准的要求进行漆膜的连续性测试，能够滤去干扰脉冲与针孔缺陷点。
② 抗干扰问题，因为工作场合是在漆包线生产线上，存在着各种各样的不确定因素和干扰，当漆膜在3000V的电压作用下被击穿后会发放出电火花，这是一个很强的干扰而且存在于仪器的内部，离线路板很近，同时线路板与其他部分又有很长的连接线，所以仪器内部也存在着很强干扰，使用微处理器进行控制时很容易出现死机和复位。事实上在测试此仪器时曾经造成一台相距1.5米远的正在运行win2000的计算机死机。因此可靠性便是此仪器成败的关键因素。
③ 高压的稳定性，为了保证达到稳态短路电流为25uA，高压的输出阻抗很高(一百多兆欧)高压部分通常情况下的工作电流不过十几个微安，这样只要高压部分有几个微安漏电流就可以使电压下降几百伏。而且如何不受天气湿度的影响也是一个必须要考虑的问题。
4．系统设计
4．1 硬件设计
基本硬件设计：高压采用集成高压模块，它输入12V，输出250V-3500V，控制电压是0-5V。根据标准的要求，需要设置8个不同的电压档，使用8个不同的精密可调电阻预先设置到相应的控制电压，然后再由CPU控制八选1开关CD4051选择不同的控制电压从而达到设定不同电压目的。电压调节如图2所示
缺陷点的检测：根据国家标准，不同的电压档位其漏电流的阈值也不一样，首先使用一精密电阻将漏电流转换成电压信号，然后采用前面的方法使用八选一开关根据不同的档位选择事先通过精密电阻调好的阈值电压，再通过一个比较器进行比较，当发生缺陷时，输出高电平控制定时器开始计数，没有发生缺陷时为低电平，定时器停止，时间常数复位。如图3所示。
抗干扰措施：系统的抗干扰设计是需要从设计一开始就全面考虑的，首先使用专业电源，在交流进线加高频扼流圈，再使用线性稳压块作二次稳压，而且使用双电源进行隔离。
图2
图3
因为引线比较长，所以所有的输入输出通道(包括键盘与显示在内)都进行光电隔离，最好使用LED显示，因为其电流大，抗干扰能力较强。在电路设计上使用看门狗电路提供可靠的复位，每个IC的电源入口处都使用高频滤波电容。高压击穿时的漏电流是PCB板上的主要干扰源，在布线时将它远离CPU，并且放在板的边缘，使用大面积的地线，相互隔离的电源走线不交叉，CPU等敏感器件使用屏蔽罩进行保护等。
高压处理：采用专用的高压电源模块其输出电压可以从250V到3500V，从电源模块输出的稳定电压通过一组继电器后再接到高压轮上，根据其短路电流25uA的要求，每个继电器都接有一些电阻，根据不同的电压档位进行切换。虽然电压模块的输出比较稳定，但是当它通过继电器的高值电阻之后，又加上工作电流很小，所以继电器只要有一点的漏电都会造成很大的电压降，导致在高压轮与导线轮之间的电压达不到标准。继电器的触点耐压必须为1500V，线圈与触点间的耐压必须为3000V，我们选择使用玻璃介质的干簧继电器，每两个为1组，串联使用以增加触点之间的耐压值。高压还受天气的影响，当湿度高时，继电器表面存在着很微小的漏电流，也造成高压下降不稳，因此必须采用很好的防潮措施，我们先将整个继电器组件进行了干燥防潮处理，然后再密封到一个盒子里面，盒内放上干燥剂，同时将外面的接线部分都涂上漆，经过处理之后，能够保证高压输出基本上不受天气变化的影响。同时注意在测量时必须使用高压静电表。
4.1 软件设计
使用C51开发，程序开始之后首先进行按键处理，按照所设定的功能控制外部设备，然后再进行显示处理。根据测试的要求，为了准确地测量缺陷数，使用了定时器0的模式1，16位定时器，时间常数为5ms，通过门限信号GATE来控制定时器的开启，当发生缺陷时GATE为高启动定时器，5ms后定时器溢出引发定时器中断，在定时器中断例程中记一个缺陷点并将时间常数重新设定为5ms，再测试下一个缺陷点。没有缺陷时GATE为低，定时器不工作。有关程序如下：
TMOD = 0x29; /* 设置定时器工作模式,定时器0为16位定时器，门限信号起作用 */
TH0 = 0xee; /* 设定定时器0的时间常数为0xee00，在晶振11.0592M下为5ms */
TL0 = 0x00;
EA=1; /* 全局中断允许 */
ET0=1; /* 定时器0中断允许 */
TR0=1; /* 开定时器0 */
Timer0()interrupt 1 using 3 /* 定时器0中断例程 */
{
TR0=0;
LeakCount++; /* 缺陷计数 */
TH0 = 0xee; /* 重新设置时间常数 */
TL0 = 0x00;
TR0=1;
}
在实验室工作正常，但在工厂实地测试时发现缺陷计数不准，表现为自动地乱计数，经分析是干扰造成的，当出现一系列的高电平干扰时，因为主程序还在处理其他的事情，不能及时地对时间器的时间常数进行复位，这样虽然每一个干扰的持续时间少于5ms，不能被算作一个缺陷点，但是其累加起来就很容易超过5ms，从而进行了错误的记数。要解决这个问题，应该能及时地对定时器进行复位，滤去那些高电平的干扰，于是加上了对INT0的中断处理，将定时器时间常数的复位在INT0的中断中进行处理，这样才能保证实时性。当出现干扰序列时，高电平期间虽然能够启动定时器工作，但一般来说其持续时间少于5ms，一个干扰并不会错误地记数，在接下来出现的低电平的下降沿时，马上激发一个中断(INT0)，在这个中断中，将时间器复位，这样就避免了累加造成的误差，同时还能够滤去击穿时间小于5ms的针孔缺陷点。增加以下代码：
EX0=1;/* 允许外部中断0 */
IT0=1;/* 下降沿触发 */
exint0() interrupt 0 using 3 /* 外部中断0对定时器0的时间常数复位 */
{
TR0=0;
TH0 = 0xee;
TL0 = 0x00;
TR0=1;
}
由此可见当时CPU的设计人员将定时器的此功能与INT0中断联系起来是有着重要作用的，在设计系统时应该充分利用这一特性。
5．总结
通过综合考虑并解决了系统的测量方法，抗干扰与高压的稳定性问题，该仪器运行一年多来，性能稳定可靠，对于保证漆包线产品质量起到了重要的作用。
参考文献：
《GB 4074.20 漆包线试验方法 漆膜连续性试验》 机械部上海电缆研究所
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, anti-interference and stability of high voltage according to the corresponding standard.
Keywords: enamel-insulated wire instrument anti-interference
作者简介：董文军 36岁，男硕士 研究方向：嵌入式及计算机测控
籍贯：湖南，单位：广州番禺职业技术学院软件学院
全科论文中心http://www.issncn.net
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