CN208172103U - 一种接地电阻测量仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种接地电阻测量仪，包括传感器和与其相连的接地电阻测量仪本体；接地电阻测量仪本体包括壳体和安装在壳体内的电路板；电路板包括信号处理模块和显示报警模块；信号处理模块包括激励电压发生及功率放大电路和带有A/D转换的MCU；激励电压发生及功率放大电路与传感器的信号输入端相连，传感器的信号输出端与差分放大电路相连，差分放大电路通过八阶通滤波电路、交直流转换电路和阻抗匹配低通滤波电路连接到MCU上，MCU上交互连接有485光耦隔离通讯电路和显示报警模块，MCU通过多路开关选择电路连接到差分放大电路，壳体上设有显示器、指示灯和报警器；显示报警模块与显示器、指示灯和报警器相连。能够在不断电的情况下检测接地回路电阻。

Description

一种接地电阻测量仪

技术领域

本实用新型涉及电力行业，尤其涉及一种接地电阻测量仪。

背景技术

随着电力行业的发展，对于用电安全的要求也越来越高。电气设备的质量是把好用电安全的第一关，而电气设备的维护工作更是长期有效做好用电安全工作中的重中之重。维护好电气设备能有效地防患于未然，有效地杜绝因设备故障或线路问题而造成的事故，不仅为国家减少用电损失，更关乎运行人员及周边人员的人身安全。在电气维护工作中，接地系统的维护十分重要。为了确保接地系统正常工作，接地电阻测量是校核接地装置是否达到规程要求的必要手段。规定要周期性测量接地装置的接地电阻。能有效的控制因接地电阻不良造成事故。测量结果应该经过细致备案比对和分析，对于测量值偏大的接地装置，应及时分析原因并采取相应措施，以降低其接地电阻值。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题在于提供一种接地电阻测量仪，能够在不断电的情况下检测接地回路电阻，节省了很多人力物力，具有较大的实用价值。

本实用新型是通过以下技术方案来实现：

一种接地电阻测量仪，包括传感器和与传感器相连的接地电阻测量仪本体；接地电阻测量仪本体包括壳体和安装在壳体内的电路板；所述的电路板包括信号处理模块和显示报警模块；所述的信号处理模块包括激励电压发生及功率放大电路、差分放大电路、八阶通滤波电路、交直流转换电路、阻抗匹配低通滤波电路、485光耦隔离通讯电路、显示报警模块、多路开关选择电路和带有A/D转换的MCU；所述的激励电压发生及功率放大电路与传感器的信号输入端相连，传感器的信号输出端与差分放大电路相连，差分放大电路通过八阶通滤波电路、交直流转换电路和阻抗匹配低通滤波电路连接到MCU上，MCU上交互连接有485光耦隔离通讯电路和显示报警模块，MCU通过多路开关选择电路连接到差分放大电路，壳体上设置有显示器、指示灯和报警器；所述的显示报警模块与显示器、指示灯和报警器相连。

所述的传感器由电压钳口与电流钳口组成，电压钳口为信号处理模块中的激励电压发生电路产生的正弦信号输入端口，电流钳口为感应信号的输出端口。

所述的电压钳口和电流钳口均使用0.2mm的铜丝绕制于半圆开口磁环78*52*20MM的半环锰锌铁氧体磁芯上，初级为100匝，次级为200匝。

所述的传感器的电压钳口和电流钳口中间安装有被测回路。

所述的MCU上连接有调零电路。

所述的激励电压发生及功率放大电路包括三个运算放大器；第一运算放大器的正极输入端分三路，一路经电容C2接地，一路经电阻R2接地，一路经串联的电容C1和电阻R1后连接到第一运算放大器的输出端，电阻R3一端接地，另一端分两路，一路直接与第一运算放大器的负极输入端相连，一路与滑动变阻器R4的一端相连，滑动变阻器R4的另一端经电阻R5连接到第一运算放大器的输出端上，电阻R5上并联有二极管D1和二极管D2，第一运算放大器的输出端经电阻R8连接到第二运算放大器的负极输入端，第二运算放大器的正极输入端经电阻R6接地，电容C4一端连接到第一运算放大器的输出端与电阻R8之间，另一端接地，电阻R7一端连接到第二运算放大器的负极输入端，另一端连接到第二运算放大器的输出端，第二运算放大器的输出端经电阻R10后连接到第三运算放大器的正极输入端，第三运算放大器的正极输入端经电容C3接地，第三运算放大器的负极输入端经电阻R9后连接到JI上，第三运算放大器的输出端接入J1。

所述的差分放大电路包括第一运算放大器和第二运算放大器；所述的JI的一端通过电阻R1连接到第一运算放大器的负极输入端，JI的另一端通过电阻R2连接到第一运算放大器的正极输入端，电阻R5一端连接到JI的一端，另一端连接到JI的另一端，二极管D1和D2并联后，一端连接到第一运算放大器的负极输入端，一端接地，二极管D3、二极管D4和电阻R3并联后，一端接第一运算放大器的正极输入端，另一端接地，第一运算放大器的输出端经电阻R6后连接到第二运算放大器的正极输入端，第二运算放大器的负极输入端经二极管D6连接到-5负电源，第二运算放大器的负极输入端还接地。

所述的八阶通滤波电路包括四个运算放大器，第一运算放大器的正极输入端接地，电阻R3一端经电容C1后连接到第一运算放大器的负极输入端，电容C2一端连接到电容C1前端，另一端连接到第一运算放大器的输出端，电阻R1一端连接到第一运算放大器的负极输入端，电阻R1另一端连接到第一运算放大器的输出端，电阻R2一端接地，一端连接到电容C1前端，第一运算放大器的输出端经电阻R6和电容C3连接到第二运算放大器的负极输入端，第二运算放大器的正极输入端接地，电阻R5一端接到电容C3前端，一端接地，电容C4一端接到电容C3前端，一端接到第二运算放大器的输出端，电阻R4一端接入第二运算放大器的负极输入端，一端接入第二运算放大器的输出端，第二运算放大器的输出端经电阻R12和电容C11连接到第三运算放大器的负极输入端，第三运算放大器的正极输入端接地，电阻R11一端接到电容C11前端，一端接地，电容C12一端接到电容C11前端，一端接到第三运算放大器的输出端，电阻R10一端接入第三运算放大器的负极输入端，一端接入第三运算放大器的输出端，第三运算放大器的输出端经电阻R9和电容C9连接到第四运算放大器的负极输入端，第四运算放大器的正极输入端接地，电阻R8一端接到电容C9前端，一端接地，电容C10一端接到电容C9前端，一端接到第四运算放大器的输出端，电阻R7一端接入第四运算放大器的负极输入端，一端接入第四运算放大器的输出端。

所述的阻抗匹配低通滤波电路包括运算放大器；电阻R2一端接到运算放大器的负极输入端，电阻R1一端接入运算放大器的正极输入端，一端接地，电阻R3一端接到运算放大器的负极输入端，一端接入运算放大器的输出端，运算放大器的输出端接电阻C1。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型提供的接地电阻测量仪，利用传感器采集的电流值进行转换转换成电阻值，然后进行分析以及显示。系统传感器测量精度高，抗干扰能力强，操作简单易于携带，数字处理能力强大，能够在不断电的情况下检测接地回路电阻，避免了传统方法中需要耗费大量工程铺设辅助地极、需要断开接地体与电气设备连接等缺点，既适应现在需要不断电的电力系统工作的要求，又节省了很多人力物力，具有较大的实用价值。

附图说明

图1为本实用新型提供的接地电阻测量仪的结构示意图；

图2为本实用新型提供的接地电阻测量仪的信号处理模块的结构示意框图；

图3为本实用新型提供的接地电阻测量仪的信号处理模块的又一结构示意框图；

图4为本实用新型提供的信号处理模块中的激励电压发生及功率放大电路的结构示意图；

图5为本实用新型提供的信号处理模块中的差分放大电路的结构示意图；

图6为本实用新型提供的信号处理模块中的JI和J2相连接的结构电路示意图；

图7为本实用新型提供的信号处理模块中的八阶通滤波电路的结构示意图；

图8为本实用新型提供的信号处理模块中的交直流转换电路的结构示意图；

图9为本实用新型提供的信号处理模块中的阻抗匹配低通滤波电路的结构示意图；

图10为本实用新型提供的信号处理模块中的485光耦隔离通讯电路的结构示意图；

图11为本实用新型提供的信号处理模块中的多路开关选择电路结构示意图；

图12为本实用新型提供的信号处理模块中的带有A/D转换的MCU结构示意图；

图13为本实用新型提供的信号处理模块中的3.3V电源结构示意图；

图14为本实用新型提供的信号处理模块中的-5V电源结构示意图；

图15为本实用新型提供的信号处理模块中的5V电源结构示意图；

图16为本实用新型提供的接地电阻测量仪的原理图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。

参见图1至图16，一种接地电阻测量仪，包括传感器和与传感器相连的接地电阻测量仪本体；接地电阻测量仪本体包括壳体和安装在壳体内的电路板；所述的电路板包括信号处理模块和显示报警模块；所述的信号处理模块包括激励电压发生及功率放大电路、差分放大电路、八阶通滤波电路、交直流转换电路、阻抗匹配低通滤波电路、485光耦隔离通讯电路、显示报警模块、多路开关选择电路和带有A/D转换的MCU；所述的激励电压发生及功率放大电路与传感器的信号输入端相连，传感器的信号输出端与差分放大电路相连，差分放大电路通过八阶通滤波电路、交直流转换电路和阻抗匹配低通滤波电路连接到MCU上，MCU上交互连接有485光耦隔离通讯电路和显示报警模块，MCU通过多路开关选择电路连接到差分放大电路，壳体上设置有显示器、指示灯和报警器；所述的显示报警模块与显示器、指示灯和报警器相连。

所述的传感器由电压钳口与电流钳口组成，电压钳口为信号处理模块中的激励电压发生电路产生的正弦信号输入端口，电流钳口为感应信号的输出端口。

所述的电压钳口和电流钳口均使用0.2mm的铜丝绕制于半圆开口磁环78*52*20MM的半环锰锌铁氧体磁芯上，初级为100匝，次级为200匝。

所述的传感器的电压钳口和电流钳口中间安装有被测回路。

所述的MCU上连接有调零电路。

所述的激励电压发生及功率放大电路包括三个运算放大器；第一运算放大器的正极输入端分三路，一路经电容C2接地，一路经电阻R2接地，一路经串联的电容C1和电阻R1后连接到第一运算放大器的输出端，电阻R3一端接地，另一端分两路，一路直接与第一运算放大器的负极输入端相连，一路与滑动变阻器R4的一端相连，滑动变阻器R4的另一端经电阻R5连接到第一运算放大器的输出端上，电阻R5上并联有二极管D1和二极管D2，第一运算放大器的输出端经电阻R8连接到第二运算放大器的负极输入端，第二运算放大器的正极输入端经电阻R6接地，电容C4一端连接到第一运算放大器的输出端与电阻R8之间，另一端接地，电阻R7一端连接到第二运算放大器的负极输入端，另一端连接到第二运算放大器的输出端，第二运算放大器的输出端经电阻R10后连接到第三运算放大器的正极输入端，第三运算放大器的正极输入端经电容C3接地，第三运算放大器的负极输入端经电阻R9后连接到JI上，第三运算放大器的输出端接入J1。

所述的差分放大电路包括第一运算放大器和第二运算放大器；所述的JI的一端通过电阻R1连接到第一运算放大器的负极输入端，JI的另一端通过电阻R2连接到第一运算放大器的正极输入端，电阻R5一端连接到JI的一端，另一端连接到JI的另一端，二极管D1和D2并联后，一端连接到第一运算放大器的负极输入端，一端接地，二极管D3、二极管D4和电阻R3并联后，一端接第一运算放大器的正极输入端，另一端接地，第一运算放大器的输出端经电阻R6后连接到第二运算放大器的正极输入端，第二运算放大器的负极输入端经二极管D6连接到-5负电源，第二运算放大器的负极输入端还接地。

所述的八阶通滤波电路包括四个运算放大器，第一运算放大器的正极输入端接地，电阻R3一端经电容C1后连接到第一运算放大器的负极输入端，电容C2一端连接到电容C1前端，另一端连接到第一运算放大器的输出端，电阻R1一端连接到第一运算放大器的负极输入端，电阻R1另一端连接到第一运算放大器的输出端，电阻R2一端接地，一端连接到电容C1前端，第一运算放大器的输出端经电阻R6和电容C3连接到第二运算放大器的负极输入端，第二运算放大器的正极输入端接地，电阻R5一端接到电容C3前端，一端接地，电容C4一端接到电容C3前端，一端接到第二运算放大器的输出端，电阻R4一端接入第二运算放大器的负极输入端，一端接入第二运算放大器的输出端，第二运算放大器的输出端经电阻R12和电容C11连接到第三运算放大器的负极输入端，第三运算放大器的正极输入端接地，电阻R11一端接到电容C11前端，一端接地，电容C12一端接到电容C11前端，一端接到第三运算放大器的输出端，电阻R10一端接入第三运算放大器的负极输入端，一端接入第三运算放大器的输出端，第三运算放大器的输出端经电阻R9和电容C9连接到第四运算放大器的负极输入端，第四运算放大器的正极输入端接地，电阻R8一端接到电容C9前端，一端接地，电容C10一端接到电容C9前端，一端接到第四运算放大器的输出端，电阻R7一端接入第四运算放大器的负极输入端，一端接入第四运算放大器的输出端。

所述的阻抗匹配低通滤波电路包括运算放大器；电阻R2一端接到运算放大器的负极输入端，电阻R1一端接入运算放大器的正极输入端，一端接地，电阻R3一端接到运算放大器的负极输入端，一端接入运算放大器的输出端，运算放大器的输出端接电阻C1。

进一步地，传感器感应的感应信号输出到信号处理模块，信号处理模块再将正弦信号输入给传感器感应，信号处理模块通过485传输送给显示报警模块。

具体的，传感器设计：

(1)传感器结构

传感器由电压钳口与电流钳口组成，电压钳口为信号处理模块中激励电压发生器电路产生的正弦信号输入端口，电流钳口为感应信号的输出端口。

传感器的两个钳口是使用0.2mm的铜丝绕制于半圆开口磁环78*52*20MM的半环锰锌铁氧体磁芯上，初级为100匝，次级为200匝。

参见图8，传感器原理：

电压线圈激励信号E，在被测回路上感应出电势e。在电势e的作用下，被测回路中产生感应电流i。

通过测量得到电压钳口发射线圈的交流电压为E，再根据变压器原理计算得到被测回路感应到的电势e。

当被测回路的交流电流为i，通过钳口的电流线圈产生一个感应电流I。I同样通过测量得到。

因此可以的到R＝e/i＝E/(n1*n2*I)。

具体的，参见图4-16，首先MCU控制激励电压发生电路产生所需要的频率为2.273Hz、电压为3.7V的正弦信号，将此正弦信号输入电压钳口，电压钳口通过中间地线与电流钳口上产生感应信号，将电流钳口产生的感应信号输入到功率放大电路，使其信号放大，然后再将信号依次输入到差分放大电路、八阶通滤波电路、交直流转换电路和阻抗匹配低通滤波电路中进行相应处理，然后将处理后的信号送回MCU中进行处理，便可得到中间所夹地线的阻值。

需要说明的是，所述的差分放大电路为ICL7650差分放大和AD620可变倍数放大电路；所述的A/D转换的MCU为c8051f413数字控制电路；需要说明的是，上述电路的电路图已经在说明书附图中展示出来，对于本领域技术人员来说，最需要的是电路图，其看着电路图就知道每个对应电路的功能和作用，从而解决本专利要解决的技术问题。就算是普通的技术工，看着电路图也可以焊接处相应的电路板，而文字描述仅仅是将电路图中连接关系重复的叙述出来。

本实用新型提供的接地电阻测量仪，利用传感器采集的电流值进行转换转换成电阻值，然后进行分析以及显示。系统传感器测量精度高，抗干扰能力强，操作简单易于携带，数字处理能力强大，能够在不断电的情况下检测接地回路电阻，避免了传统方法中需要耗费大量工程铺设辅助地极、需要断开接地体与电气设备连接等缺点，既适应现在需要不断电的电力系统工作的要求，又节省了很多人力物力，具有较大的实用价值。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种接地电阻测量仪，其特征在于，包括传感器和与传感器相连的接地电阻测量仪本体；接地电阻测量仪本体包括壳体和安装在壳体内的电路板；所述的电路板包括信号处理模块和显示报警模块；所述的信号处理模块包括激励电压发生及功率放大电路、差分放大电路、八阶通滤波电路、交直流转换电路、阻抗匹配低通滤波电路、485光耦隔离通讯电路、显示报警模块、多路开关选择电路和带有A/D转换的MCU；所述的激励电压发生及功率放大电路与传感器的信号输入端相连，传感器的信号输出端与差分放大电路相连，差分放大电路通过八阶通滤波电路、交直流转换电路和阻抗匹配低通滤波电路连接到MCU上，MCU上交互连接有485光耦隔离通讯电路和显示报警模块，MCU通过多路开关选择电路连接到差分放大电路，壳体上设置有显示器、指示灯和报警器；所述的显示报警模块与显示器、指示灯和报警器相连。

2.根据权利要求1所述的接地电阻测量仪，其特征在于，所述的传感器由电压钳口与电流钳口组成，电压钳口为信号处理模块中的激励电压发生电路产生的正弦信号输入端口，电流钳口为感应信号的输出端口。

3.根据权利要求2所述的接地电阻测量仪，其特征在于，所述的电压钳口和电流钳口均使用0.2mm的铜丝绕制于半圆开口磁环78*52*20MM的半环锰锌铁氧体磁芯上，初级为100匝，次级为200匝。

4.根据权利要求2所述的接地电阻测量仪，其特征在于，所述的传感器的电压钳口和电流钳口中间安装有被测回路。

5.根据权利要求1所述的接地电阻测量仪，其特征在于，所述的MCU上连接有调零电路。

6.根据权利要求1所述的接地电阻测量仪，其特征在于，所述的激励电压发生及功率放大电路包括三个运算放大器；第一运算放大器的正极输入端分三路，一路经电容C2接地，一路经电阻R2接地，一路经串联的电容C1和电阻R1后连接到第一运算放大器的输出端，电阻R3一端接地，另一端分两路，一路直接与第一运算放大器的负极输入端相连，一路与滑动变阻器R4的一端相连，滑动变阻器R4的另一端经电阻R5连接到第一运算放大器的输出端上，电阻R5上并联有二极管D1和二极管D2，第一运算放大器的输出端经电阻R8连接到第二运算放大器的负极输入端，第二运算放大器的正极输入端经电阻R6接地，电容C4一端连接到第一运算放大器的输出端与电阻R8之间，另一端接地，电阻R7一端连接到第二运算放大器的负极输入端，另一端连接到第二运算放大器的输出端，第二运算放大器的输出端经电阻R10后连接到第三运算放大器的正极输入端，第三运算放大器的正极输入端经电容C3接地，第三运算放大器的负极输入端经电阻R9后连接到JI上，第三运算放大器的输出端接入J1。

7.根据权利要求6所述的接地电阻测量仪，其特征在于，所述的差分放大电路包括第一运算放大器和第二运算放大器；所述的JI的一端通过电阻R1连接到第一运算放大器的负极输入端，JI的另一端通过电阻R2连接到第一运算放大器的正极输入端，电阻R5一端连接到JI的一端，另一端连接到JI的另一端，二极管D1和D2并联后，一端连接到第一运算放大器的负极输入端，一端接地，二极管D3、二极管D4和电阻R3并联后，一端接第一运算放大器的正极输入端，另一端接地，第一运算放大器的输出端经电阻R6后连接到第二运算放大器的正极输入端，第二运算放大器的负极输入端经二极管D6连接到-5负电源，第二运算放大器的负极输入端还接地。

8.根据权利要求1所述的接地电阻测量仪，其特征在于，所述的八阶通滤波电路包括四个运算放大器，第一运算放大器的正极输入端接地，电阻R3一端经电容C1后连接到第一运算放大器的负极输入端，电容C2一端连接到电容C1前端，另一端连接到第一运算放大器的输出端，电阻R1一端连接到第一运算放大器的负极输入端，电阻R1另一端连接到第一运算放大器的输出端，电阻R2一端接地，一端连接到电容C1前端，第一运算放大器的输出端经电阻R6和电容C3连接到第二运算放大器的负极输入端，第二运算放大器的正极输入端接地，电阻R5一端接到电容C3前端，一端接地，电容C4一端接到电容C3前端，一端接到第二运算放大器的输出端，电阻R4一端接入第二运算放大器的负极输入端，一端接入第二运算放大器的输出端，第二运算放大器的输出端经电阻R12和电容C11连接到第三运算放大器的负极输入端，第三运算放大器的正极输入端接地，电阻R11一端接到电容C11前端，一端接地，电容C12一端接到电容C11前端，一端接到第三运算放大器的输出端，电阻R10一端接入第三运算放大器的负极输入端，一端接入第三运算放大器的输出端，第三运算放大器的输出端经电阻R9和电容C9连接到第四运算放大器的负极输入端，第四运算放大器的正极输入端接地，电阻R8一端接到电容C9前端，一端接地，电容C10一端接到电容C9前端，一端接到第四运算放大器的输出端，电阻R7一端接入第四运算放大器的负极输入端，一端接入第四运算放大器的输出端。

9.根据权利要求8所述的接地电阻测量仪，其特征在于，所述的阻抗匹配低通滤波电路包括运算放大器；电阻R2一端接到运算放大器的负极输入端，电阻R1一端接入运算放大器的正极输入端，一端接地，电阻R3一端接到运算放大器的负极输入端，一端接入运算放大器的输出端，运算放大器的输出端接电阻C1。