Устройство для автоматического измерения сопротивления заземления

 

1.. УСТРОЙСТВО для АВТОМАТИЧЕСКОГО ИЗМЕРЕНИЯ СОШ ОТИВЛЕНИЯ ЗА :ЗЕМПЕННЯ , содержащее генератор Ьперативного тока заданной частоты, один выход которого соединен с зажимом для подключения измеряемого сопротивления заземления,, другой выход соединен с первой катушкой ИНДУ.КТИВНОСти последовательно соединенные дополнительный резистор и пластина, Которая по отношению к земле образует емкость,к выводам дополнительного - -резистора, подключены последовательно; ;срединенные первый фильтр заданной .ы, первьй управляемьй усили-, тель, первый преобразователь пере .менного сигнала в постоянньй и ин ,тегрирующий усилитель, выходы гене- v ратора оперативного тока соединены :с последовательно включенными вторым фильтром заДанной частоты, вторым .управляемым усилителем, втррьм пре .образователем переменного сигнала в ПОСТОЯННЫЙ, сумматором и измеритель ным прибором, к выходу второго фильтра заданной частоты также подключены последовательно соединенные фазосдвигающий блок, второй формирователь прямоугольных импульсов, фазочувствительный блок и нуль-индикатор , к выходу первого фильтра за- : данной частоты подключен первьй формирователь прямоугольньк импульсов , выход которого соединён с вторь1м входом фазочувствительного блока , блок задания уставки, первьй выход которого соединен с вторым входом интегрирующего усилителя,выход которого подключен к вторым входам управляемых усилителей, отличающееся тем, что, с целью упрощения процесса и повьшения точi ности измерений, введены интегратор, блок коррекции уставки, блок уйрав (Л ления, коммутатор грубого и коммутатор точного регулирования, вторая катушка индуктивности с ответвлениями , причем первая катушка индуктивности имеет ответвления, которые соединены с входами коммутатора грубо о регулирования, входы коммутатоNP ра, точного регулирования соединены соответственно с ответвлениями второй катушки индуктивности, второй вывод которой соединен с вторым вы:д водом дополнительного резистора, выходы обоих коммутаторов объединены , вход интегратора соединен с выходом фазочувствительного блока, а вьжод - с входами блока управления и блока коррекции уставки, второй вход которого соединен с выходом блока задания уставки, а выход.подключен к второму входу сумматора, выходы блока управления подключены соответственно к 5П1 равляющим входам коммутаторов грубого и точного регулирования .

СОКИ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ((()) Б (11) 3(58 С 01 R 27/20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3621102/24-21 (22) 12.07.83 (46) 07. 12.84. Бюл. и 45 (72) О.А.Петров, Ю.В.Ситчихин и А.И.Сидоров (71) Челябинский политехнический йнс титут им. Ленинского комсомола (53) 621.317.?36(088.8) (56). 1. Авторское свидетельство СССР"

I 718805, кл. Q 01 R 27/20, 24.04.78.

2, Авторское свидетельство СССР по заявке 1ь 3426536/18-21 (068184), кл. Q 01 R 27/20, 09.81 (прототип). (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ИЗМЕРЕНИЯ, СОПРОТИВЛЕНИЯ ЗА:ЗЕМЛЕНИЯ, содержащее генератор аперативного тока заданной частоты, один выход которого соединен с зажимом для подключения измеряемого сопротивления заземления,. другой выход соединен с первой катушкой индуктивности, последовательно соединенные дополнительнь1й резистор и пластина, которая по отношению к земле образует емкость, к выводам дополнительного резистора. подключены последовательно

:.соединенные первый фильтр заданной

:частоты, первьй управляемьй усили-, :тель, первый преобразователь пере менного сигнала в постоянньй и ин,тегрирующий усилитель, выходы генератора оперативного тока соединены с последовательно включенными вторым .фильтром заданной частоты, вторым .управляемым усилителем, вторым пре образователем переменного сигнала в постоянный,.сумматором и измеритель ным прибором, к выходу второго. фильтра заданной частоты также подключены последовательно соединенные. фазосдвигающий блок, второй формирователь прямоугольных импульсов, фазсчувствительный блок и нуль-индикатор, к выходу первого фильтра за-: данной частоты подключен первый формирователь прямоугольных импульсов, выход которого соединен с вторым входом. фазочувствительного блока, блок задания уставки, первый выход которогб соединен с вторым . входом интегрирующего усилителя,выход которого подключен к вторым входам управляемых усилителей, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения процесса и повышения точности измерений, введены интегратор, блок коррекции уставки, блок yripaaления, коммутатор грубого и коммута- тор точного регулирования, вторая катушка индуктивности с ответвлениями, причем первая катушка индуктивности имеет ответвления, которые соединены с входами коммутатора грубого регулирования, входы коммутатора. точного регулирования соединены соответственно с ответвлениями второй катушки индуктивности, второй вывод кртоРой соединен с вторым выводом дополнительного резистора, выходы обоих коммутаторов объединены, вход интегратора соединен с выходом фазочувствительного блока, а выход - с .входами блока управления и блока коррекции уставки, второй вход которого соединен с выходом блока задания уставки, а выход, подключен к второму входу сумматора, выходы блока управления подключены соответственно к управляющим входам коммутаторов грубого и точного регулирования .

11

2. Устройство по п. 1, о т л и -" . ч а ю щ е е с я тем, что блок управления содержит последовательно соединенные блок сравнения, триггер направления, первый элемент И, реверсивный счетчик и дешифратор "Грубо", а также генератор прямоугольных импульсов, второй элемент И, цифроаналоговый преобразователь, дешифратор "Точно", причем выход генератора прямоугольных импульсов соединен со вторыми входами обоих элементов И, второй выход триггера нап-" равления соединен- с первым входом

28195 второго элемента И, выход которого соединен с вторым входом реверсивно

ro счетчика,.второй выход которого через дешифратор "Точно" соединен с вторым вьмодом блока управления, первый выход которого соединен с выходам дешифратора "Грубо", входы цифроаналоговîro преобразователя соединены соответственно с первым и вторым выходами реверсивного счетчика, а выход — с вторым входом бло. ка сравнения, первый вход которого соединен с входом блока управления .

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к области измерения сопротивления заземления или сопротивления естественного контакта с грунтом различных электроустановок.

Известно устройство для измерения сопротивления заземления, содержащее последовательно соединенные источник постоянного тока, преобразо- 1л ватель постоянного тока в переменный, выход которого через коммутатор подключен к измерительным клеммам устройства, а также фильтр, усилитель, синхронный детектор и измерительный прибор, к измерительным клеммам устройства через коммутатор подключены последовательно соединенные синхронный детектор, фильтр нижних частот и усилитель постоянного тока, к выходу которого подключен измерительный прибор (1) .

Недостатки известного устройства .заключаются в необходимости вынесения потенциального электрода из зоны 25 растекания тока, трудоемкбсти забив.. ки электродов, а также в трудности измерения сопротивления естественных заземлителей передвижных электроус-, тановок.

ЗО

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для измерения сопротивления заземления, содержащее пОследовательно соединенные генератор оперативного

«35 тока заданной частоты. катчпку,индуктивности, дополнительный резистор и пластину, которая по отношению к земле образует емкость, к выводам дополчительного резистора подключены последовательно соединенные первый фил тр заданной частоты, первь|й формирователь прямоугольных, импульсов, фазочувствительный усилитель и нульиндикатор, к выходам генератора oIIeративного тока заданной частоты подключены последовательно соединенные второй фильтр заданной частоты, фазовращающий блок, второй формирователь прямоугольных иМпульсов, выход которого соединен с вторым входом фазочувствительного усилителя, к выходу первого фильтра заданной час-:. тоты подключены последовательно соединенные первый управляемый усили тель, первый преобразователь перемен ного сигнала в постоянный и интегрирующий усилитель, к выходу второго фильтра заданной частоты подключены последовательно соединенные второй управляемый усилитель, второй преобразователь переменного сигнаяа в постоянный, сумматор и измерительный прибор, блок задания уставки, выходы которого подключены к вторым входам сумматора и интегрирующего усилителя, а выход последнего соединен с вторыми входами обоих управляемых усилителей f2) .

К недостаткам этого устройства относятся необходимость ручной наст ройки в резонанс цепи оперативного

1128195 4

3 .тока и несовпадение во времени момента точной настройки С цепи и момента отсчета показаний измеритель ного прибора, что приводит к погреш,ности при измерении быстроменяющегося сопротивления заземления, например естественного контакта с грунтом работающего экскаватора.

Целью изобретения является упрощение процесса и повышение точности измерения.

1 .Поставленная цель достигается .тем, что в устройство для автомати- . ческого измерения сопротивления заземления, содержащее генератор оперативного тока заданной частоты, один выход которого соединен с зажимом для подключения измеряемого сопротивления заземления, другой выход соединен с первой катушкой индуктивности, последовательно соединенные дополнительный резистор и пластина, которая по отношению к земле образует емкость, к выводам дополнительного резистора подключены последовательно соединенные первый фильтр заданной частоты, первый управляемый усилитель, первый преобразователь переменного сигнала в постоянный и интегрирующий усилитель, выходы генератора оперативного тока соединены с последовательно включенными вторым фильтром заданной частоты, вторым управляемым усилнтелем, вторым преобразователем переменного 35 сигнала в постоянный, сумматором и измерительным прибором, к выходу ..второго фильтра -заданной частоты. также подключены последовательно соединенные фазосдвигающий блок, второй 40 формирователь прямоугольных импульсов, фазочувствительный .блок и нульиндикатор, к выходу первого фильтра заданной частоты:подключен первый формирователь прямоугольйьи импуль . 45 соВ выход которого соединен с.вторым входом фазочувствительного блока, блок задания уставки, первый выход которого соединЕн с вторым входом интегрирующего усилителя, - 50 выход которого годключен к вторым входам управляемых усилителей, введены интегратор, блок коррекции ус.тавки, блок управления, коммутатор грубого и коммутатор. точного регу- 55 лирования, вторая катушка индуктивности с ответвлениями, причем пер» вая катушка индуктивности имеет ответвления, которые соединены с входами коммутатора грубого регулирования, входы коммутатора точного регулирования соединены соответственно с ответвлениями второй катушки индуктивности, второй вывод кото .. рой соединен с вторым, выводом до полнительного резистора, выходы обо их коммутаторов объединены, вход .интегратора соединен с выходом фазо+ чувствительного блока, а выход †с входами блока управления и блока коррекции уставки, второй вход которого соединен с выходом блока задания уставки, а выход подключен к вто рому входу сумматора, выходы блока управления подключены соответственно . к управляющим входам коммутатора rpy". бого и точного регулирования. .Блок управления целесообразно выполнить содержащим последовательно соединенные блок сравнения, триггер направления, первый элемент И, реверсивный счетчик и дешифратор "Груf1 бо, а также генератор прямоугольных импульсов, второй элемент И, цифроаналоговый преобразователь; дешифратор "Точно", причем выход генератора прямоугольных импульсов соединить с вторыми входами .обоих элементов И, второй выход триггера направления соединить с первым входом второго элемента И, выход которого соединить с вторым входом реверсивного счетчика, второй выход которого через де» шифратор "Точно" соединить с вторым выходом блока управления, первый выход которого соединить с выходом дешифратора "Грубо", входы цифроаналогового преобразователя соединить .соответственно с первым и вторым выходами реверсивного счетчика, а выход — с вторым входом блока срав-. нения, первый вход которого соединить с входом блока управления.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства, на фиг.. 2— блок управления. Устройство (фиг. 1} содержит. цепь оперативного тока, включающую последовательно соединенные измеряемое сопротивление 1 заэемпения, генератор 2 оперативного тока заданной частоты Яд, первую и вторую катушки

3 и А индуктивности с ответвлениями, дополнительный резистор 5 и пластину, 6, которая по отношению к земпе об.разует емкость С. Таким образом, 1128195 цепь оперативного тока содержит последовательно соединенные 0, 1., С элементы и обладает резонансными свойствами.

К дополнительному резистору 5 через первый фильтр 7 заданной частоты подключены последовательно соединенные первый формирователь 8 прямоугольных импульсов и фазочувствительный блок 9, а к выходу последнего — 16 нуль-индикатор 10.и интегратор 11.

К генератору 2 через второй фильтр 12 заданной частоты подключе- ны последовательно соединенные фазосдвигающий блок 13 и второй формиро-. 15 ватель 14 прямоугольных импульсов, выход которого соединен с вторым входом фазочувствительного блока 9.

К первому фильтру 7 заданной частоты также подключены последователь- 2б но соединенные первый управляемый усиЛитель 15, первый преобразователь

1б переменного сигнала в постоянный и интегрирующий усилитель 17, к второму фильтру 12 заданной частоты Ы подключены последовательно соединенные второй управляемый усилитель 18, второй преобразователь 19 переменного сигнала в постоянный, сумматор

20 и измерительный прибор 21. щ

К выходу интегратора 11 подключен блок 22 управления, первый и второй выходы которого подключены соответственно к управляющим входам коммутаторов грубого регулирования 23 и точного регулирования 24. . Выходы блока 25 зацания уставки подключены соответственно к вторым входам интегрирующего усилителя 17 и блока 26 коррекции уставки, причем 4О первый вход последнего соединен с выходом интегратора 11.

Выход, блока 26 коррекции уставки подключен к второму вхоцу сумматора

20.Коммутаторы грубого регулирования 4

23 и точного регулирования 24 пред.<назначены для переключения ответвлений первой и второй катушек индук.тивности с целью обеспечения резонансной цепи оперативного "î,êà и могут быть выполнены на оптронах.

Блок 22 управления работает.по принципу аналого-цифрового аледящего преобразователя напряжения и может быть выполнен с использованием известных блоков но схеме, приведенной на фиг. 2.

К входу блока 22 подключен первый вход блока 27 сравнения, вьмод которого через триггер 28 направления и первый логический элемент

И 29 подсоединен к первому входу реверсивного счетчика 30. Второй выход триггера 28 направления через второй логический элемент И .31 соединен с вторым входом реверсивного счетчика 30; Вторые входы обоих логических элементов И подключены к генератору 32 прямоугольных импульсов.

Первый выход реверсивного счетчика 30 подключен к первому входу цифроаналогового преобразователя 33 и через первый дешифратор 34 "Грубо" к первому выходу блока 22 управления.

Второй выход реверсивного счетчика

30 подключен к второму входу цифро,аналогового .реобразователя 33, а также через дешифратор 35 "Точно" к второму выходу блока 22 управления.

Выход цифроаналогового преобразователя 33 подключен к второму входу блока 27 сравнения.

Устройство работает следующим обpRs м, Фильтры 7 и 12 заданной частоты предназначены выделять из частотного спектра сигналов, поступающих на вход измерительной части устройства, только сигналы заданной частоты И

Фильтры могут быть выполнены, например, в виде избирательных усилителей.

Блоки 9, 13 и формирователи 8, 14 предназначены для измерения фазового сдвига между током 3 и напряжением 0 заданной частоты 4)p в цепи оперативного тока. Формирователи 8 и 14 преобразуют гармонические сигналы, пропорциональные соответственно току 1 и напряжению 11, в прямоугольные импульсы одинаковой амплитуды. Блок 9 осуществляет логическое

:суммирование указанных прямоугольньм импульсов„ его вьмодное напряжение I

0 зависит от сдвига фаз, поступающих на входы фазочувствительного блока .

9 сигналов. При этом нуль-индикатор

10 фиксирует угол между напряжением ц и током,)

Фазосдвигающий блок 13 служит для коррекции фазовых искажений, возникающих в соответствующих блоках устройства, и используется при нервоначальной настройке схемы измерения фазового сдвига.

1128195 ны индуктивности до наступления ус,ловия Яо Ь = (й C) . При резонанс-. ной настройке сигнал на выходе nep-, horo преобразователя 16

U,**" " (г)

4в где К, — коэффициент пропорциональности, определяемый фильт» ром 7., усилителем 15, пре-:

10 образователем 16, " - сопротивление дополнительно го резистора 5;

1 — величина оперативного тока заданной частоты.

Сигнал на выходе второго преобразователя 19

Ц32-032 КК0п 7. (1) где U — напряжение, определяемое

52

I сопротивлением go цепи р0

I оперативного тока (без сопротивления заземления

"g) при минимальном числе витков катушек индуктивнос. ти. 25

Последовательно включенные и ох- "1 ваченные обратной связью усилитель 15, преобразователь 16, усилитель.

17 образуют комйенсационную схему, осуществляющую автоматическое поддержание равенства двух величин: напряжения U и напряжения 0><, поступающего от блока 25 задания уставки.

При этом изменение коэффициента nel редачи k первого управляемого усили. теля 15 и одновременно коэффициента

Kg второго управляемого усилителя . 18 происходит под действием управляю. щего напряжения 0> в зависимости от величины сигнала 3 (тока 4 ).

Управляемые усилители 15 и 18 могут быть выполнены в вице множительных элементов, а преобразователи 16 и 19 в виде выпрямителей со сглаживающими фильтрами. 45

Устройство измеряет величину сопротивления заземления 13 следующим образом.

При включении устройства цепь оперативного тока в общем случае не настроена в резонанс. Выходной сигнал Uz интегратора 11 изменяется до тех пор, пока рассогласование фаз

° сигналов на входах фазочувствительного блока 9 не станет равным нулю.

Этому соответствует переключение определенных ответвлений первой и второй катушек 3, 4 и изменение величиВ зависимости от величины аналогового сигнала 0>, поступающего на вход блока 22 управления, переключа ются ответвления первой и второй катушек индуктивности, причем нулевому значению U соответствует минимальное число витков. Учет происходящего при переключении изменения активного сопротивления катушек индуктивности выполняется блоком 26 коррекции уставки, который представляет собой сумматор с определенным масштабным коэффициентом К преобразования сигнала U, поступающего на его первый вход. Выходной сигнал блока 26 4 0, (3) где U — напряжение генератора 2, К2 — коэффициент пропорциональности, определяемый фильтром 12, усилителем 18, преобразователем 19.

При резонансной настройке цепи оперативного тока, когда сдвиг по. фазе между напряжением ц и током 1 равен нулю, 0 --,-й-, (4) где Вс — сопротивление цепи оператнй. ного тока без сопротивления заземления . °

Учитывая, что коэффициенты К,и равны, получим

"з — "ф ко-. (5) о -.

Напряжение 0 . благодаря действию интегрирующего усилителя 17 постоян-. но и равно U l. Поэтому э "о

U, ° — р . (6) Р где Ь вЂ вЂ” постоянный коэффи3 : циент.

Если скорректированное в соответствии с текущим значением сопротив1 1 пения Ro o+ 4 4 напряжение 0 равно

1 o lI?O

1 И ь,(7) где h9о — сопротивление вводимых при грубом и точном регулировании витков первой и второй катушек индуктивности 3, 4 тогда иа выходе сумматора

20 имеем

1128195

Р, ОФ-0.-032=-. (8)

Таким образом, измерительный прибор, 21 будет регистрировать величину пропорциональную Ry . Проградуировав шкалу прибора в омах, станем измерять искомое сопротивление

Рассмотрим работу устройства, по- 1б лагая, что напряжение генератора

2 0 Соби . Тогда при изменении Яу будет меняться падение напряжения

1 g и коэффициенты усиления управляемых усилителей 15 и 18 так, что сиг нал Og будет. пропорционален сумме сопротивлений Aq и 0„

U5+ о

А : (9) 20

1 (а измерительный прибор 21 будет по казывать величину сопротивления

"о при условии U = — ), А

Если в процессе работы устройства измерения будет меняться величи- на напряжения 0 генератора 2, то это не отразится на показаниях измерительного прибора 21, так как устройство обеспечит соответствующее одинаковое изменение коэффициен тов усиления k и К управляеl l мых усилителей 15 и 18..

Технико-экономический эффект от использования устройства для автоматического измерения сопротивления заземления заключается в повышении точности измерения, при измерениях не требуется забивки электродов, мож;, но автоматически измерять сопротивление естественного контакта с землей передвижных электроустановок ч процессе -и .работы и перемещения.

1128195 окуз блоку 24

Фиа2

Редактор С.Патрушева

Заказ 9024/34 Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5,Om

:Aoxu

Составитель Л.Фомина

ТехредС.Легеза Корректор О.Билак

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4