CN220367352U - 一种双钳口接地电阻测试装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种双钳口接地电阻测试装置，涉及接地电阻测试技术领域。包括控制器、前置放大模块、程控滤波模块、低频变频信号发生模块、低通滤波模块滤、功率放大模块、分压模块、采样模块、电压钳口和电流钳口；低频变频信号发生模块采用数字式信号发生器得到低频交流电压信号，低频交流电压信号经低通滤波模块滤波和功率放大模块放大后耦合到被测地线回路中；电压钳口的耦合电压通过分压模块和采样模块采集后传输至控制器；电流钳口的感应电流通过前置放大模块和程控滤波模块滤波后传输至控制器。具有成本低、测量精度高、抗干扰能力强、功耗低、自动化程度高、使用操作简单等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及接地电阻测试技术领域，特别是涉及一种双钳口接地电阻测试装置。
背景技术
接地系统是维护电力系统安全可靠运行、保障电气仪表设备与运行人员安全的重要措施。由于接地电阻的变化范围较大，现场的情况又千差万别，因此准确、高效的对接地电阻准确测量是保障接地系统安全的关键。
目前，传统的测量接地电阻的仪器是手摇式接地电阻测试仪。手摇式接地电阻测试仪测试精度不高，必须打地桩测量，操作复杂。
实用新型内容
本实用新型针对传统测量接地电阻的仪器，存在测试精度低，操作复杂的技术问题，提供一种双钳口接地电阻测试装置，该装置以单片机为控制核心，采用交流变频测量法，实现了接地电阻的准确在线测量，而且不需要辅助地极和断开设备接地线；具有成本低、测量精度高、抗干扰能力强、功耗低、自动化程度高、使用操作简单等优点。
为此，本实用新型的技术方案是，一种双钳口接地电阻测试装置，包括控制器、前置放大模块、程控滤波模块、低频变频信号发生模块、低通滤波模块滤、功率放大模块、分压模块、采样模块、电压钳口和电流钳口；低频变频信号发生模块采用数字式信号发生器得到低频交流电压信号，低频交流电压信号经低通滤波模块滤波和功率放大模块放大后耦合到被测地线回路中；电压钳口的耦合电压通过分压模块和采样模块采集后传输至控制器；电流钳口的感应电流通过前置放大模块和程控滤波模块滤波后传输至控制器。
优选地，控制器采用单片机C8051F006，前置放大模块采用仪用放大器AD620，程控滤波模块采用有源滤波器MAX260，通过并行总线与C8051F006单片机连接。
优选地，控制器内集成了FlashROM、RAM、模数转换器、数模转换器、可编程定时器阵列模块。
优选地，低频交流电压信号为正弦波信号，低频交流电压信号通过改变定时中断的间隔时间以改变其频率。
优选地，控制器采用片内可编程增益放大器实现量程切换；采用片内模数转换器子系统测量电压钳口的耦合电压和电流钳口的感应电流以及地线回路中的干扰电流；采用片内可编程定时器阵列测量干扰电流的频率；采用片内数模转换器子系统产生低频可变频率的正弦波信号；采用片内温度传感器实现温度检测；使用片内电压比较器实现电池欠压告警；使用片内串行口将测量数据上传到上位机。
优选地，该测试装置内部时钟为2MHz，外部时钟为20MHz，当开始测量时，该测试装置便切换到外部时钟运行。
优选地，该测试装置还包括干扰电流频率测量模块。
优选地，测量电压钳口的耦合电压和电流钳口的感应电流时，程控滤波模块工作在带通滤波方式；测量干扰电流时，程控滤波模块工作在低通滤波方式。
优选地，该测试装置还包括壳体，壳体上设有显示器，显示器的下方设有档位旋转和按键指示板，按键指示板的下方设有电压钳接口和电流钳接口，档位旋转的下方设有USB接口和串口接口。
优选地，按键指示板上设有电源开关按键、上调节按键、下调节按键、记录按键、背光按键、报警按键、删除按键、设置按键和报警指示灯。
本实用新型的有益效果是，该装置以单片机为控制核心，采用C8051F006单片机单个芯片即可完成接地电阻的测量，从而简化了系统硬件设计，降低了系统成本和功耗，延长了供电电池的使用寿命。
采用交流变频测量法，低频变频信号发生模块采用数字式信号发生器得到连续的正弦波信号（即低频交流电压信号），通过改变定时中断的间隔时间以改变正弦波信号的频率，产生的正弦波信号经低通滤波模块滤波和功率放大模块放大后耦合到被测地线回路中，实现了接地电阻的准确在线测量，而且不需要辅助地极和断开设备接地线；具有成本低、测量精度高、抗干扰能力强、功耗低、自动化程度高、使用操作简单等优点。
附图说明
图1是本实用新型的整体结构示意图；
图2是本实用新型的原理框图。
图中符号说明：
1.壳体；2.显示器；3.档位旋转；4.按键指示板；5.电压钳接口；6.电流钳接口；7.USB接口；8.串口接口。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本实用新型提供一种双钳口接地电阻测试装置，其包括壳体1，壳体1上设有显示器2，显示器2为LCD显示器，显示器2位于壳体1的上表面的上部，用于显示测量结果信息。显示器2的下方设有档位旋转3和按键指示板4，档位旋转3位于按键指示板4的右侧，方便操作使用。按键指示板4上设有电源开关按键、上调节按键、下调节按键、记录按键、背光按键、报警按键、删除按键、设置按键和报警指示灯。电源开关按键用于该装置的开关控制；上调节按键和下调节按键用于参数的上下调节和选择；记录按键用于记录测量结果；背光按键用于背光的开启与关闭；报警按键用于报警信息的解除；删除按键用于测量结果记录的删除；设置按键用于功能菜单的选择；报警指示灯用于警示信息的显示。
按键指示板4的下方设有电压钳接口5和电流钳接口6，电压钳接口5用于连接电压钳口，电流钳接口6用于连接电流钳口。档位旋转3的下方设有USB接口7和串口接口8，USB接口7和串口接口8用于该装置与外接设备的通讯。
如图2所示，本实用新型提供一种双钳口接地电阻测试装置，该测试装置为便携式，采用3节1.5V电池供电，包括控制器、前置放大模块、程控滤波模块、低频变频信号发生模块、低通滤波模块滤、功率放大模块、分压模块、采样模块、电压钳口和电流钳口；低频变频信号发生模块采用数字式信号发生器得到低频交流电压信号，低频交流电压信号经低通滤波模块滤波和功率放大模块放大后耦合到被测地线回路中；电压钳口的耦合电压通过分压模块和采样模块传输至控制器，电流钳口的感应电流通过前置放大模块、程控滤波模块传输至控制器。
在该测试装置中，控制器采用C8051F006单片机作为检测核心，采用片内可编程增益放大器（PGA）实现量程切换；采用片内模数转换器（ADC）子系统测量电压钳口的耦合电压和电流钳口的感应电流以及地线回路中的干扰电流；采用片内可编程定时器阵列（PCA）测量干扰电流的频率；采用片内数模转换器（DAC）子系统产生低频可变频率的正弦波信号；采用片内温度传感器实现温度检测；使用片内电压比较器实现电池欠压告警；使用片内串行口将测量数据上传到上位机。
由此可见，该测试装置采用C8051F006单片机单个芯片即可完成接地电阻的测量，从而简化了系统硬件设计，降低了系统成本和功耗，延长了供电电池的使用寿命。
该测试装置采用高集成度的完全单片化设计，大大简化了系统设计，也能有效地降低系统功耗。C8051F006单片机片内集成了Flash ROM，RAM，ADC，DAC，PCA等模块，大大简化了系统设计，也能有效地降低系统功耗。比如，当时钟频率为20MHz时，其典型工作电流为10mA。
该测试装置通过在线切换单片机的工作时钟以降低功耗。C8051F006单片机片内集成了可编程振荡器，设置为2MHz，外部时钟为20MHz。平时，单片机工作在内部低速时钟，以降低功耗，当开始测量时便切换到外部时钟高速运行。
前置放大模块采用高精密的仪用放大器AD620，用于电流钳口内的感应电流的放大。由于地线回路中的感应电流变化范围较大，一般为几十微安～几十毫安，这样，电流钳口内的感应电流的幅值最小仅为几十微安。因此，在该测试装置中差动放大器采用高精密的仪用放大器AD620，其内部核心为三运放电路，有较高的共模抑制比（CMRR），温度稳定性好，噪声系数小，只需外接一个电阻就可以设置1～3000的增益。
由于该测试装置测量的动态范围较大，为提高测量精度，该测试装置采用C8051F006单片机片内的可编程增益放大器，通过寄存器设置即可进行增益调整。
程控滤波模块，用于对地线回路中的测量信号进行滤波，以削弱干扰信号。程控滤波模块采用有源滤波器MAX260，通过并行总线与C8051F006单片机连接，可方便地设置为带通、低通，高通、陷波及全通等工作方式，其中心频率、转折频率，Q值都可由单片机控制。
低频变频信号发生模块采用数字式信号发生器得到连续的正弦波信号（即低频交流电压信号），通过改变定时中断的间隔时间以改变正弦波信号的频率，产生的正弦波信号经低通滤波模块滤波和功率放大模块放大后耦合到被测地线回路中。
数字式信号发生器将正弦表函数为0～90°的值按等间隔采样128点，然后进行离散化函数求值，因C8051F006单片机片内DAC为12位，将上述数值按12bit取整，然后将结果依次存入C8051F006单片机的片内FlashROM中。在定时中断程序内将正弦表数据依次送入DAC寄存器，经D/A转换后就得到相应幅值的模拟信号，如此循环就得到连续的正弦波信号。当需要改变正弦波信号的频率时，只需改变定时中断的间隔时间即可。产生的正弦波信号经低通有源滤波器滤波﹑功率放大后耦合到被测地线回路中。
该测试装置通过电压钳口向地线回路注入低频交流电压信号，通过分压模块和采样模块获取电压钳口的耦合电压。
一种双钳口接地电阻测试装置还包括干扰电流频率测量模块，用于干扰电流频率测量。具体地，干扰电流信号经运放放大、二阶低通有源滤波器滤去高次谐波、过零比较、施密特触发器整形后转换为TTL电平脉冲信号。将C8051F006单片机的PCA设置为边沿触发捕捉方式，上升沿中断，将系统时钟的12分频作为PCA阵列的时基。在中断服务程序内读取并记录16位捕捉/比较寄存器的计数值，根据2次中断之间计数值的差即可计算出干扰电流的频率。设定系统时钟频率为fc，2次上升沿中断16位捕捉/比较寄存器的计数值分别为Cl，C2，则干扰电流的频率为f=fc/(C1-C2)。
在该测试装置中根据干扰电流频率的不同，低频交流电压信号的频率可以在94Hz，105Hz，111Hz，128Hz等4种频率中自动选择，C8051F006单片机控制有源滤波器MAX260的中心频率进行相应的改变。当测量电压钳口的耦合电压和电流钳口的感应电流时，该滤波器MAX260工作在带通滤波方式；当测量干扰电流时，该滤波器MAX260工作在低通滤波方式。
惟以上所述，仅为本实用新型的具体实施例而已，当不能以此限定本实用新型实施的范围，故其等同组件的置换，或依本实用新型专利保护范围所作的等同变化与修改，皆应仍属本实用新型权利要求书涵盖之范畴。
Claims (10)
1.一种双钳口接地电阻测试装置，其特征在于，包括控制器、前置放大模块、程控滤波模块、低频变频信号发生模块、低通滤波模块滤、功率放大模块、分压模块、采样模块、电压钳口和电流钳口；所述低频变频信号发生模块采用数字式信号发生器得到低频交流电压信号，所述低频交流电压信号经低通滤波模块滤波和功率放大模块放大后耦合到被测地线回路中；所述电压钳口的耦合电压通过分压模块和采样模块采集后传输至控制器；所述电流钳口的感应电流通过前置放大模块和程控滤波模块滤波后传输至控制器。
2.根据权利要求1所述的一种双钳口接地电阻测试装置，其特征在于，所述控制器采用单片机C8051F006，所述前置放大模块采用仪用放大器AD620，所述程控滤波模块采用有源滤波器MAX260，通过并行总线与C8051F006单片机连接。
3.根据权利要求2所述的一种双钳口接地电阻测试装置，其特征在于，所述控制器内集成了FlashROM、RAM、模数转换器、数模转换器、可编程定时器阵列模块。
4.根据权利要求3所述的一种双钳口接地电阻测试装置，其特征在于，所述控制器采用片内可编程增益放大器实现量程切换；采用片内模数转换器子系统测量电压钳口的耦合电压和电流钳口的感应电流以及地线回路中的干扰电流；采用片内可编程定时器阵列测量干扰电流的频率；采用片内数模转换器子系统产生低频可变频率的正弦波信号；采用片内温度传感器实现温度检测；使用片内电压比较器实现电池欠压告警；使用片内串行口将测量数据上传到上位机。
5.根据权利要求1所述的一种双钳口接地电阻测试装置，其特征在于，所述低频交流电压信号为正弦波信号，所述低频交流电压信号通过改变定时中断的间隔时间以改变其频率。
6.根据权利要求1所述的一种双钳口接地电阻测试装置，其特征在于，所述测试装置内部时钟为2MHz，外部时钟为20MHz；当开始测量时，所述测试装置便切换到外部时钟运行。
7.根据权利要求1所述的一种双钳口接地电阻测试装置，其特征在于，所述测试装置还包括干扰电流频率测量模块。
8.根据权利要求1所述的一种双钳口接地电阻测试装置，其特征在于，测量电压钳口的耦合电压和电流钳口的感应电流时，所述程控滤波模块工作在带通滤波方式；测量干扰电流时，所述程控滤波模块工作在低通滤波方式。
9.根据权利要求1所述的一种双钳口接地电阻测试装置，其特征在于，所述测试装置还包括壳体，所述壳体上设有显示器，所述显示器的下方设有档位旋转和按键指示板，所述按键指示板的下方设有电压钳接口和电流钳接口，所述档位旋转的下方设有USB接口和串口接口。
10.根据权利要求9所述的一种双钳口接地电阻测试装置，其特征在于，所述按键指示板上设有电源开关按键、上调节按键、下调节按键、记录按键、背光按键、报警按键、删除按键、设置按键和报警指示灯。
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