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ZC29B型接地电阻表的工作原理和调修.doc

上传人:wspkg9802 文档编号:5286023 上传时间:2019-02-18 格式:DOC 页数:6 大小:117.50KB
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资源描述

1、1ZC29B 型接地电阻表的工作原理和调修相旸(云南省计量测试技术研究院,云南 昆明 650228)摘要:接地电阻测量仪是列入国家强制检定目录的一种工作用计量器具,相关检定员每年都有大量的检定任务。但由于这种仪器多在室外环境中使用,容易出现计量性能的下降和损坏。为了对这类仪表进行有效的调修,作者提供了 ZC29B-2 型接地电阻表的电器线路图,并简述了简化的接地电阻测量模型,对仪器的工作原理进行了简单说明,对图中的相敏整流电路的工作原理进行了分析。最后,提供了检定工作时经常遇到的故障的解决方法。为高效、优质地完成检定工作提供了保障。关键词:接地电阻测量仪;相敏整流电路;ZC29B-2;工作原理

2、;调修Analyzing 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 en

3、gaged 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

4、 earth 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 resi

5、stance 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 引言接地电阻测量仪是列入国家强制检定目录的一种工作用计量器具,相关检定员每年都有大量的检定任务。但由于这种仪器多在室外环境中使用,容易出现计量性能的下降和损坏。虽然各生

6、产厂家在出厂仪表时,都随表附带了说明书,对仪表的用途、性能、结构、工作原理和使用方法都作了简要说明,但对于计量检定和调修的工作要求,说明书的帮助有限。为了对这类仪表的结构和工作原理进行深入的分析,作者提供了 ZC29B-2 型接地电阻表的电器线路图,并简述了简2化的接地电阻测量模型,对仪器的工作原理进行了简单说明,对图中的相敏整流电路的工作原理进行了分析。最后,提供了检定工作时经常遇到的故障的解决方法。为高效、优质地完成检定工作提供了保障。2 ZC29B 型接地电阻表的工作原理和调修2.1 ZC29B 型接地电阻表的工作原理接地电阻测试仪又称接地电阻表,ZC29B 型接地电阻测试仪是目前使用量

7、较大的一种,它由手摇发电机、电流互感器、滑线电阻及检流计等组成,全部机构装在塑料壳内,外有皮壳便于携带。附件有辅助探棒、导线等,装于附件袋内。为便于说明其工作原理,画出 ZC29B-2 型接地电阻表的电器线路图如下。图 1 ZC29B-2 型接地电阻表的电器线路图3ZC29B 型接地电阻表可测量理论接地电阻值,其测量方式可由如下的简化接地电阻测量模型解释,假设图 1 中“大地”的电阻率是常数,将以“E”、“P”和“C”三个端钮相连接的接地棒为中心,地面下半径为定长的半球的体电阻计算出来,当这三个半球的半径达到一定距离后,这 3 个体电阻的阻值就基本不变了,称这样的电阻为流散电阻,设与“E”、“

8、P”和“C”三个端钮对应的流散电阻的值分别为 RE、R P 和 RC。除去这三个流散电阻后,大地余下的部分对这个接地电阻表来说,就可以看作电阻值忽略不计的导线。可知,“E”端钮所测的电阻等于连接于 “E” 端钮的接地线的电阻、接地体的电阻(这里为接地棒的电阻)和流散电阻三部分之和,一般情况下,流散电阻的值比前两者都要大得多。这时“E”端钮所测得的流散电阻即是理论接地电阻值。ZC29B 型接地电阻表工作时,先由手摇发电机生成交流电势差,由电势差引起的交流电流 I1通过由手摇发电机、R E、R C、R 5和电流互感器一次侧构成的电流回路。同时电流互感器的二次侧感应出与一次侧成固定比例的电流 I2。

9、I 1通过 RE时产生的电势的相量值由 P 端采样送到晶体管相敏整流电路,I 2通过滑线电阻时产生的电势的相量值由滑线电阻的中心抽头采样送到晶体管相敏整流电路,当这两者的幅值或相位有差别,并且大于该相敏整流电路的分辨力时,检流计就做出相应的指示。调节滑线变阻器,使检流计指零,如果知道滑线变阻器上有电流通过部分的电阻值 Rx,根据电流互感器的电流比 ,可以计算出 RE的值为 。依据 RE与 RX的线性关12IkXEk系,在以滑线电阻器相连的均匀刻度盘上标出相应的数值,就可以读出 RE的值。相敏整流电路是 ZC29B 型接地电阻表电路中的关键部分,它与检流计、滑线电阻器相配合,实现了用交流电对电阻

10、值的测量。在图 1 的中部,由 S2 到 S4 的部分构成了相敏整流电路,它由一个独立电源供电,制作在电路板上,水平放置在仪表壳体内部。电路板上除了该电路,还有电流互感器。该整流电路中将T1 作为电子开关,用于比较的两个电势相量的差值,当滑线电阻器上测得的电势相量值 PRW1,和“P”端钮所测得的电势相量值 PP 之差作用在电阻 R9 上时,使得该电子开关启动,并不断向C1 充电,检流计指针就会向一个方向偏转,而偏转角度的大小和快慢指示出 PRW1 和 PP 的偏离程度,同时检流计偏转的方向也指示出 PRW1 和 PP 差值的正负,即若 PRW1 减去 PP 为正,检流计指针左偏,则当 PRW

11、1 减去 PP 为负时,检流计指针应该右偏。为了使 T1 能够正常工作,在仪表出厂前都需要在短路和开路工作时对检流计调零,即调节可调电阻 Rw2,使得在摇动手摇发电机时,检流计的指针不会离开零点位置太远,仅在一个最小刻度的范围内偏转,这时,相敏整流电路的工作状态是,电源不断通过整流电路对 C1 充电,不过,充电的方向刚好相反,即,当正弦波的4上半波形对电容 C1 的一侧充正电荷,该正弦波的下半波形就对电容 C1 的另一侧充正电荷,最终的结果是 C1 上没有积累足够的电量,因此,使检流计只能在最小刻度内有轻微的偏转。当 PRW1 减去 PP 的值作用在 R9 上时,就会打破这种平衡。因为,P R

12、W1 和 PP 是相位相近的同频率正弦波,他们的差值也是同频率正弦波,并且,由于向相敏整流电路供电的电源和向 RE、电流互感器一次侧、R C 组成的电流回路供电的电源,都共用一个发电机磁芯,造成它们也是相位相近的同频率正弦波。如果此时独立电源提供的是正弦波的上半波形,独立电源将通过R6,R W2,R 8, R9,R 10,C 1,D 2 组成的一条电流通路 L1 向图中 C1 的上半部充正电荷,而紧接着的下半波形将通过 R7,R W2, R8,R 9,R 11,C 1,D 1 组成的另一条电流通路 L2 向图中 C1 的下半部充正电荷,并且这两条电流通路上 R8,R 9 的电阻值很大,因此,充

13、电的电流很小,对电容的充电比较慢,但如果作用在 R9 上的电压足够高,T 1 的射极就会导通,使得从 T1 的集电极到射极形成另一条电流通路 LT1,它的阻值比 R8 或 R9 小很多,这时充电电流很大,对电容 C1 的充电比较快。如果 PRW1 减去 PP 的值为正,加到 R9 上的电压受到影响,正弦波上半部分就能打开通路LT1,使得独立电源通过 R6, RW2,L T1,R 10,C 1,D 2 向图中电容 C1 的上半部充正电荷,而正弦波的下半部分作用在整流电路上时,由于 PRW1 减去 PP 的差值此时为负,使得开关 T1 截止,电流仍然只能通过通路 L2 向图中 C1 的下半部充正电

14、荷,这样 C1 的上半部分所充得的电量大于下半部分所充得的电量,并不断积累,使得电容产生足够的电位差,并向检流计供电,使检流计偏转较大的角度。相反,如果 PRW1 减去 PP 的值为负,加到 R9 上的电压受其影响,正弦波的上半部分向电容充电时,开关 T1 截止,电流仍然只能通过通路 L1 向图中 C1 的上半部充正电荷,当正弦波的下半部分对电容充电时,由于此时加到 R9 上的电压为正(P RW1 减去 PP 的值是相量值),因此,电流通路 LT1 被打开,电流将通过 R7,R W2,L T1,R 11,C 1,D 1 向图中 C1 的下半部充正电荷,经过多个正弦周期,当电容 C1 产生了足够

15、的电位差,向检流计供电,使检流计偏转较大的角度,不过,由于这次是电容 C1 的另一面为电势的高端,检流计将偏向另一边。2.2 ZC29B 型接地电阻表的调修以上是 ZC29B 工作的基本原理,参考图 1,当 ZC29B-2 型接地电阻表 S1,S 2,S 3,S 4 四个联动开关分别接通标示着 的位置时,接地电阻表的档位为10 档,当接通中间位置时,档位 1为1 档,当接通下一个位置时,档位为0.1 档。根据厂家所给的说明书,大部分 ZC29B-2型接地阻表的元件参数如下:表一: ZC29B-2 型接地电阻表元件参数表元件名称 元件参数值 元件名称 元件参数值R1 4.04 (0.2%) R1

16、2 1.1kR2 396(0.2% ) R13 10k5R3 44.4(0.2%) R14 10kR4 360(0.2% ) R15 1.1kR5 1k R16 5.1kR6 1.1k R17 30kR7 1.1k RW1(滑线电阻) (0405)R8 100k RW2(可调电阻) (0100)R9 30k C1(电解电容) 100 F (25V)R10 1.1kC2(金属化聚酯膜电容) 2 F (160V)R11 1.1k电流互感器(ZC29B-2 型)K=1/4(I 2/I1=K)从上表中可以看出,接地表对用于变换档位的电阻 R1、R 2、R 3、R 4 的精度要求较高,它们都采用了高精度

17、的线绕电阻,达到了0.2%的精度。由于接地电阻表的结构特点,造成该类仪表经常产生以下一些问题,一、接好线,摇动发电机后,检流计指针不动作。这时,可以检查电阻 R5,它可能因为在操作时,误接入的强电流而烧毁,或检查电流互感器一次侧的接线是否断开,它们都可能造成通过电流互感器一次侧的电流回路断路,仪表没有采样到电压相量送至相敏整流电路,因此检流计指针不动作。或者检查 T1管是否已坏,如果 T1 管坏了,就不能让相敏整流电路正常工作,检流计指针也不动作。二、接好线,摇动发电机后,检流计指针用力打向一边。这时,可以检查电流互感器二次测的接线处是否断开或者线圈中的绕线是否断了。如果二次测的接线或绕线断了

18、,相敏整流电路不能从滑线电阻器 RW1 上取得电压相量,总是从 P 端取得的电压相量值较大,检流计指针因此用力打向一边。三、在检定接地电阻表时,某个点的值突然变大,或者在这个点上,检流计指针指示不稳定。这说明精密滑线电阻器 RW1 和它的金属压片压合不紧,或者由于长时间不用,该滑线电阻器表面某些地方已经生锈或被细灰附着,使得接触电阻变大。这时可用金相砂纸轻轻打磨掉其表面的锈迹或细灰,再轻涂一层可导电的防锈油(有专用的仪表用油),即可调好仪表。四、在检定接地电阻表某个档位时,该表的线性明显变坏,可检查与该档位相关的精密电阻(R 1,R 2,R 3 或 R4)阻值是否变化,某些接地表没有使用线绕电

19、阻,而是使用了炭膜电阻,这种电阻的阻值有可能在很长时间以后发生变化,用相应的精密电阻替换掉坏了的电阻,仪表即可恢复正常。如果精密电阻值正常,可替换电流互感器。五、按照 JJG366-2004 接地电阻表的要求进行检定时,辅助接地电阻值要分别接至 0、500、1k、2k 和 5k,当辅助接电阻值变化时,如果仪表的6误差变化较大,超过了接电电阻表检定规程的要求,这时可以对接地电阻表进行检流计的电器调零,即调节可变电阻器 RW2 的值,使接地电阻表的误差能够满足规程要求。六、检定接地电阻表时,接地表的检流计指针做大幅度的颤动,这时可跟换电容 C1。3 结束语在理解了接地电阻表的工作原理之后,检定员就能更深刻的理解检定规程中相关指标的意义,在遇到计量性能下降或内部元器件损坏的接地表时,能够及时判断问题所在,并对接地表进行有效的调修。参考文献1 高桥健彦,马杰译. 图解接地技术M. 北京:科学出版社, 2003.2 罗荣衍. ZC-29 型接地电阻测试仪的原理及使用J. 广东气象, 1994, (4):22-24.3 JJG 366-2004,接地电阻表S

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