Устройство для автоматического измерения сопротивления заземления Советский патент 1984 года по МПК G01R27/20 

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

второго элемента И, выход которого соединен с вторым входом реверсивного счетчика,.второй выход которого через дешифратор Точно соединен с йторым выходом блока управления, первый выход которого соединен с выходом дешифратора Грубо, входы цифроаналогового преобразователя соединены соответственно с первым и вторым выходами реверсивного счетчика, а выход вторым входом блока сравнения , первый вход которого соединен с входом блока управления .

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 .

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, преобразователь постоянного тока в переменньй, выход которого через коммутатор подключен к измерительным клеммам устройства, а также фильтр, усилитель, синхронньм детектор и измерительньй прибор,, к измерительным клеммам устройства через коммутатор подьслючены последовательно соединенные синхронный детектор, фильтр нижних частот и усилитель постоянного тока, к выходу которого подключен измерительный прибор lj .

Недостатки известного устройства ,заключаются в необходимости вынесения потенциального электрода из зоны растекания тока, трудоемкости забивки электродов, а также в трудности измерения сопротивления естественных заземпителей передвижных электроус-, тановок.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для измерения сопротивления заземления, содержащее последовательно соединенные генератор оперативного тока заданной частоты, катушку -индуктивности, дополнительный резистор и пластину, которая по отношению к земле образует емкость, к выводам дополнительного резистора подключены с последовательно соединенные перв1 1й фильтр заданной частоты, первьй формирователь прямоугольных .импульсов, фазочувствительный усилитель и нульиндикатор, к выходам генератора опе0 ративного тока заданной частоты подключены последовательно соединенные второй фильтр заданной частоты, фазовращающий блок, второй формирователь прямоугольных импульсов, выход

5 которого соединен с вторым входом фазочувствительного усилителя, к выходу первого фильтра заданной час-., тоты подключены последовательно соединенные первый управляемый усили0 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 сигнала 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 2J . .

К недостаткам этого устройства относятся необходимость ручной настройки в резонанс цепи оперативного /тока и несовпадение во времени мо- мента точной настройки ,G цепи и момента отсчета показаний измерител ного прибора, что приводит к погреш .ности при измерении быстроменяющего ся сопротивления заземления, например естественного контакта с грунто работающего экскаватора. . Целью изобретения является упрощение процесса и повьшение точности измерения.. -Поставленная цель достигается тем, что в устройство для автомати- ческого измерения сопротивления заземления, содержащее генератор оперативного тока заданной частоты, один выход которэго соединен с зажимом для подключения измеряемого сопротивления заземления. Другой вы ход соединен с первой катушкой индуктивности, последовательно соеди ненные дополнительный резистор и пластина, которая по отношению к земле образует емкость, к выводам д полнительного резистора подключены последовательно соединенные первый фильтр заданной частоты, первый управляемый усилитель, первьй преобра зователь переменного сигнала в постоянный и интегрирующий усилитель, выходы генератора оперативного тока соединены с последовательно включен нь1ми вторым фильтром заданной частоты, вторым управляемым усилителем вторым преобразователем переменного сигнала в постоянный, сумматором и измерительным прибором, к выходу второго фильтра -заданной частоты также подключены последовательно со диненные фазосдвигающий блок, второ формирователь прямс(угольных импульсов, фазочувствительный .блок и нуль индикатор, к выходу первого фильтра заданной частоты ; подключен первый формирователь прямоугольньк импуль-ч сов, выход крторого соединен с вторым входом фазочувствительного блока, блок задания уставки, первый выход которого соединен с вторым входом интегрирующего усилителя, выход которого подключен к вторым входам управляемых усилителей, вве.дены интегратор, блок коррекции ус.тавки, блок управления, коммутатор грубого и коммутатор точного регулирования, вторая катушка индуктивности с ответвлениями, причем первая катушка индуктивности имеет от954ветвления, которые соединены с входами коммутатора грубого регулирования, входы коммутатора точного регулирования соединены соответственно с ответвлениями второй катзпш- ки индуктивности, второй вывод кото- . РОЙ соединен с вторым, выводом до- i полнительного резистора, выходы обоих коммутаторов объединены, вход интегратора соединен с выходом фазр-tчувствительного блока, а в.ыход - с входами блока управления и блока коррекции уставки, второй вход которого соединен -с выходом блока задания уставки, а выход подключен к STO рому входу сумматора, выходы блока I управления подключены соответственно к управляющим входам коммутатора rpyf ббго и точного регулирования. : Блок управления целесообразно выполнить содержащим последовательно соединенные блок .сравнения, триггер направления, первый элемент И, реверсивт й счетчик и дешифратор Грубо, а также генератор прямоугольных импульсов, второй элемент И, цифроаналоговый преобразовётель; дешифратор Точно, причем выход генератора прямоугольньк импульсов . соединить с вторыми входами об.оих элементов И,; второй выход триггера направления соединить с первым входом второго элемента И, выход которого соединить с вторда входом реверсивного Счетчика, второй выход которого через дешифратор 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 выхсзд - с вторым входом блока срав-. нения, первый вход которого соедини-гь ,с входом блока управления. На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства на фиг, 2 Ьлок управления. Устройство (фиг. 1) содержит цепь оперативного тока, включающую последовательно соединенные измеряемое сопротивление 1 заземления, генератор 2 оперативного тока заданной частоты OQ , первую и вторую катушки 3 и 4 индуктивности с ответвлениями, I дополнительный резистор 5 и пластину 6, которая по отношеншо к земле образует емкость С. Таким образом. цепь оперативного тока содержит последовательно соединенные R , L , С элементы и обладает резонансными свойствами, К дополнительному резистору 5 через первьй филь.тр 7 заданной частоты подключены последовательно соединенные первьй формирователь 8 прямоугольных импульсов и фазочувствитель ный блок 9, а к выходу последнего нуль-индикатор 10.и интегратор 11. К генератору 2 через второй фильтр 12 заданной частоты подключены последовательно соединенные фазосдвигающий блок 13 и второй формирователь 14 прямоугольных импульсов, выход которого соединен с вторым входом фазочувствительного блока 9, К первому фильтру 7 заданной частоты также подключены последовательно соединенные первый управляемый усилитель 15, первый преобразователь 16 переменного сигнала в постоянный и интегрирующий усилитель 17, к второму фильтру 12 заданной частоты подключены последовательно соединенные второй управляемый усилитель 18, второй преобразователь 19 переменного сигнала в постоянный, сумматор 20 и измерительный прибор 21. К выходу интегратора 11 подключен блок 22 управления, первый и второй выходы которого подключены соответственно к заправляющим входам коммутаторов грубого регулирования 23 и точного регулирования 24, . Выходы блока 25 задания уставки подключены соответственно к вторым входам интегрирую1Дего усилителя 17 и блока 26 коррекции уставки, причем первый вход последнего соединен с вькодом интегратора 11. Выход-блока 26 коррекции уставки подключен, к второму входу суммдтора 20.Коммутаторы грубого.регулирования 23 и точного регулирования 24 пред назначены для переключения ответвлений первой и второй катушек индуктивности с целью обеспечения резонансной цепи оперативного тока и могут быть вьшолнены на оптронах. Блок 22 управления работает по принципу аналого-цифрового сйедящего преобразователя напряжения и мо- кет быть вьшолнен с использованием известных блоков по схеме приведеич (1ой на фиг. 2„ 1 956 К входу блока 22 подключен первый вход блока 27 сравнения, выход 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.. . Первьй 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 иреобразователя 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 образ м.. , Фильтры 7 и 12 заданной частоты предназначены вьщелять из частотно-. го спектра си1гналоБ, поступающих на вход измерительной части устройства, . только сигналы заданной частоты и . Фильтры могут быть выполненЫд например, в виде избирательных усилителей,. Блоки 9, 13 и формирователи 8, 14 предназначены для измерения, фазового сдвига между током J и напряжением и заданной частоты в цепи оперативного тока. Формирователи 8 и 14 преобразуют гармонические сигналы, пропорциональные соответственно току 3 и напряжению U , в прямоугольные импульсы одинаковой амплиВлок 9 осуществляет логическое уд суммирование указанных прямоугольных импульсов, его вькодноё напряжение Цц, зависит от сдвига фаз, поступающих на входы фазочувствительного блока. 9 сигналов При этом нуль-индикатор фиксирует угол между напряжением . О и током 3 S Фазосдвигающий блок 13 служит для коррекции фазовых искажений, возникающих в соответствующих блоках устройства, и используется при первоначальной настройке схемы измерения фазового сдвига. В зависимости от величины аналогового сигнала Uyj , поступающего на вход блока 22 управления, переключа ются ответвления первой и второй катушек индуктивнЬсти, причем нулевому значению 1), соответствует минимальное число витков. Учет происходящего при переключении изменения активного сопротивления катушек индуктивности выполняется блоком 26 коррекции уставки, который представляет собой сумматор с определенным масштаб«ым коэффициентом К ц преобразования сигнала 11„ , поступающего на его первый вход. Выходной сигнал блока 26 32-Vk viv где и я - напряжение, определяемое сопротивлением RQ цепи I оперативного тока (без сопротивления заземления R ) при минимальном числе витков катушек индуктивности. Последовательно включенные и охваченные обратной связью усилитель г Из, преобразователь 16, усилитель 17 образуют компенсационную схему, осуществляющую автоматическое поддержание равенства двух величин: напряжения напряжения поступающего от блока 25 задания уставки. При этом изменение коэффициента передачи kj первого управляемого усили- ,, теля 15 и одновременно коэффициента К второго управляемого у-силителя - 18 происходит прд действием управляющего напряжения U в зависимости от величины сигнала 0 (тока ), Управляемые усилители 15 и 18 могут быть вьтолнены в виде множительных элементов, а преобразователи 16 и 19 в виде вьшрямителей со сглажив акяцими фил ьтр ами, Устройство измеряет величину сопротивления заземления Ч следующим образом, . I При включении устройства цепь оперативного тока в общем слзгчае не настроена в резонанс. Выходной сигнал Ifl интегратора 11 изменяется до тех пор, пока рассогласование фаз сигналов на входах фазочувствительного блока 9 не станет равным нулю. 55 гр Этому соответствует переключение оп- пе ределенных ответвлений первой и вто- , ти рой катушек 3, 4 и изменение величи- 20 ны ло но Ьо зо гд оп фа ра где 40 ин но ст гд ндуктивности до наступления уся СОо Ь (WgC) . При резонанснастройке сигнал на выходе пер-г преобразователя 16 ; u,«i,iRg, (2) коэффициент пропорциональности, определяемый фильтром 7, усипителем 15, пре- . образователем 16; сопротивление дополнительного резистора 5; величина оперативного тока заданной частоты. . игнал на выходе второго преобрателя 19 zkaU, (3) -. и - напряжение генератора 2} Kg - коэффициент пропорциональности, определяемый фильтром 12, усилителем 18, преобразователем 19. Йри резонансной настройке цепи ративного тока, когда сдвиг по. е между напряжением О и током 1 ен нулю. .,4- . RC сопротивление цепи оператийного тока без сопротивления заземления fi , Учитывая, что коэффициенты К и 1(л равны, получим . А Напряжение ) . благодаря действию егрирующего усилителя 17 постоян-1 и равно Uj, .Поэтому - постоянный коэффи } циент. Если скорректированное в сортветии с текущим значением сопротивRO RO напряженней J2 Г Д RO - сопротивление вводт-шк при бом и точном регулировании витков вой и второй катушек индуктивнос3, А тогда на выходе сумматора имеем .4- -Чзг4 Таким образом, измерительный при бор, 21 будет регистрировать величин пропорциональнзпо Я ,/Проградуировав шкалу прибора в омах, станем измерять искомое сопротивление Ra . Рассмотрим работу устройства, по лагая, что напряжение генератора 2 и «coif si . Тогда при изменении Rj будет меняться падение напряжения ЛЯ и коэффициенты усиления управля мых усилителей 15 и 18 так, что сиг нал и будет пропорционален сумме сопротивлений R 9 о (а измерительный прибор 21 будет поmi

Ф11г,1 казывать величину соаротивления о ч при условии V 7 fl Если в процессе работы устройства измерения будет меняться величи-на напряжения U генератора 2, то это не отразится на показаниях измерительного прибора 21, так как устройство обеспечит соответствующее одинаковое изменение коэффициентов усиления к, и Н., управляемых усилителей 15 и 18.. Технико-экономический эффект от использования устройства для автоматического измерения сопротивления заземления заключается в повышении точносчри измерения, при измерениях не требуется забивки электродов, мож1. но автоматически измерять сопротивление естественного контакта с землей передвижных электроустановок процессе six работы и перемещения. . Qm бмяаП

Фиг,2 7П Грубо . jf ggg/yiy П Ш I frww Н55 К блоки г