ZC29B型接地電阻表的工作原理和調修

1、ZC29B型接地電阻表的工作原理和調修相旸（云南省計量測試技術研究院，云南 昆明 650228）摘要：接地電阻測量儀是列入國家強制檢定目錄的一種工作用計量器具，相關檢定員每年都有大量的檢定任務。但由于這種儀器多在室外環(huán)境中使用，容易出現計量性能的下降和損壞。為了對這類儀表進行有效的調修，作者提供了ZC29B-2型接地電阻表的電器線路圖，并簡述了簡化的接地電阻測量模型，對儀器的工作原理進行了簡單說明，對圖中的相敏整流電路的工作原理進行了分析。最后，提供了檢定工作時經常遇到的故障的解決方法。為高效、優(yōu)質地完成檢定工作提供了保障。關鍵詞：接地電阻測量儀；相敏整流電路；ZC29B-2；工作原理；調修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引言接地電阻測量儀是列入國家強制檢定目錄的一種工作用計量器具，相關檢定員每年都有大量的檢定任務。但由于這種儀器多在室外環(huán)境中使用，容易出現計量性能的下降和損壞。雖然各生產廠家在出

6、廠儀表時，都隨表附帶了說明書，對儀表的用途、性能、結構、工作原理和使用方法都作了簡要說明，但對于計量檢定和調修的工作要求，說明書的幫助有限。為了對這類儀表的結構和工作原理進行深入的分析，作者提供了ZC29B-2型接地電阻表的電器線路圖，并簡述了簡化的接地電阻測量模型，對儀器的工作原理進行了簡單說明，對圖中的相敏整流電路的工作原理進行了分析。最后，提供了檢定工作時經常遇到的故障的解決方法。為高效、優(yōu)質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修2.1 ZC29B型接地電阻表的工作原理接地電阻測試儀又稱接地電阻表，ZC29B型接地電阻測試儀是目前使用量較大的一種，它由手搖發(fā)電

7、機、電流互感器、滑線電阻及檢流計等組成，全部機構裝在塑料殼內，外有皮殼便于攜帶。附件有輔助探棒、導線等，裝于附件袋內。為便于說明其工作原理，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型接地電阻表可測量理論接地電阻值，其測量方式可由如下的簡化接地電阻測量模型解釋，假設圖1中“大地”的電阻率是常數，將以“E”、“P”和“C”三個端鈕相連接的接地棒為中心，地面下半徑為定長的半球的體電阻計算出來，當這三個半球的半徑達到一定距離后，這3個體電阻的阻值就基本不變了，稱這樣的電阻為流散電阻，設與“E”、“P”和“C”三個端鈕對應的流散電阻的值分

8、別為RE、RP和RC。除去這三個流散電阻后，大地余下的部分對這個接地電阻表來說，就可以看作電阻值忽略不計的導線?？芍?，“E”端鈕所測的電阻等于連接于 “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“E”端鈕所測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，先由手搖發(fā)電機生成交流電勢差，由電勢差引起的交流電流I1通過由手搖發(fā)電機、RE、RC、R5和電流互感器一次側構成的電流回路。同時電流互感器的二次側感應出與一次側成固定比例的電流I2。I1通過RE時產生的電勢的相量值由P端采樣送到晶體管相敏整流

9、電路，I2通過滑線電阻時產生的電勢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，檢流計就做出相應的指示。調節(jié)滑線變阻器，使檢流計指零，如果知道滑線變阻器上有電流通過部分的電阻值Rx，根據電流互感器的電流比，可以計算出RE的值為。依據RE與RX的線性關系，在以滑線電阻器相連的均勻刻度盤上標出相應的數值，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鍵部分，它與檢流計、滑線電阻器相配合，實現了用交流電對電阻值的測量。在圖1的中部，由S2到S4的部分構成了相敏整流電路，它由一個獨立電源供電，制作在電路板上，水

10、平放置在儀表殼體內部。電路板上除了該電路，還有電流互感器。該整流電路中將T1作為電子開關，用于比較的兩個電勢相量的差值，當滑線電阻器上測得的電勢相量值PRW1，和“P”端鈕所測得的電勢相量值PP之差作用在電阻R9上時，使得該電子開關啟動，并不斷向C1充電，檢流計指針就會向一個方向偏轉，而偏轉角度的大小和快慢指示出PRW1和PP的偏離程度，同時檢流計偏轉的方向也指示出PRW1和PP差值的正負，即若PRW1減去PP為正，檢流計指針左偏，則當PRW1減去PP為負時，檢流計指針應該右偏。為了使T1能夠正常工作，在儀表出廠前都需要在短路和開路工作時對檢流計調零，即調節(jié)可調電阻Rw2，使得在搖動手搖發(fā)電機

11、時，檢流計的指針不會離開零點位置太遠，僅在一個最小刻度的范圍內偏轉，這時，相敏整流電路的工作狀態(tài)是，電源不斷通過整流電路對C1充電，不過，充電的方向剛好相反，即，當正弦波的上半波形對電容C1的一側充正電荷，該正弦波的下半波形就對電容C1的另一側充正電荷，最終的結果是C1上沒有積累足夠的電量，因此，使檢流計只能在最小刻度內有輕微的偏轉。當PRW1減去PP的值作用在R9上時，就會打破這種平衡。因為，PRW1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、RC組成的電流回路供電的電源，都共用一個發(fā)電機磁芯，造成它們也是相位相近

12、的同頻率正弦波。如果此時獨立電源提供的是正弦波的上半波形，獨立電源將通過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的射極就會導通，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，這時充電電流很大，對電容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通路LT1，使得獨立電源通過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，由于PRW1減去PP的差值此時為負，使得開關T1截止，電流仍然只能通過通路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，使得電容產生足夠的電位差，并向檢流計供電，使檢流計偏轉較大的角度。相反，如果PRW1減去PP的值為負，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，開關T1截止，電流仍然只能通過通路L1向圖中C1的上半部充正電荷，當正弦波的下半部分對電容充電時，由于此時加

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，電流將通過R7，RW2，LT1，R11，C1，D1向圖中C1的下半部充正電荷，經過多個正弦周期，當電容C1產生了足夠的電位差，向檢流計供電，使檢流計偏轉較大的角度，不過，由于這次是電容C1的另一面為電勢的高端，檢流計將偏向另一邊。2.2 ZC29B型接地電阻表的調修以上是ZC29B工作的基本原理，參考圖1，當ZC29B-2型接地電阻表S1，S2，S3，S4四個聯動開關分別接通標示著的位置時，接地電阻表的檔位為×10檔，當接通中間位置時，檔位為×1檔，當接通下一個位置時，檔位為×0.1檔

15、。根據廠家所給的說明書，大部分ZC29B-2型接地阻表的元件參數如下：表一：ZC29B-2型接地電阻表元件參數表元件名稱元件參數值元件名稱元件參數值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，達到了±0.2%的精度。由于接地電阻表的結構特點，造成該類儀表經常產生以下一些問題，一、接好線，搖動發(fā)電機后，檢流計指針不動作。這時，可以檢查電阻R5，它可能因為在操作時，誤接入的強電流而燒毀，或檢查電流互感器一次側的接線是否斷開，它們都可能造成通過電流互感器一次側的電流回路斷路，儀表沒有采樣到電壓相量送至相敏整流電路，因此檢流計指針不動作。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，檢流計指針也不動作

17、。二、接好線，搖動發(fā)電機后，檢流計指針用力打向一邊。這時，可以檢查電流互感器二次測的接線處是否斷開或者線圈中的繞線是否斷了。如果二次測的接線或繞線斷了，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，檢流計指針因此用力打向一邊。三、在檢定接地電阻表時，某個點的值突然變大，或者在這個點上，檢流計指針指示不穩(wěn)定。這說明精密滑線電阻器RW1和它的金屬壓片壓合不緊，或者由于長時間不用，該滑線電阻器表面某些地方已經生銹或被細灰附著，使得接觸電阻變大。這時可用金相砂紙輕輕打磨掉其表面的銹跡或細灰，再輕涂一層可導電的防銹油（有專用的儀表用油），即可調好儀表。四、在檢定接地電阻表某個檔位時，該表的線性明顯變壞，可檢查與該檔位相關的精密電阻（R1，R2，R3或R4）阻值是否變化，某些接地表沒有使用線繞電阻，而是使用了炭膜電阻，這種電阻的阻值有可能在很長時間以后發(fā)生變化，用相應的精密電阻替換掉壞了的電阻，儀表即可恢復正常。如果精密電阻值正常，可替換電流互感器。五、按照JJG366-2004接地電阻表的要求進行檢定時，輔助接地電阻值要分別接至0、500、1k、2k和5k，當輔助接電阻值變化時，如果儀表的誤差變化較大，超過了接電電阻表檢定規(guī)程的要求，這時可以對接地電阻表進行檢流計的電器調零，