ZC29B型接地電阻表的工作原理和調(diào)修

1、ZC29B型接地電阻表的工作原理和調(diào)修相旸（云南省計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院，云南 昆明 650228）摘要：接地電阻測(cè)量?jī)x是列入國(guó)家強(qiáng)制檢定目錄的一種工作用計(jì)量器具，相關(guān)檢定員每年都有大量的檢定任務(wù)。但由于這種儀器多在室外環(huán)境中使用，容易出現(xiàn)計(jì)量性能的下降和損壞。為了對(duì)這類儀表進(jìn)行有效的調(diào)修，作者提供了ZC29B-2型接地電阻表的電器線路圖，并簡(jiǎn)述了簡(jiǎn)化的接地電阻測(cè)量模型，對(duì)儀器的工作原理進(jìn)行了簡(jiǎn)單說(shuō)明，對(duì)圖中的相敏整流電路的工作原理進(jìn)行了分析。最后，提供了檢定工作時(shí)經(jīng)常遇到的故障的解決方法。為高效、優(yōu)質(zhì)地完成檢定工作提供了保障。關(guān)鍵詞：接地電阻測(cè)量?jī)x；相敏整流電路；ZC29B-2；工作原理；調(diào)修A

2、nalyzing the structure and studying the repairing of model ZC29Bearth resistance testerXiang Yang(Yunnan institute of metrology and testing technology, Yunnan Province, Kunming 650228)Abstract: The earth resistance tester is in the Menu of China Compulsive Verification, and the researcher who engage

3、d in this work has large of work to do to accomplish this task each year. As this tester is used in open-air, the decreasing of metrology capacity or damage may occur. For the purpose of finding the effective methods of solving this troubles, the author gives the circuit diagram of model ZC29B-2 ear

4、th resistance tester, depicts the simple model of it, and explains the mechanism that the tester how to work for short, then analyzes phase-sensitive AC-DC-CONVERTER circuit in the diagram. Last, provides several ways of solving this problems that usually happens in the calibration of earth resistan

5、ce tester, which ensuring the calibration of earth resistance tester in an effective and High-quality way.Keyword: Earth Resistance Tester; Phase-sensitive AC-DC-CONVERTER Circuit; ZC29B-2; Mechanism; Repairing1引言接地電阻測(cè)量?jī)x是列入國(guó)家強(qiáng)制檢定目錄的一種工作用計(jì)量器具，相關(guān)檢定員每年都有大量的檢定任務(wù)。但由于這種儀器多在室外環(huán)境中使用，容易出現(xiàn)計(jì)量性能的下降和損壞。雖然各生產(chǎn)廠家在出

6、廠儀表時(shí)，都隨表附帶了說(shuō)明書，對(duì)儀表的用途、性能、結(jié)構(gòu)、工作原理和使用方法都作了簡(jiǎn)要說(shuō)明，但對(duì)于計(jì)量檢定和調(diào)修的工作要求，說(shuō)明書的幫助有限。為了對(duì)這類儀表的結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行深入的分析，作者提供了ZC29B-2型接地電阻表的電器線路圖，并簡(jiǎn)述了簡(jiǎn)化的接地電阻測(cè)量模型，對(duì)儀器的工作原理進(jìn)行了簡(jiǎn)單說(shuō)明，對(duì)圖中的相敏整流電路的工作原理進(jìn)行了分析。最后，提供了檢定工作時(shí)經(jīng)常遇到的故障的解決方法。為高效、優(yōu)質(zhì)地完成檢定工作提供了保障。2ZC29B型接地電阻表的工作原理和調(diào)修2.1 ZC29B型接地電阻表的工作原理接地電阻測(cè)試儀又稱接地電阻表，ZC29B型接地電阻測(cè)試儀是目前使用量較大的一種，它由手搖發(fā)電

7、機(jī)、電流互感器、滑線電阻及檢流計(jì)等組成，全部機(jī)構(gòu)裝在塑料殼內(nèi)，外有皮殼便于攜帶。附件有輔助探棒、導(dǎo)線等，裝于附件袋內(nèi)。為便于說(shuō)明其工作原理，畫出ZC29B-2型接地電阻表的電器線路圖如下。 圖 1 ZC29B-2型接地電阻表的電器線路圖ZC29B型接地電阻表可測(cè)量理論接地電阻值，其測(cè)量方式可由如下的簡(jiǎn)化接地電阻測(cè)量模型解釋，假設(shè)圖1中“大地”的電阻率是常數(shù)，將以“E”、“P”和“C”三個(gè)端鈕相連接的接地棒為中心，地面下半徑為定長(zhǎng)的半球的體電阻計(jì)算出來(lái)，當(dāng)這三個(gè)半球的半徑達(dá)到一定距離后，這3個(gè)體電阻的阻值就基本不變了，稱這樣的電阻為流散電阻，設(shè)與“E”、“P”和“C”三個(gè)端鈕對(duì)應(yīng)的流散電阻的值分

8、別為RE、RP和RC。除去這三個(gè)流散電阻后，大地余下的部分對(duì)這個(gè)接地電阻表來(lái)說(shuō)，就可以看作電阻值忽略不計(jì)的導(dǎo)線。可知，“E”端鈕所測(cè)的電阻等于連接于 “E” 端鈕的接地線的電阻、接地體的電阻（這里為接地棒的電阻）和流散電阻三部分之和，一般情況下，流散電阻的值比前兩者都要大得多。這時(shí)“E”端鈕所測(cè)得的流散電阻即是理論接地電阻值。ZC29B型接地電阻表工作時(shí)，先由手搖發(fā)電機(jī)生成交流電勢(shì)差，由電勢(shì)差引起的交流電流I1通過(guò)由手搖發(fā)電機(jī)、RE、RC、R5和電流互感器一次側(cè)構(gòu)成的電流回路。同時(shí)電流互感器的二次側(cè)感應(yīng)出與一次側(cè)成固定比例的電流I2。I1通過(guò)RE時(shí)產(chǎn)生的電勢(shì)的相量值由P端采樣送到晶體管相敏整流

9、電路，I2通過(guò)滑線電阻時(shí)產(chǎn)生的電勢(shì)的相量值由滑線電阻的中心抽頭采樣送到晶體管相敏整流電路，當(dāng)這兩者的幅值或相位有差別，并且大于該相敏整流電路的分辨力時(shí)，檢流計(jì)就做出相應(yīng)的指示。調(diào)節(jié)滑線變阻器，使檢流計(jì)指零，如果知道滑線變阻器上有電流通過(guò)部分的電阻值Rx，根據(jù)電流互感器的電流比，可以計(jì)算出RE的值為。依據(jù)RE與RX的線性關(guān)系，在以滑線電阻器相連的均勻刻度盤上標(biāo)出相應(yīng)的數(shù)值，就可以讀出RE的值。相敏整流電路是ZC29B型接地電阻表電路中的關(guān)鍵部分，它與檢流計(jì)、滑線電阻器相配合，實(shí)現(xiàn)了用交流電對(duì)電阻值的測(cè)量。在圖1的中部，由S2到S4的部分構(gòu)成了相敏整流電路，它由一個(gè)獨(dú)立電源供電，制作在電路板上，水

10、平放置在儀表殼體內(nèi)部。電路板上除了該電路，還有電流互感器。該整流電路中將T1作為電子開(kāi)關(guān)，用于比較的兩個(gè)電勢(shì)相量的差值，當(dāng)滑線電阻器上測(cè)得的電勢(shì)相量值PRW1，和“P”端鈕所測(cè)得的電勢(shì)相量值PP之差作用在電阻R9上時(shí)，使得該電子開(kāi)關(guān)啟動(dòng)，并不斷向C1充電，檢流計(jì)指針就會(huì)向一個(gè)方向偏轉(zhuǎn)，而偏轉(zhuǎn)角度的大小和快慢指示出PRW1和PP的偏離程度，同時(shí)檢流計(jì)偏轉(zhuǎn)的方向也指示出PRW1和PP差值的正負(fù)，即若PRW1減去PP為正，檢流計(jì)指針左偏，則當(dāng)PRW1減去PP為負(fù)時(shí)，檢流計(jì)指針應(yīng)該右偏。為了使T1能夠正常工作，在儀表出廠前都需要在短路和開(kāi)路工作時(shí)對(duì)檢流計(jì)調(diào)零，即調(diào)節(jié)可調(diào)電阻Rw2，使得在搖動(dòng)手搖發(fā)電機(jī)

11、時(shí)，檢流計(jì)的指針不會(huì)離開(kāi)零點(diǎn)位置太遠(yuǎn)，僅在一個(gè)最小刻度的范圍內(nèi)偏轉(zhuǎn)，這時(shí)，相敏整流電路的工作狀態(tài)是，電源不斷通過(guò)整流電路對(duì)C1充電，不過(guò)，充電的方向剛好相反，即，當(dāng)正弦波的上半波形對(duì)電容C1的一側(cè)充正電荷，該正弦波的下半波形就對(duì)電容C1的另一側(cè)充正電荷，最終的結(jié)果是C1上沒(méi)有積累足夠的電量，因此，使檢流計(jì)只能在最小刻度內(nèi)有輕微的偏轉(zhuǎn)。當(dāng)PRW1減去PP的值作用在R9上時(shí)，就會(huì)打破這種平衡。因?yàn)椋琍RW1和PP是相位相近的同頻率正弦波，他們的差值也是同頻率正弦波，并且，由于向相敏整流電路供電的電源和向RE、電流互感器一次側(cè)、RC組成的電流回路供電的電源，都共用一個(gè)發(fā)電機(jī)磁芯，造成它們也是相位相近

12、的同頻率正弦波。如果此時(shí)獨(dú)立電源提供的是正弦波的上半波形，獨(dú)立電源將通過(guò)R6，RW2，R8，R9，R10，C1，D2組成的一條電流通路L1向圖中C1的上半部充正電荷，而緊接著的下半波形將通過(guò)R7，RW2，R8，R9，R11，C1，D1組成的另一條電流通路L2向圖中C1的下半部充正電荷，并且這兩條電流通路上R8，R9的電阻值很大，因此，充電的電流很小，對(duì)電容的充電比較慢，但如果作用在R9上的電壓足夠高，T1的射極就會(huì)導(dǎo)通，使得從T1的集電極到射極形成另一條電流通路LT1，它的阻值比R8或R9小很多，這時(shí)充電電流很大，對(duì)電容C1的充電比較快。如果PRW1減去PP的值為正，加到R9上的電壓受到影響，

13、正弦波上半部分就能打開(kāi)通路LT1，使得獨(dú)立電源通過(guò)R6，RW2，LT1，R10，C1，D2向圖中電容C1的上半部充正電荷，而正弦波的下半部分作用在整流電路上時(shí)，由于PRW1減去PP的差值此時(shí)為負(fù)，使得開(kāi)關(guān)T1截止，電流仍然只能通過(guò)通路L2向圖中C1的下半部充正電荷，這樣C1的上半部分所充得的電量大于下半部分所充得的電量，并不斷積累，使得電容產(chǎn)生足夠的電位差，并向檢流計(jì)供電，使檢流計(jì)偏轉(zhuǎn)較大的角度。相反，如果PRW1減去PP的值為負(fù)，加到R9上的電壓受其影響，正弦波的上半部分向電容充電時(shí)，開(kāi)關(guān)T1截止，電流仍然只能通過(guò)通路L1向圖中C1的上半部充正電荷，當(dāng)正弦波的下半部分對(duì)電容充電時(shí)，由于此時(shí)加

14、到R9上的電壓為正（PRW1減去PP的值是相量值），因此，電流通路LT1被打開(kāi)，電流將通過(guò)R7，RW2，LT1，R11，C1，D1向圖中C1的下半部充正電荷，經(jīng)過(guò)多個(gè)正弦周期，當(dāng)電容C1產(chǎn)生了足夠的電位差，向檢流計(jì)供電，使檢流計(jì)偏轉(zhuǎn)較大的角度，不過(guò)，由于這次是電容C1的另一面為電勢(shì)的高端，檢流計(jì)將偏向另一邊。2.2 ZC29B型接地電阻表的調(diào)修以上是ZC29B工作的基本原理，參考圖1，當(dāng)ZC29B-2型接地電阻表S1，S2，S3，S4四個(gè)聯(lián)動(dòng)開(kāi)關(guān)分別接通標(biāo)示著的位置時(shí)，接地電阻表的檔位為×10檔，當(dāng)接通中間位置時(shí)，檔位為×1檔，當(dāng)接通下一個(gè)位置時(shí)，檔位為×0.1檔

15、。根據(jù)廠家所給的說(shuō)明書，大部分ZC29B-2型接地阻表的元件參數(shù)如下：表一：ZC29B-2型接地電阻表元件參數(shù)表元件名稱元件參數(shù)值元件名稱元件參數(shù)值R14.04 （±0.2%）R121.1kR2396（±0.2%）R1310kR344.4（±0.2%）R1410kR4360（±0.2%）R151.1kR51kR165.1kR61.1kR1730kR71.1kRW1（滑線電阻）（0405）R8100kRW2（可調(diào)電阻）（0100）R930kC1（電解電容）100F （25V）R101.1kC2（金屬化聚酯膜電容）2F （160V）R111.1k電流互感器(

16、ZC29B-2型)K=1/4（I2/I1=K）從上表中可以看出，接地表對(duì)用于變換檔位的電阻R1、R2、R3、R4的精度要求較高，它們都采用了高精度的線繞電阻，達(dá)到了±0.2%的精度。由于接地電阻表的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，造成該類儀表經(jīng)常產(chǎn)生以下一些問(wèn)題，一、接好線，搖動(dòng)發(fā)電機(jī)后，檢流計(jì)指針不動(dòng)作。這時(shí)，可以檢查電阻R5，它可能因?yàn)樵诓僮鲿r(shí)，誤接入的強(qiáng)電流而燒毀，或檢查電流互感器一次側(cè)的接線是否斷開(kāi)，它們都可能造成通過(guò)電流互感器一次側(cè)的電流回路斷路，儀表沒(méi)有采樣到電壓相量送至相敏整流電路，因此檢流計(jì)指針不動(dòng)作。或者檢查T1管是否已壞，如果T1管壞了，就不能讓相敏整流電路正常工作，檢流計(jì)指針也不動(dòng)作

17、。二、接好線，搖動(dòng)發(fā)電機(jī)后，檢流計(jì)指針用力打向一邊。這時(shí)，可以檢查電流互感器二次測(cè)的接線處是否斷開(kāi)或者線圈中的繞線是否斷了。如果二次測(cè)的接線或繞線斷了，相敏整流電路不能從滑線電阻器RW1上取得電壓相量，總是從P端取得的電壓相量值較大，檢流計(jì)指針因此用力打向一邊。三、在檢定接地電阻表時(shí)，某個(gè)點(diǎn)的值突然變大，或者在這個(gè)點(diǎn)上，檢流計(jì)指針指示不穩(wěn)定。這說(shuō)明精密滑線電阻器RW1和它的金屬壓片壓合不緊，或者由于長(zhǎng)時(shí)間不用，該滑線電阻器表面某些地方已經(jīng)生銹或被細(xì)灰附著，使得接觸電阻變大。這時(shí)可用金相砂紙輕輕打磨掉其表面的銹跡或細(xì)灰，再輕涂一層可導(dǎo)電的防銹油（有專用的儀表用油），即可調(diào)好儀表。四、在檢定接地電阻表某個(gè)檔位時(shí)，該表的線性明顯變壞，可檢查與該檔位相關(guān)的精密電阻（R1，R2，R3或R4）阻值是否變化，某些接地表沒(méi)有使用線繞電阻，而是使用了炭膜電阻，這種電阻的阻值有可能在很長(zhǎng)時(shí)間以后發(fā)生變化，用相應(yīng)的精密電阻替換掉壞了的電阻，儀表即可恢復(fù)正常。如果精密電阻值正常，可替換電流互感器。五、按照J(rèn)JG366-2004接地電阻表的要求進(jìn)行檢定時(shí)，輔助接地電阻值要分別接至0、500、1k、2k和5k，當(dāng)輔助接電阻值變化時(shí)，如果儀表的誤差變化較大，超過(guò)了接電電阻表檢定規(guī)程的要求，這時(shí)可以對(duì)接地電阻表進(jìn)行檢流計(jì)的電器調(diào)零，