不平衡电桥在等电位联结电阻测量中的应用

常州工学院学报

JournalofChangzhouInstituteofTechnology

Vol󰀁23󰀁No󰀁4

Aug󰀁2010

不平衡电桥在等电位联结电阻测量中的应用

张立臣

(常州工学院电子信息与电气工程学院,江苏常州213002)

摘要:针对建筑物等电位联结的意义进行了说明,并阐述了其定义标准和等电位联结电阻的要求和测量标准。描述了采用不平衡电桥进行等电位联结电阻的测量原理及实现方法,介绍了等电位联结电阻测量仪的组成原理。

关键词:不平衡电桥;等电位联结;自动校准;巡回检测

中图分类号:TM934󰀁1󰀁󰀁󰀁文献标志码:A

文章编号:1671-0436(2010)04-0036-03

ApplicationofUnbalancedBridgeforMeasureofEquipotentiallyBondedResistors

ZHANGLi󰀂chen

(SchoolofElectronicInformation&ElectricEngineering,ChangzhouInstituteofTechnology,Changzhou213002)

Abstract:Notonlytheimportanceofequipotentialbondingforconstructsisdescribedbutalsothedefi󰀂nitionstandardandrequirementofequipotentialbondingandthemeasurestandardisstatedinthispaper.Themeasureprincipleandimplementationmethodofequipotentiallybondedresistorsusingtheunbalancedbridgeisdescribedandtheprincipleofinstrumentsformeasuringitisalsointroducedaswel.l

Keywords:unbalancedbridge;equipotentialbonding;automaticallycalibrated;rounddetection󰀁

󰀁󰀁等电位联结是保证电气安全的措施,也是建筑防雷的关键技术。通常安全接地就是等电位联结,它以地电位作为基准电位。由于其连接范围大,线路长,减少故障接触电压的效果并不好。建筑物目前普遍采用均压连接,均压连接采取的方法是:从建筑物的基础开始,逐层逐项地将同一层面、同一入口处和雷电防护区交界点的金属构件作等电位连接,形成等电位连接网络。均压连接是一项比较烦杂的工作,是防雷设计与施工质量的主要评判标准之一。对于具备各类电子系统的现代建筑物大楼防雷工程,是一项多种技术措施综合运用的系统工程。一些省、市级防雷中心采取对新建建筑物防雷装置在施工过程中的等电位联结电阻进行跟踪检测,使用符合国家规范标准的防雷装置。

收稿日期:2010󰀂05󰀂14

作者简介:张立臣(1956󰀂󰀁),男,教授。

等电位联结电阻的测量多采用 四端子!接地电阻测量仪,测量方法复杂,不利于大量测量和数据采集。鉴于上述情况,设计开发了可自动校准测量线路电阻,即在不同测量距离采用不同测量的导线,仪器可先将导线电阻测量出来,在每次实际测量时自动减去导线电阻;当公共接地点选定后,可对其他测量点进行巡回检测、自动记录、存储,并具有数据上传功能,等电位联结电阻测试仪采用便携式,工程测量方便,得到广泛的应用。

1󰀁等电位联结的概念及测量标准

等电位联结是将建筑物中各电气装置和其他装置外露的金属及可导电部分与人工或自然接地体用导体连接起来,以达到减少电位差的目的。它对用电安全、防雷以及电子信息设备的正常工

第4期张立臣:不平衡电桥在等电位联结电阻测量中的应用

影响)。

2󰀁3󰀁运算放大器电路的设计

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作和安全使用都是十分必要的。根据理论分析,等电位联结作用范围越小,越安全。

对等电位联结电阻的要求和测量标准是:当测得等电位联结端子板与等电位联结范围内的金属管道等金属体末端之间的电阻不超过3󰀁时,可认为等电位联结是有效的。

按GB/T16895.23-2005∀建筑物电气装置检验#的要求,检测等电位联结的导通性能应采用直流或交流,空载电压为4~24V,最小检测电流为200mA的检测电源。电压太低、电流太小时,测得的接触电阻增大,检测结果不准确。

采用12位模数转换器TLV2543,输入信号0~5V,由电阻分压得:V1=4V,因此放大器放

大倍数为:

Au=

Rf

+1=1󰀁25R3

运算放大器选用TI公司TLC4502型号,该放大器具有输入失调电压自校准功能,输入失调电压<50󰀂V;低输入偏置电流1pA,满足本设计要求。

运算放大器电路如图2所示。

2󰀁不平衡电桥的设计与应用

根据等电位联接电阻的要求和测量标准,对等电位联接电阻的测量需要具有一定的测量电流并实现小电阻测量的设计。设计中采用不平衡电桥、小电阻分压、大电阻取样的原则。同时还必须减少电源变化对测量结果的影响,以保证便携式仪器的供电要求。

2󰀁1󰀁不平衡电桥的设计

电路如图1所示,RN为被测电阻;RP为测量导线电阻;R为5󰀁大功率分流电阻;R1、R2、R∃1、R2∃为分压精密电阻,其值为:R1=R∃1=15k󰀁;R2=R2∃=3k󰀁。V1为参考电压,V2为测量电压。

图2󰀁运算放大电路

需要说明的是放大器同相输入端电阻R取为零,否则测量不准确。因为R1和R2中电流非常小,加电阻将改变分压关系,使测量数据不准确,离散性比较大,无法进行测量。2󰀁4󰀁模数转换器的位数的选择和分辨率选用12位模数转换器,最大二进制数为

5

4096,经放大器后V1=5V;最大V2=5-=

4096

4󰀁9987793V;被测电阻分辨率为:

RNP=0󰀁001221󰀁=1󰀁221m󰀁

(若采用4󰀁电阻分压,分辨率可提高到1m󰀁)2󰀁5󰀁电子开关电路

图1󰀁不平衡电桥电路

2󰀁2󰀁电桥测量原理和分压关系

电路中I1=I=

I,可以忽略不计。4000

考虑到便携式仪表,测量电流较大,电源的使用有一定约束,所以应通过电子开关来控制测量状态。电路如图3所示。测量时CPU发出低电平的测量信号,T5导通,经光电耦合使T6达林顿管深度饱和导通,此时测量电桥电路上电压,单片机通过一定的延时,避开电源的波动,经A/D转换器对V1和V2进行12次的数据读取,去掉最大和最小值,取平均值作为被测点等电位联结电阻值,完成一次测量,并按测量地点、时间、序号的地址编号进行存储。

V2%6

=1󰀁2V25

UNP=V1%6-V2%6=(V1-V2)%6

UNPV1

RNP==5-1IV2

其中总有V1&V2,RN=RNP-RP(电源电压无

38常州工学院学报2010年

󰀁

图3󰀁电子开关电路

3󰀁等电位联结电阻测量仪的框图

等电位联结电阻测量仪框图如图4所示。该系统采用的AT89C52单片机完成信号的处理及整机的控制功能;运算放大器TLC4502和串行12位A/D转换器TLV2543实现信号的检测、放大、模数转换功能。由电子开关将测量电流经由测量线路送至待测电阻,此测量电流在外部待测电阻上产生一压降,此压降由电阻R3、R4分压后送至模数转换器转换为二进制数字信号,TLV2543将此结果传输至AT89C52。选用2片串行存储器AT24C256实现数据存储,主要的功能是存储系统运行的参数,如时间、工号、被测电阻值。串行时钟DS1302芯片实现实时记录,串行通讯采用MAX232芯片,实现数据上传。

4󰀁结语

等电位联结电阻测量仪作为检测等电位联结

质量的专用仪表,解决了现场检测时没有合适检测仪器的困难。虽然等电位联结电阻测量仪在技术上与微欧表及毫欧表相比无突破,但大电流测量无须换档、线阻校验、单点测量、连续测量及数据存储等功能在应用上更加人性化;且成本低、使用方便,因此得到了广泛的应用。

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图4󰀁系统组成框图

责任编辑:张秀兰