TWM564163U - 夾式電錶 - Google Patents

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龍啟強
吳正平
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大陸商福迪威（上海）工業儀器技術研發有限公司
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Abstract

本申請案揭露了一種夾式電錶，該夾式電錶可用於檢測待測接地迴路的電阻。該夾式電錶包括：源變壓器單元，該源變壓器單元被配置成接收交變的輸入電壓信號，並且可與該待測接地迴路彼此電性耦合；感應變壓器單元，該感應變壓器單元可與該待測接地迴路彼此電性耦合，該感應變壓器單元被配置成能夠產生響應於該輸入電壓信號的感應電流信號；參考電阻迴路，該參考電阻迴路與該源變壓器單元和該感應變壓器單元電性耦合；處理控制器，該處理控制器接收該感應電流信號，並且該處理控制器被配置成可基於該感應電流信號來確定該待測接地迴路的電阻。

Description

夾式電錶
[0001] 本申請案涉及電子測量技術，更具體地，涉及一種用於檢測接地迴路的電阻的夾式電錶。
[0002] 用於檢測接地迴路的電阻的夾式電錶，也稱為接地鉗表，是一種手持式儀錶，它可對多接地系統進行檢測而不必斷開被測的接地迴路，因此在工業生產和日常生活中得到了廣泛應用。例如，夾式電錶的典型用途包括測試高壓塔、大樓、行動通訊基地台及射頻發射機等接地迴路的電阻，以及對防雷系統進行檢測。
[0003] 本申請案的目的之一在於提供一種能夠提高測量精確度的夾式電錶。 　　[0004] 在本申請案的一個態樣揭露了一種夾式電錶。該夾式電錶可用於檢測待測接地迴路的電阻。該夾式電錶包括：源變壓器單元，該源變壓器單元被配置成接收交變的輸入電壓信號，並且可與該待測接地迴路彼此電性耦合；感應變壓器單元，該感應變壓器單元可與該待測接地迴路彼此電性耦合，該感應變壓器單元被配置成能夠產生響應於該輸入電壓信號的感應電流信號；參考電阻迴路，該參考電阻迴路與該源變壓器單元和該感應變壓器單元電性耦合；處理控制器，該處理控制器接收該感應電流信號，並且該處理控制器被配置成可基於該感應電流信號來確定該待測接地迴路的電阻。 　　[0005] 在本申請案中，由於設置與夾式電錶的源變壓器單元和感應變壓器單元電性耦合的參考電阻迴路，可以透過調整參考電阻迴路的具體物理參數而抵消源變壓器單元和感應變壓器單元之間的電磁干擾對檢測結果的影響，從而提高夾式電錶的測量精確度。 　　[0006] 在一些實施例中，該源變壓器單元包括源變壓器環形磁芯和圍繞該源變壓器環形磁芯纏繞的第一線圈繞組，該感應變壓器單元包括感應變壓器環形磁芯和圍繞該感應變壓器環形磁芯纏繞的第二線圈繞組。 　　[0007] 在一些實施例中，該源變壓器環形磁芯和感應變壓器環形磁芯各自包括可以相對彼此打開和閉合的第一夾鉗和第二夾鉗，當該第一夾鉗相對該第二夾鉗閉合時，在該第一夾鉗和第二夾鉗之間形成閉合區域；當該第一夾鉗相對該第二夾鉗打開時，在該第一夾鉗和第二夾鉗之間形成開口，該待測接地迴路的一段可以經由該開口被置於該第一夾鉗和第二夾鉗之間。 　　[0008] 在一些實施例中，該源變壓器環形磁芯沿軸向與該感應變壓器環形磁芯彼此並列設置，使得該源變壓器環形磁芯的第一夾鉗和第二夾鉗與該感應變壓器環形磁芯的對應第一夾鉗和第二夾鉗同步打開和閉合。 　　[0009] 在一些實施例中，該參考電阻迴路包括彼此串聯的導線和電阻元件，該導線穿過由該源變壓器環形磁芯的第一夾鉗和第二夾鉗構成的閉合區域，以及穿過由該感應變壓器環形磁芯的第一夾鉗和第二夾鉗構成的閉合區域。 　　[0010] 在一些實施例中，該導線圍繞該源變壓器環形磁芯和該感應變壓器環形磁芯纏繞一圈或者多圈。 　　[0011] 在一些實施例中，該電阻元件的電阻值為500~1500歐姆。 　　[0012] 在一些實施例中，該夾式電錶進一步包括：覆蓋該源變壓器環形磁芯和第一線圈繞組的第一遮蔽罩；以及覆蓋該感應變壓器環形磁芯和第二線圈繞組的第二遮蔽罩。 　　[0013] 在一些實施例中，該夾式電錶進一步包括與該第二線圈繞組相連接的感應信號處理單元，該感應信號處理單元接收來自該感應變壓器單元的感應電流信號並產生與該感應電流信號對應的有效感應電壓。 　　[0014] 在一些實施例中，該感應信號處理單元包括依次連接的電流/電壓轉換單元、帶通濾波器、反相放大器、有效值計算單元，該感應信號處理單元透過第一類比/數位轉換單元與該處理控制器連接。 　　[0015] 在一些實施例中，該夾式電錶進一步包括：與該參考電阻迴路的電阻元件連接的參考信號處理單元，該參考信號處理單元接收該參考電阻迴路產生的響應於該輸入電壓信號的參考電壓信號，並基於該參考電壓信號產生有效參考電壓。 　　[0016] 在一些實施例中，該參考信號處理單元包括依次連接的正相放大器、帶通濾波器和有效值計算單元，該參考信號處理單元透過第二類比/數位轉換單元連接至該處理控制器。 　　[0017] 在一些實施例中，該夾式電錶進一步包括：與該參考電阻迴路的電阻元件連接的參考信號處理單元，該參考信號處理單元接收該參考電阻迴路產生的響應於該輸入電壓信號的參考電壓信號，並基於該參考電壓信號產生有效參考電壓，其中該參考信號處理單元包括依次連接的正相放大器、帶通濾波器和有效值計算單元，該參考信號處理單元透過該第一類比/數位轉換單元連接至該處理控制器。 　　[0018] 在一些實施例中，該夾式電錶進一步包括信號源，該信號源被配置用於向該源變壓器單元提供輸入電壓信號。 　　[0019] 在一些實施例中，該輸入電壓信號為方波或正弦波的電壓信號。 　　[0020] 在一些實施例中，該處理控制器進一步包括儲存器，該儲存器中儲存有預設標準電壓值，該處理控制器被配置為將該有效參考電壓的值與該預設標準電壓值進行比較，當該預設標準電壓值與該有效參考電壓的值之間的差值大於預定閾值時，則確定該源變壓器環形磁芯的第一夾鉗和第二夾鉗以及該感應變壓器環形磁芯的第一夾鉗和第二夾鉗未正確閉合。 　　[0021] 在一些實施例中，該處理控制器進一步包括儲存器，該儲存器中儲存有預設標準電壓值，該處理控制器配置成在開機時執行自檢操作，在該自檢操作中，該處理控制器基於該有效參考電壓的值與該預設標準電壓值確定校正係數，並將該校正係數儲存在該儲存器中，用於校正該夾式電錶所測得的待測接地迴路的電阻。 　　[0022] 在一些實施例中，該處理控制器進一步包括儲存器，該處理控制器配置成在開機時執行自檢操作，在該自檢操作中，該處理控制器確定該感應變壓器單元中響應於該輸入電壓信號的初始感應電流值，並將該初始感應電流值儲存在該儲存器中。 　　[0023] 在一些實施例中，當該待測接地迴路與該源變壓器單元和感應變壓器單元電性耦合時，該感應變壓器單元產生檢測感應電流信號，該處理控制器基於該初始感應電流值和檢測感應電流信號來確定該待測接地迴路的電阻。 　　[0024] 在一些實施例中，該夾式電錶進一步包括分時控制器，用於控制該感應信號處理單元和該參考信號處理單元的輸出分別在不同的時刻經由該第一類比/數位轉換單元輸入到該處理控制器。 　　[0025] 以上為本申請案的概述，可能有簡化、概括和省略細節的情況，因此本領域的技術人員應該認識到，該部分僅是示例說明性的，而不旨在以任何方式限定本申請案的範圍。本概述部分既非旨在確定所要求保護主題的關鍵特徵或必要特徵，也非旨在用作為確定所要求保護主題的範圍的輔助手段。
[0027] 在下面的詳細描述中，參考了構成說明書的一部分的附圖。在附圖中，除非上下文另有說明，類似的符號通常表示類似的組成部分。詳細描述、附圖和申請專利範圍中描述的說明性實施方式並非旨在限定。在不偏離本申請案主題的精神或範圍的情況下，可以採用其他實施方式，和做出其他變化。可以理解，可以對本申請案中一般性描述的、在附圖中圖解說明的本申請案內容的各個態樣進行多種不同構成的配置、替換、組合，設計，而所有這些都明確地構成本申請案內容的一部分。 　　[0028] 參考圖1，圖1以方框圖示意性地示出了根據本申請案的一個實施例的夾式電錶10的主要測量部件。如圖所示，夾式電錶10包括源變壓器單元110、感應變壓器單元120、參考電阻迴路130和處理控制器140。 　　[0029] 源變壓器單元110被配置成接收交變的輸入電壓信號，並且可以與待測接地迴路(未示出)彼此電性耦合。在源變壓器單元110與待測接地迴路彼此電性耦合的情況下，輸入源變壓器單元110的交變輸入電壓信號可以在待測接地迴路上形成相同頻率的交變感應電壓，繼而可在該待測接地迴路中產生交變感應電流。 　　[0030] 感應變壓器單元120也可以與待測接地迴路彼此電性耦合。當待測接地迴路與感應變壓器單元120電性耦合時，待測接地迴路中響應於輸入電壓信號產生的交變感應電流可以相應地在感應變壓器單元120中產生響應於輸入電壓信號的感應電流，並且該感應電流的頻率與輸入電壓信號的頻率相同。 　　[0031] 參考電阻迴路130分別與源變壓器單元110和感應變壓器單元120電性耦合。與待測接地迴路相類似，輸入源變壓器單元110的輸入電壓信號也可在參考電阻迴路130上產生一相同頻率的交變感應電壓，並進而在感應變壓器單元120上產生感應電流，與待測接地迴路所產生的感應電流相疊加而形成感應電流信號。因此，感應變壓器單元120中產生的感應電流信號包含了與待測接地迴路關聯的感應電流，以及與參考電阻迴路相關聯的感應電流。 　　[0032] 感應變壓器單元120中產生的感應電流信號被傳輸到處理控制器140，處理控制器140可基於該感應電流信號來確定待測接地迴路的電阻。具體確定方法將在下文中詳述。 　　[0033] 圖2~圖4進一步示出了根據本申請案的一個實施例的夾式電錶10的具體結構。其中，圖2示為夾式電錶10的結構示意圖；圖3為夾式電錶10在圖2中A-A方向上的剖視圖；而圖4示意性地示出了夾式電錶10的電路結構。 　　[0034] 如圖2所示，夾式電錶10包括表體12以及夾鉗組件14，其中夾鉗組件14安裝於表體12並且從表體12的一端向外延伸。表體12包括表體外殼16，其可以由輕質材料(例如塑膠)製成，或者由其他合適的材料製成。表體外殼16的結構設置成適於容納夾式電錶10的各種電子元件和機械元件，例如測量和控制電路、處理器等。表體外殼16上還可以根據需要而設置各種輸入、輸出裝置，例如控制按鈕、旋鈕、開關或顯示幕(圖中未示出)等。 　　[0035] 同時參考圖2和圖3，夾式電錶10的夾鉗元件14包括源變壓器單元110和感應變壓器單元120。源變壓器單元110包括環形的源變壓器磁芯112和圍繞源變壓器環形磁芯112纏繞的第一線圈繞組114。類似地，感應變壓器單元120包括環形的感應變壓器磁芯122和圍繞感應變壓器環形磁芯122纏繞的第二線圈繞組124。 　　[0036] 源變壓器環形磁芯112包括可以相對彼此打開和閉合的第一夾鉗112a和第二夾鉗112b。類似地，感應變壓器環形磁芯122包括可以相對彼此打開的第一夾鉗122a和第二夾鉗122b。源變壓器環形磁芯112沿軸向與感應變壓器環形磁芯122彼此並列設置，使得源變壓器環形磁芯112的第一夾鉗112a和第二夾鉗112b與對應的感應變壓器環形磁芯122的第一夾鉗122a和第二夾鉗122b同步打開和閉合。在本申請案中，「軸向」是指與源變壓器環形磁芯112和感應變壓器環形磁芯122所在平面相垂直且經過環形磁芯112、122中心的方向，在圖2中即為垂直於紙面的方向。 　　[0037] 當第一夾鉗112a、122a相對第二夾鉗112b、122b閉合時，在第一夾鉗112a、122a和第二夾鉗112b、122b之間形成大致圓形的閉合區域，如圖2所示。當第一夾鉗112a、122a相對第二夾鉗112b、122b打開時，在第一夾鉗112a、122a和第二夾鉗112b、122b之間，具體為第一夾鉗112a、122a的自由端與對應的第二夾鉗112b、122b的自由端之間，形成一開口，允許待測接地迴路的一段可以經由該開口被置於第一夾鉗112a、122a和第二夾鉗112b、122b之間，從而待測接地迴路的一段可穿過處於閉合狀態的第一夾鉗112a、122a和第二夾鉗112b、122b所形成的閉合區域延伸。 　　[0038] 需要說明的是，由於製造工藝等因素的限制，在閉合狀態下，第一夾鉗112a、122a和第二夾鉗112b、122b的自由端之間並不能毫無間隙也完全貼合，它們之間可能存在微小的間隙。該間隙的存在會導致待測接地迴路和參考電阻迴路上產生的響應於輸入電壓信號的感應電壓變小。當待測接地迴路和參考電阻迴路上產生的感應電壓與理想閉合狀態下所產生的感應電壓差異超出一定值時，則待測接地迴路的電阻測量值相對於其實際值的差異超出了允許的範圍，因此在檢測前判定夾鉗是否正確閉合有利於提高電阻檢測的準確度。判定夾鉗是否正確閉合的方法將在下文中詳細介紹。 　　[0039] 如圖2所示，夾式電錶10進一步包括手柄18，該手柄18與源變壓器環形磁芯112的第二夾鉗112b以及感應變壓器環形磁芯122的第二夾鉗122b機械連接，並且手柄18構造成可帶動第二夾鉗112b、122b相對於第一夾鉗112a、122a打開和閉合。操作人員可以透過操作手柄18而使第二夾鉗112b、122b相對其各自的第一夾鉗112a、122a打開和閉合，從而可以將待測接地迴路的一段置於第一夾鉗112a、122a和第二夾鉗112b、122b之間，以便對待測接地迴路的電學參數進行測量。 　　[0040] 參考圖3，在一些實施例中，夾式電錶10進一步包括覆蓋源變壓器環形磁芯112和第一線圈繞組114的第一遮蔽罩116，以及覆蓋感應變壓器環形磁芯122和第二線圈繞組124的第二遮蔽罩126。第一遮蔽罩116和第二遮蔽罩126可以減小源變壓器單元110和感應變壓器單元120之間的電磁干擾。第一遮蔽罩116和第二遮蔽罩126的材料可以選用任何合適的磁遮蔽材料，例如鐵、鋼、或者軟磁性合金(例如坡莫合金)。 　　[0041] 在一些實施例中，第一遮蔽罩116和第二遮蔽罩126可以由一片或多片軟磁性合金片材堆疊而成。為了進一步地減小源變壓器單元110和感應變壓器單元120之間的干擾，在圖3所示的實施例中，還可以在第一遮蔽罩116和第二遮蔽罩126之間設置有一層或多層遮蔽間層128，遮蔽間層128可以採用與第一遮蔽罩116和第二遮蔽罩126相同的材料，也可以採用其他合適的材料。 　　[0042] 本申請案的實施例中，第一遮蔽罩116並未完全覆蓋源變壓器環形磁芯112和第一線圈繞組，而是在第一遮蔽罩116的遠離第二遮蔽罩126的一側(在圖3的左上角)設置有一個開口。類似地，在第二遮蔽罩126的遠離第一遮蔽罩116的一側(在圖3的右上角)也設置有一個開口。第一遮蔽罩116和第二遮蔽罩126上的開口可以允許位於遮蔽罩116、126之外的參考電阻迴路130和待測接地迴路能夠與分別設置於遮蔽罩116、126內的源變壓器單元110和感應變壓器單元120電性耦合。 　　[0043] 下面結合圖4的夾式電錶10的電路結構圖對本申請案的夾式電錶10的工作原理進行進一步的描述。 　　[0044] 參考圖4，本申請案實施例的夾式電錶10被用於對待測接地迴路150的電阻值R G進行測量。待測接地迴路150例如可以為高壓塔、大樓、行動通訊基地台、射頻發射機或防雷系統的接地迴路，也可是其他多點接地系統形成的接地迴路。 　　[0045] 為了進行測量，操作人員首先按壓夾式電錶10上的手柄18，使得第二夾鉗112b、122b相對第一夾鉗112a、122a打開而在它們之間形成開口。接著，將待測接地迴路150的一段線纜經由夾鉗之間開口置於第一夾鉗112a、122a和第二夾鉗112b、122b之間。然後，釋放手柄18，使得第二夾鉗112b、122b相對第一夾鉗112a、122a閉合，從而在第一夾鉗112a、122a和第二夾鉗112b、122b之間形成閉合區域，待測接地迴路150的一段即位於該閉合區域內。 　　[0046] 如圖4所示，夾式電錶10本身還可包括信號源160，用於向源變壓器單元110提供交變的輸入電壓信號V S，輸入電壓信號V S可以為方波、正弦波或者其他波形的交流電壓信號。在一些實施例中，源變壓器單元110透過電容Cs與信號源160電性耦合，其中電容C S起到了隔離直流信號的作用，但本領域技術人員也可以採用其他具有類似功能的電子元件來連接信號源160和源變壓器單元110。 　　[0047] 由於待測接地迴路150的一段穿過第一夾鉗112a和第二夾鉗112b之間的封閉區域而與源變壓器單元110電性耦合，當在源變壓器單元110的第一線圈繞組114上施加交變的輸入電壓信號V S時，會在待測接地迴路150上產生相同頻率的感應電壓V G，以及與之對應的感應電流I G。感應電壓V G的數值可以基於源變壓器單元110的第一線圈繞組114圍繞環形磁芯112的匝數N S，以及待測接地迴路150的線纜圍繞源變壓器單元110的環形磁芯112的匝數N G確定。其中，N G和N S可以在製造夾式電錶10時根據具體需求進行設置。在圖4所示的實施例中，待測接地迴路150的線纜圍繞環形磁芯112、122的匝數N G為1，因此V G=V S/N S。但在一些情況下，為了使待測接地迴路上的感應電壓增大，也可以使待測接地迴路150的線纜圍繞環形磁芯112的匝數N G大於1，此時V G=V S*N G/N S。 　　[0048] 參考電阻迴路130包括彼此串聯的導線132和電阻元件134，在圖4中電阻單元134的電阻值採用R C標示。參考電阻迴路130的一段導線132也穿過第一夾鉗112a、122a和第二夾鉗112b、122b閉合形成的封閉區域，從而與源變壓器單元110和感應變壓器單元120電性耦合。當在源變壓器單元110的第一線圈繞組114上施加交變輸入電壓信號V S時，則會在參考電阻迴路130的電阻單元134上感應出參考電壓信號V C，以及對應的感應電流。類似地，參考電壓信號V C的大小也可以基於第一線圈繞組114圍繞環形磁芯112的匝數N S，以及參考電阻迴路130的導線132圍繞環形磁芯112的匝數N C來確定，此處不再贅述。參考電阻迴路130的導線132圍繞源變壓器環形磁芯112的匝數N C可以為1或者大於1，其具體數值可以根據夾式電錶10的實際應用環境及需求來確定。在圖4所述的實施例中，N C為1。 　　[0049] 繼續參考圖4，待測接地迴路150的一段以及參考電阻迴路130的一段導線132還穿過第一夾鉗122a和第二夾鉗122b閉合形成的封閉區域，使得待測接地迴路150和參考電阻迴路130還分別與感應變壓器單元120電性耦合，繼而感應變壓器單元120能夠產生響應於輸入電壓信號V S的感應電流信號，感應電流信號包含了與待測接地迴路150相關聯的電流成分以及與參考電阻迴路130相關聯的電流成分。 　　[0050] 處理控制器140被配置用於接收來自感應變壓器單元120的感應電流信號，並基於感應電流信號確定待測接地迴路150的電阻值R G。處理控制器140例如可以包括一個或多個特定應用積體電路(ASIC)、數位信號處理器(DSP)、數位信號處理裝置(DSPD)、可程式設計邏輯裝置(PLD)、現場可程式設計閘極陣列(FPGA)、控制器、微控制器、微處理器或其他電子元件。 　　[0051] 參考電阻迴路130中電阻單元134具體可以配置成線繞電阻器、金屬膜電阻器、碳膜電阻器或其他材料的電阻器。可以參考以下因素中的一個或多個來具體設置電阻單元134的電阻值R C：源變壓器單元110與感應變壓器單元120之間的距離；第一遮蔽罩116和第二遮蔽罩126的遮蔽性能；在閉合狀態下，第一夾鉗112a、122a與相對應的第二夾鉗112b、122b之間的間隙大小。當源變壓器單元110與感應變壓器單元120之間的距離較大時，電阻單元134的阻值R C可以相對較小。當第一遮蔽罩116和第二遮蔽罩126的遮蔽性能較好時，電阻單元134的阻值R C也可以相對較小。當在閉合狀態下的第一夾鉗112a、122a與相應的第二夾鉗112b、122b之間的間隙較小時，電阻單元134的阻值R C也可以相對較小。具體地，在一些實施例中，電阻單元134的電阻值R C的範圍可以為500~1500歐姆。 　　[0052] 在一些實施例中，如圖4所示，夾式電錶10進一步包括感應信號處理單元170和第一類比-數位轉換單元191。感應信號處理單元170接收來自感應變壓器單元120的感應電流信號並產生與之對應的有效感應電壓，第一類比-數位轉換單元191將該有效感應電壓轉化為數位電壓信號並將其傳輸到處理控制器140。 　　[0053] 在一個具體的實施例中，如圖4所示，感應信號處理單元170包括依次連接的電流-電壓轉換單元、帶通濾波器(BPF)、反相放大器和有效值(RMS)計算單元。該有效值計算單元可以為真有效值(True RMS)計算單元，在待測接地迴路150具有非線性負載時，該真有效值計算單元可以使處理控制器140獲得更準確的計算結果。 　　[0054] 處理控制器140在接收到第一類比-數位轉換單元191傳輸的數位電壓信號後，結合感應信號處理單元170的電路參數計算出感應變壓器單元120的感應電流信號值，再基於感應電流信號值來確定待測接地迴路150的電阻值R G。 　　[0055] 以下繼續結合圖4來說明處理控制器140如何基於感應電流信號值確定待測接地迴路150的電阻值R G。 　　[0056] 在理想的夾式電錶中，源變壓器單元和感應變壓器單元之間應該沒有任何內部干擾，則待測接地迴路的電阻值R G=V G/I G。但是，實際使用情況下，源變壓器單元通常與感應變壓器單元因彼此距離較近而產生內部干擾，從而在感應變壓器單元中產成干擾電流I ii，導致無法準確測量待測接地迴路的電阻。 　　[0057] 針對於此，本申請案的夾式電錶10中透過設置參考電阻迴路130可以有效減少上述內部干擾對接地迴路的測量的影響，能夠提高測量準確度。 　　[0058] 具體地，在夾式電錶10上電開機時，處理控制器140執行自檢操作。處理控制器140首先獲取真有效值計算單元和第一類比-數位轉換單元191及其之間電路上的靜態偏置I D，該信號是直流偏置。接著，處理控制器140開啟信號源160，以向源變壓器單元110輸入交變的輸入電壓信號VS，處理控制器140獲取來自感應變壓器單元120的、響應於輸入電壓信號V S的初始感應電流I AC。由於此時尚未接入待測接地迴路，所以初始感應電流I AC實際上是靜態電流I D、干擾電流I ii和透過參考電阻迴路130產生的參考感應電流I C疊加形成的。由於干擾電流I ii與參考感應電流I C的相位相反，因此初始感應電流I AC也可用方程式(1)表示： 　　 I AC=I D+I C-I ii(方程式1) 　　 　　在自檢操作中，處理控制器140將所獲得的初始感應電流值I AC儲存至處理控制器140的儲存器142中。其中，儲存器142可以由任意類型的揮發性或非揮發性儲存裝置或者它們的組合實現，如靜態隨機存取記憶體(SRAM)、電可抹除可程式化唯讀記憶體(EEPROM)、可抹除可程式化唯讀記憶體(EPROM)、可程式化唯讀記憶體(PROM)、唯讀記憶體(ROM)、磁記憶體、快閃記憶體、磁片或光碟。 　　[0059] 當自檢操作結束後對待測接地迴路150進行測量時，待測接地迴路150的一段被置於第一夾鉗112a、122a與第二夾鉗112b、122b所形成的閉合區域內，從而分別與源變壓器單元110和感應變壓器單元120電性耦合。透過信號源160輸入交變的輸入電壓信號V S，待測接地迴路150上產生感應電壓V G，參考電阻迴路130上產生感應電壓V C，感應變壓器單元120中因待測接地迴路150和參考電阻迴路130的共同作用而產生響應於輸入電壓信號V S的檢測感應電流信號I G,now。其中，檢測感應電流信號I G,now實際包含了以下幾種電流成分：靜態電流I D、干擾電流I ii、參考感應電流I C和與待測接地迴路150相關聯的待測感應電流I G，即I G,now=I G+I D+I C-I ii。如前面所述，I AC=I D+I C-I ii，因此，I G,now=I G+I AC。在圖4所示的實施例中，由於待測接地迴路和參考電阻迴路的匝數均為1，因此V G與V C相等。 　　[0060] 處理控制器140獲取從第一類比-數位轉換單元191輸出的感應電壓信號有效值，並根據感應信號處理電路170和第一類比-數位轉換單元191的電學參數計算得到檢測感應電流信號I G,now。處理控制器140根據待測接地迴路和源變壓器單元120的匝數比(N G/N S)由輸入電壓信號V S計算得到待測接地迴路150上產生感應電壓V G，然後利用以下方程式(2)計算得到待測接地迴路150的測量電阻值R G,now。 　　 R G,now=V G/(I G,now-I AC) (方程式2) 　　 　　[0061] 從上面的方程式1可以看出，I ii對I AC的數值起抵消作用。若沒有I C成分，I ii的會使I AC非單調變化。而初始感應電流I AC的非單調又會導致待測接地迴路150測量電阻值R G.now的非單調變化，使得R G.now不準確。而在本實施例中，這個問題可以透過設置電阻單元134的電阻值R C，使得參考感應電流I C始終大於干擾電流I ii來解決。因此，本申請案實施例的夾式電錶10可以透過合理設置電阻單元134的電阻值R C而減小源變壓器單元110和感應變壓器單元120之間的內部干擾對待測接地迴路150的電阻的測量值的影響，從而提高測量的準確度。 　　[0062] 進一步地，在一些實施例中，如圖4所示，夾式電錶10還可包括參考信號處理單元180和第二類比-數位轉換單元192。參考信號處理單元180與參考電阻迴路130連接，接收參考電阻迴路130產生的、響應於輸入電壓信號V S的參考電壓信號V C，並基於參考電壓信號V C產生有效參考電壓。其中，當待測接地迴路和參考電阻迴路的匝數均為1時，V G與V C相等。第二類比-數位轉換單元192將有效參考電壓轉化為數位有效參考電壓信號並傳輸至處理控制器140。在一個具體的實施例中，參考信號處理單元180包括依次連接的正相放大器、帶通濾波器和有效值計算單元。有效值計算單元例如可以為真有效值(True RMS)計算單元。 　　[0063] 處理控制器140可以基於從第一類比-數位轉換單元191接收的數位電壓信號以及從第二類比-數位轉換單元192接收的數位有效參考電壓，判斷第一夾鉗112a、122a和第二夾鉗112b、122b是否正確閉合，以及對測得的待測接地迴路150的電阻值R G.now進行增益補償。 　　[0064] 具體地，在一實施例中，在處理控制器140的儲存器142中儲存有預設標準電壓值V C,CAL。可以在工廠製造校正過程中在夾鉗閉合狀態下電阻單元134上所感應的感應電壓值而設定預設標準電壓值V C,CAL，並將其儲存在儲存器142中。在夾式電錶10的開機自檢或者測量待測接地迴路150的電阻值R G的過程中，處理控制器140將透過參考信號處理單元180獲得的有效參考電壓的值V C,NOW與預設標準電壓值V C,CAL進行比較。 　　[0065] 當第一夾鉗112a和第二夾鉗112b及/或第一夾鉗122a和第二夾鉗122b打開或者閉合不當時，兩個夾鉗自由端的表面之間不能彼此緊密貼合，從而會導致測得的有效參考電壓值V C,NOW減小。因此，當處理控制器140判斷預設標準電壓值V C,CAL與有效參考電壓的值V C,NOW之間的差值大於一預定閾值(例如大於V C,CAL的5%)時，則可以確定第一夾鉗112a和第二夾鉗112b及/或第一夾鉗122a和第二夾鉗122b未正確閉合。此時，處理控制器140可以控制相應的輸出裝置向使用者發出一個可視的警告信號(例如警告燈閃爍，或者顯示幕顯示相應的字元或圖形)及/或一個可聽到的警告信號(例如警報聲)。 　　[0066] 另外，源變壓器單元110和感應變壓器單元120之間的電壓感應的傳輸效率會隨著夾式電錶10打開和閉合次數的增加而降低，當夾式電錶10經過成百上千次的打開和閉合操作後，會導致對待測接地迴路150的電阻的測量值不準確。 　　[0067] 因此，在某些實施例中，在處理控制器140的儲存器142中還儲存有預設標準電壓值V C,CAL。處理控制器140在開機時執行自檢操作，在自檢操作中，處理控制器140基於預設標準電壓值V C,CAL和從參考信號處理單元180獲得的有效參考電壓值V C,NOW確定校正係數α=(V C,NOW/V C,CAL)，並將該校正係數α儲存在儲存器142中。在對待測接地迴路150的電阻進行測量時，使用校正係數α按照方程式(3)對待測接地迴路150的電阻的當前測量值R G,NOW進行校正，得到增益補償後的電阻值R G,REAL。 　　 R G,REAL=α*R G,NOW=(V C,NOW/V C,CAL)*R G,NOW(方程式3) 　　 　　[0068] 透過以上校正後，減小了由於夾式電錶10的傳輸效率降低導致的對待測接地迴路150的電阻測量值不準確的問題，提高了測量準確度。 　　[0069] 參考圖5，圖5示出了本申請案的另一實施例的夾式電錶20的電路結構圖。與圖4所示的夾式電錶10相比，夾式電錶20的主要區別在於：夾式電錶20僅包括一個類比-數位信號轉換單元191，並且進一步包括一個分時控制器193。分時控制器193分別與感應信號處理單元170和參考信號處理單元180電性耦合，用於控制感應信號處理單元170和參考信號處理單元180的輸出分別在不同的時刻經由類比-數位信號轉換單元191輸入到處理控制器140。在一些實施例中，分時控制器193可以採用時控的開關實現。 　　[0070] 應當注意，儘管在上文詳細描述中提及了夾式電錶的若干模組或子模組，但是這種劃分僅僅是示例性的而非強制性的。實際上，根據本申請案的實施例，上文描述的兩個或更多模組的特徵和功能可以在一個模組中具體化。反之，上文描述的一個模組的特徵和功能可以進一步劃分為由多個模組來具體化。 　　[0071] 那些本技術領域的一般技術人員可以透過研究說明書、揭露的內容及附圖和所附的申請專利範圍，理解和實施對披露的實施方式的其他改變。在請求項中，措詞「包括」不排除其他的元素和步驟，並且措辭「一」、「一個」不排除複數。在本申請案的實際應用中，一個零件可能執行請求項中所引用的多個技術特徵的功能。請求項中的任何附圖標記不應理解為對範圍的限制。
[0072]
10‧‧‧夾式電錶
12‧‧‧表體
14‧‧‧夾鉗組件
16‧‧‧表體外殼
18‧‧‧手柄
20‧‧‧夾式電錶
110‧‧‧源變壓器單元
112‧‧‧環形磁芯
112a、112b‧‧‧夾鉗
114‧‧‧線圈繞組
116‧‧‧遮蔽罩
120‧‧‧感應變壓器單元
122‧‧‧環形磁芯
122a、122b‧‧‧夾鉗
124‧‧‧線圈繞組
126‧‧‧遮蔽罩
128‧‧‧遮蔽間層
130‧‧‧參考電阻迴路
132‧‧‧導線
134‧‧‧電阻單元
140‧‧‧處理控制器
142‧‧‧儲存器
150‧‧‧待測接地迴路
160‧‧‧信號源
170‧‧‧感應信號處理單元
180‧‧‧參考信號處理單元
191‧‧‧類比-數位轉換單元
192‧‧‧類比-數位轉換單元
193‧‧‧分時控制器
A-A‧‧‧方向
BPF‧‧‧帶通濾波器
CS‧‧‧電容
RC、RG‧‧‧電阻值
[0026] 透過下面結合附圖所做的詳細說明以及所附的申請專利範圍，本領域技術人員將會更加充分地清楚理解本申請案內容的上述和其他特徵。可以理解，這些附圖和詳細說明僅描繪了本申請案內容的若干示例性實施方式，不應將其認為是對本申請案內容範圍的限定。透過參考附圖，本申請案的內容將會得到更加明確和詳細地說明。 　　圖1以方框圖的形式示意性地示出了根據本申請案的一個實施例的夾式電錶的主要測量部件； 　　圖2為根據本申請案的一個實施例的夾式電錶的結構示意圖； 　　圖3為圖2所示的夾式電錶在圖2中A-A方向上的剖視圖； 　　圖4示意性地示出了根據本申請案的一個實施例的夾式電錶的電路結構； 　　圖5示意性地示出了根據本申請案的另一個實施例的夾式電錶的電路結構。

Claims (20)

  1. 一種夾式電錶，該夾式電錶用於檢測待測接地迴路的電阻，其中該夾式電錶包括： 　　源變壓器單元，該源變壓器單元被配置成接收交變的輸入電壓信號，並且可與該待測接地迴路彼此電性耦合； 　　感應變壓器單元，該感應變壓器單元可與該待測接地迴路彼此電性耦合，該感應變壓器單元被配置成能夠產生響應於該輸入電壓信號的感應電流信號； 　　參考電阻迴路，該參考電阻迴路與該源變壓器單元和該感應變壓器單元電性耦合； 　　處理控制器，該處理控制器接收該感應電流信號，並且該處理控制器被配置成可基於該感應電流信號來確定該待測接地迴路的電阻。
  2. 如請求項1之夾式電錶，其中該源變壓器單元包括源變壓器環形磁芯和圍繞該源變壓器環形磁芯纏繞的第一線圈繞組，該感應變壓器單元包括感應變壓器環形磁芯和圍繞該感應變壓器環形磁芯纏繞的第二線圈繞組。
  3. 如請求項2之夾式電錶，其中該源變壓器環形磁芯和感應變壓器環形磁芯各自包括可以相對彼此打開和閉合的第一夾鉗和第二夾鉗，當該第一夾鉗相對該第二夾鉗閉合時，在該第一夾鉗和第二夾鉗之間形成閉合區域；當該第一夾鉗相對該第二夾鉗打開時，在該第一夾鉗和第二夾鉗之間形成開口，該待測接地迴路的一段可以經由該開口被置於該第一夾鉗和第二夾鉗之間。
  4. 如請求項3之夾式電錶，其中該源變壓器環形磁芯沿軸向與該感應變壓器環形磁芯彼此並列設置，使得該源變壓器環形磁芯的第一夾鉗和第二夾鉗與該感應變壓器環形磁芯的對應第一夾鉗和第二夾鉗同步打開和閉合。
  5. 如請求項3或4之夾式電錶，其中該參考電阻迴路包括彼此串聯的導線和電阻元件，該導線穿過由該源變壓器環形磁芯的第一夾鉗和第二夾鉗構成的閉合區域，以及穿過由該感應變壓器環形磁芯的第一夾鉗和第二夾鉗構成的閉合區域。
  6. 如請求項5之夾式電錶，其中該導線圍繞該源變壓器環形磁芯和該感應變壓器環形磁芯纏繞一圈或者多圈。
  7. 如請求項5之夾式電錶，其中該電阻元件的電阻值為500~1500歐姆。
  8. 如請求項2之夾式電錶，其中該夾式電錶進一步包括： 　　覆蓋該源變壓器環形磁芯和第一線圈繞組的第一遮蔽罩；以及 　　覆蓋該感應變壓器環形磁芯和第二線圈繞組的第二遮蔽罩。
  9. 如請求項2之夾式電錶，其中該夾式電錶進一步包括與該第二線圈繞組相連接的感應信號處理單元，該感應信號處理單元接收來自該感應變壓器單元的感應電流信號並產生與該感應電流信號對應的有效感應電壓。
  10. 如請求項9之夾式電錶，其中該感應信號處理單元包括依次連接的電流/電壓轉換單元、帶通濾波器、反相放大器、有效值計算單元，該感應信號處理單元透過第一類比/數位轉換單元與該處理控制器連接。
  11. 如請求項1之夾式電錶，其中該夾式電錶進一步包括：與該參考電阻迴路的電阻元件連接的參考信號處理單元，該參考信號處理單元接收該參考電阻迴路產生的響應於該輸入電壓信號的參考電壓信號，並基於該參考電壓信號產生有效參考電壓。
  12. 如請求項11之夾式電錶，其中該參考信號處理單元包括依次連接的正相放大器、帶通濾波器和有效值計算單元，該參考信號處理單元透過第二類比/數位轉換單元連接至該處理控制器。
  13. 如請求項10之夾式電錶，其中該夾式電錶進一步包括：與該參考電阻迴路的電阻元件連接的參考信號處理單元，該參考信號處理單元接收該參考電阻迴路產生的響應於該輸入電壓信號的參考電壓信號，並基於該參考電壓信號產生有效參考電壓，其中該參考信號處理單元包括依次連接的正相放大器、帶通濾波器和有效值計算單元，該參考信號處理單元透過該第一類比/數位轉換單元連接至該處理控制器。
  14. 如請求項1之夾式電錶，其中該夾式電錶進一步包括信號源，該信號源被配置用於向該源變壓器單元提供輸入電壓信號。
  15. 如請求項14之夾式電錶，其中該輸入電壓信號為方波或正弦波的電壓信號。
  16. 如請求項11之夾式電錶，其中該處理控制器進一步包括儲存器，該儲存器中儲存有預設標準電壓值，該處理控制器被配置為將該有效參考電壓的值與該預設標準電壓值進行比較，當該預設標準電壓值與該有效參考電壓的值之間的差值大於預定閾值時，則確定該源變壓器環形磁芯的第一夾鉗和第二夾鉗以及該感應變壓器環形磁芯的第一夾鉗和第二夾鉗未正確閉合。
  17. 如請求項11之夾式電錶，其中該處理控制器進一步包括儲存器，該儲存器中儲存有預設標準電壓值，該處理控制器配置成在開機時執行自檢操作，在該自檢操作中，該處理控制器基於該有效參考電壓的值與該預設標準電壓值確定校正係數，並將該校正係數儲存在該儲存器中，用於校正該夾式電錶所測得的待測接地迴路的電阻。
  18. 如請求項1之夾式電錶，其中該處理控制器進一步包括儲存器，該處理控制器配置成在開機時執行自檢操作，在該自檢操作中，該處理控制器確定該感應變壓器單元中響應於該輸入電壓信號的初始感應電流值，並將該初始感應電流值儲存在該儲存器中。
  19. 如請求項18之夾式電錶，其中當該待測接地迴路與該源變壓器單元和感應變壓器單元電性耦合時，該感應變壓器單元產生檢測感應電流信號，該處理控制器基於該初始感應電流值和檢測感應電流信號來確定該待測接地迴路的電阻。
  20. 如請求項13之夾式電錶，其中該夾式電錶進一步包括分時控制器，用於控制該感應信號處理單元和該參考信號處理單元的輸出分別在不同的時刻經由該第一類比/數位轉換單元輸入到該處理控制器。
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