接地电阻测量电路及其控制方法和电阻测量装置

摘要

本申请提供了一种接地电阻测量电路及其控制方法和电阻测量装置，其中，接地电阻测量电路包括驱动模块和采样控制模块；本申请通过采样控制模块检测接地电阻的阻值，当接地电阻的阻值不属于驱动信号对应的预设阻值区间时，调节驱动信号的电压峰值或调节调节单元中向外接电路输出的电流大小，从而可以根据接地电阻的实际大小自动切换预设阻值范围，实现电气装置的接地电阻的宽量程测量，适用范围广。

说明书

技术领域

本申请属于电阻测量技术领域，尤其涉及一种接地电阻测量电路及其控制方法和电阻测量装置。

背景技术

接地电阻是电流由接地装置流入大地，再经大地流向另一接地体或向远处扩散所遇到的电阻。接地电阻值体现电气装置与“地”接触的良好程度，以及反映接地网的规模。

目前的防雷系统中，大多是通过电阻测量仪进行接地电阻的测量，但是，现有电子式的电阻测量仪，普遍测量量程较小，在一些接地电阻较大的情况下，就会出现无法测量的现象。

发明内容

本申请的目的在于提供一种接地电阻测量电路，旨在解决传统接地电阻的测量装置量程较小，无法测量阻值较大的接地电阻，或需手动换档的问题。

为了实现上述目的，第一方面，本申请实施例提供了一种接地电阻测量电路，包括驱动模块和采样控制模块；

驱动模块包括调节单元和与调节单元连接的外接电路，外接电路还连接待测量电气装置的接地电阻；

采样控制模块用于向驱动模块输入驱动信号，并检测接地电阻的阻值；当接地电阻的阻值不属于驱动信号对应的预设阻值区间时，调节驱动信号的电压峰值或调节调节单元中的向外接电路输出的电流大小。

在第一方面的一种可能的实施方式中，所述调节单元包括多个阻值不同的限流电阻和开关，所述开关用于控制多个所述限流电阻中的一个所述限流电阻导通，剩余所述限流电阻不导通；

所述限流电阻用于限制所述外接电路中的电流大小。

在第一方面的另一种可能的实施方式中，所述驱动模块还包括信号放大单元，所述信号放大单元的输入端连接所述驱动信号，所述信号放大单元的输出端连接所述调节单元的输入端；所述信号放大单元用于对所述驱动信号进行放大。

在第一方面的另一种可能的实施方式中，所述驱动模块还包括隔离变压器单元，所述隔离变压器单元的输入端连接所述驱动信号，所述隔离变压器单元的输出端连接所述调节单元的输入端；所述隔离变压器单元用于对所述驱动信号进行升压，且隔离保护所述驱动信号的发生器件。

在第一方面的另一种可能的实施方式中，所述外接电路包括连接器单元，所述连接器单元用于连接所述接地电阻与所述调节单元。

在第一方面的另一种可能的实施方式中，所述连接器单元包括第一连接器J1，所述第一连接器J1的辅助电流极C2、辅助电压极P2和被测地极E2均连接所述接地电阻，所述第一连接器J1的电流极C1和所述第一连接器J1的地极E1分别连接所述调节单元的两端。

在第一方面的另一种可能的实施方式中，所述驱动模块还包括电压保护单元，所述电压保护单元连接在所述接地电阻的两端，所述电压保护单元用于防止外界高压脉冲输入所述驱动模块。

在第一方面的另一种可能的实施方式中，所述电压保护单元包括一个或多个瞬态二极管，当所述瞬态二极管为一个时，所述瞬态二极管并联在所述接地电阻的两端；当所述瞬态二极管为多个时，多个所述瞬态二极管串联后并联在所述接地电阻的两端。

在第一方面的另一种可能的实施方式中，所述采样控制模块包括电压采样单元和微控制单元；

所述电压采样单元用于采样所述接地电阻两侧的电压和所述外接电路中参考电阻两侧的电压；

所述微控制单元用于根据所述接地电阻两侧的电压和所述参考电阻两侧的电压计算出所述接地电阻的阻值；还用于当所述接地电阻的阻值超出所述驱动信号对应的预设阻值区间时，调整所述驱动信号的大小或调节所述调节单元中的向所述外接电路输出的电流大小，并重新向所述调节单元输出所述驱动信号，直至检测到所述驱动信号对应的所述接地电阻的阻值属于所述驱动信号对应的预设阻值区间。

第二方面，本申请实施例提供了一种接地电阻测量电路的控制方法，包括如下步骤：

向调节单元输出驱动信号，并获取与驱动信号对应的待测量电气装置的接地电阻；

若接地电阻的阻值不属于驱动信号对应的预设阻值区间，则调节驱动信号的电压峰值或调节调节单元中向外接电路输出的电流大小，并重新向调节单元输出驱动信号，直至检测到驱动信号对应的接地电阻的阻值属于驱动信号对应的预设阻值区间。

第三方面，本申请实施例提供了一种电阻测量装置，包括所述的接地电阻测量电路。

本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：上述的接地电阻测量电路，通过采样控制模块检测接地电阻的阻值，当接地电阻的阻值不属于驱动信号对应的预设阻值区间时，调节驱动信号的电压峰值或调节调节单元中的向外接电路输出的电流大小，从而可以根据接地电阻的实际大小自动切换预设阻值范围，实现电气装置的接地电阻的宽量程测量，适用范围广。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的接地电阻测量电路的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的接地电阻测量电路的电路示意图；

图3为本申请实施例提供的接地电阻测量电路的控制方法的流程图。

其中，图中各附图标记：

1-驱动模块，11-调节单元，12-信号放大单元，13-隔离变压器单元，14-连接器单元，15-电压保护单元，2-采样控制模块，21-电压采样单元，22-微控制单元。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

目前，传统的电阻测量装置普遍测量量程较小，无法测量阻值较大的接地电阻。

为此，本申请提供一种接地电阻测量电路，通过调节单元输出驱动信号，并获取与驱动信号对应的待测量电气装置的接地电阻，通过调节调节单元中向外接电路输出的电流大小或调节驱动信号的峰值，来实现接地电阻的宽量程测量。

图1为本申请实施例提供的接地电阻测量电路的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，如图1所示，本实施例的接地电阻测量电路可以包括驱动模块1和采样控制模块2。

驱动模块1包括调节单元11和与调节单元11连接的外接电路，外接电路还连接待测量电气装置的接地电阻；采样控制模块2用于向驱动模块1输入驱动信号，并检测接地电阻的阻值；当接地电阻的阻值不属于驱动信号对应的预设阻值区间时，调节驱动信号的电压峰值或调节调节单元11中的向外接电路输出的电流大小。

本申请实施例中，通过驱动信号驱动，使调节单元11、接地电阻和外接电路中的参考电阻形成电流回路，基于同一外接电路中电流相等的原理，通过采样控制模块采样接地电阻两侧的电压和参考电阻两侧的电压并计算出接地电阻的阻值，其中参考电阻的阻值已知，当接地电阻的阻值超出驱动信号对应的预设阻值区间时，通过自动调整驱动信号的大小或调节单元11的阻值，重新确定接地电阻的阻值，从而可以根据接地电阻的实际大小自动切换预设阻值范围，实现接地电阻的宽量程测量，适用范围广泛。

图2为本申请实施例提供的接地电阻测量电路的电路示意图，如图2所示，调节单元11可以包括多个阻值不同的限流电阻和开关，开关用于控制多个限流电阻中的一个限流电阻导通，剩余限流电阻不导通；限流电阻用于限制外接电路中的电流大小。

示例性地，本申请实施例中，调节单元11可以包括第一限流电阻R1、第二限流电阻R2和第一开关K1，第一开关K1连接第一限流电阻R1和第二限流电阻R2，在工作过程中，第一开关K1每次只接通第一限流电阻R1或第二限流电阻R2。示例性地，第一限流电阻R1的阻值可以为1～10KΩ，第二限流电阻R2的阻值为可以1～100Ω，第一限流电阻R1的阻值远大于第二限流电阻R2的阻值，使外接电路中的电流有较大的改变，接地电阻的测量量程更宽。

示例性地，驱动模块1还包括信号放大单元12，信号放大单元12的输入端连接驱动信号，信号放大单元12的输出端连接调节单元11的输入端；信号放大单元12用于对驱动信号进行放大。

本申请实施例中，信号放大单元12可以包括一个或多个信号放大器U4，信号放大器U4的输入引脚连接驱动波形，信号放大器U4的输出引脚连接调节单元11，实现对驱动信号的波形放大。

示例性地，驱动模块1还可以包括隔离变压器单元13，隔离变压器单元13的输入端连接驱动信号，隔离变压器单元13的输出端连接调节单元11的输入端；隔离变压器单元13用于对驱动信号进行升压，且隔离保护驱动信号的发生器件。

本申请实施例中，隔离变压器单元可以包括隔离变压器T1，隔离变压器T1的初级侧连接驱动信号，隔离变压器T1的次级侧连接调节单元11和外接电路中的参考电阻Ref，隔离变压器单元对驱动信号进行升压，同时隔离保护驱动信号的发生器件，防止外界干扰信号入侵驱动信号的发生器件，保证发生器件的安全性。

示例性地，外接电路可以包括连接器单元14，连接器单元14用于连接接地电阻与调节单元11。

本申请实施例中，连接器单元14可以包括第一连接器J1，第一连接器J1的辅助电流极C2、辅助电压极P2和被测地极E2均连接接地电阻R，第一连接器J1的电流极C1和第一连接器J1的地极E1分别连接调节单元11的两端。通过调节单元11依次连接第一连接器J1的电流极C1、第一连接器J1的辅助电流极C2、接地电阻R、被测地极E2、外接电路中的参考电阻Ref形成电流回路，通过采样辅助电压极P2和被测地极E2之间的电压，确定接地电阻R两侧的电压。

本申请实施例中，待测电气装置的下方一般都设置有接地网连接第一连接器J1的被测地极E2，辅助电压极P2离被测接地网的距离一般要求是接地网对角线长度的1～2倍，辅助电流极C2离被测接地网的距离一般要求是接地网对角线长度的3～4倍，本实施例中的接地电阻是指被测地极E2与辅助电压极P2之间设备连线电阻、接地网本身电阻和接地网与土壤间电阻的总和。

示例性地，驱动模块1还可以包括电压保护单元15，电压保护单元15连接在接地电阻的两端，电压保护单元15用于防止外界高压脉冲输入驱动模块1。

本申请实施例中，电压保护单元15包括一个或多个瞬态二极管，当瞬态二极管为一个时，瞬态二极管并联在接地电阻的两端；当瞬态二极管为多个时，多个瞬态二极管串联后并联在接地电阻的两端。例如，本申请实施例中，电压保护单元15可以包括第一瞬态二极管TVS1和第二瞬态二极管TVS2，第一瞬态二极管TVS1的一端连接调节单元11，另一端连接连接器单元14的电压极和第二瞬态二极管TVS2的一端，第二瞬态二极管TVS2的另一端连接参考电阻Ref。第一瞬态二极管TVS1和第二瞬态二极管TVS2均为电压保护器，用于防止外界的高压脉冲输入，损坏电路元件。

本申请实施例中，接地电阻测量电路可以同时包括调节单元11、信号放大单元12、隔离变压器单元13、连接器单元14和电压保护单元15，信号放大单元12的输入端连接驱动信号，信号放大单元12的输出端连接信号放大单元12的输入端，信号放大单元12的输入端连接隔离变压器单元13的初级侧，隔离变压器单元13的次级侧连接调节单元11的输入端和外接电路中的参考电阻Ref，调节单元11的输出端连接连接器单元14的输入端，连接器单元14并联在接地电阻R的两端，连接器单元14的输出端串联参考电阻Ref后连接隔离变压器单元13的次级侧，电压保护单元15并联在连接器单元14的电流极C1和第一连接器J1的地极E1。

驱动信号经信号放大器U4、隔离变压器T1、第一限流电阻R1或第二限流电阻R2、第一开关K1、第一连接器J1的电流极C1、第一连接器J1的辅助电流极C2、接地电阻R、第一连接器J1的被测地极E2、第一连接器J1的地极E1、参考电阻Ref和隔离变压器T1形成电流回路。

示例性地，采样控制模块2包括电压采样单元21和微控制单元22，通过电压采样单元21采样接地电阻两侧的电压和外接电路中参考电阻两侧的电压，通过微控制单元22根据接地电阻两侧的电压、参考电阻两侧的电压以及参考电阻的阻值计算出接地电阻的阻值。

微控制单元22还可以包括基于快速傅氏变换(Fast Fourier Transformation，FFT)软件算法的滤波电路，对接收的接地电阻R两侧的电压U

若接地电阻的阻值未超出驱动信号对应的预设阻值区间，则直接输出测量结果，测量结束；若接地电阻的阻值超出驱动信号对应的预设阻值区间，则自动调整驱动信号的大小或调节单元11中的向外接电路输出的电流大小，并重新向调节单元11输出驱动信号，直至检测到驱动信号对应的接地电阻的阻值属于驱动信号对应的预设阻值区间。

示例性地，本实施例的接地电阻测量电路的控制方法，可以包括如下步骤：

向调节单元11输出驱动信号，并获取与驱动信号对应的待测量电气装置的接地电阻；

若接地电阻的阻值不属于驱动信号对应的预设阻值区间，则调节驱动信号的电压峰值或调节调节单元11中向外接电路输出的电流大小，并重新向调节单元11输出驱动信号，直至检测到驱动信号对应的接地电阻的阻值属于驱动信号对应的预设阻值区间。

其中，若接地电阻的阻值不属于驱动信号对应的预设阻值区间，则调节驱动信号的电压峰值或调节调节单元11中向外接电路输出的电流大小，包括：

若接地电阻的阻值超出调节单元中限流电阻的当前阻值对应的预设阻值范围，则调节限流电阻的阻值，以调节调节单元的向外接电路输出的电流大小。

若接地电阻的阻值超出驱动信号对应的预设阻值范围，则增大或减小驱动信号的电压。

本申请实施例中，图3为本申请实施例提供的接地电阻测量电路的控制方法的流程图，如图3所示，接地电阻测量电路的控制方法可以包括：

S1、通过第一开关K1接通第一限流电阻R1，驱动信号的峰峰值电压Vpp为0.25V的正弦波，对应的预设阻值范围为500～2000Ω，根据驱动信号确定接地电阻的初测阻值H。

S2、若初测阻值H不小于500Ω，处于500～2000Ω，则输出初测阻值H为最终阻值，测量结束；若初测阻值H小于500Ω，则增加驱动信号的峰峰值电压Vpp为0.5V，重新计算初测阻值H。

S3、若初测阻值H不小于100Ω，处于100～500Ω，则输出初测阻值H为最终阻值，测量结束；若初测阻值H小于100Ω，则增加驱动信号的峰峰值电压Vpp为1V，重新计算初测阻值H。

S4、若初测阻值H不小于10Ω，处于10～100Ω，则输出初测阻值H为最终阻值，测量结束；若初测阻值H小于10Ω，则通过第一开关K1选择第二限流电阻R2，输出初测阻值H为最终阻值，测量结束。

其中，第一限流电阻R1的阻值远大于第二限流电阻R2的阻值，第一限流电阻R1的阻值为千欧级，第二限流电阻R2的阻值为百欧级。

示例性地，本申请提供的电阻测量装置，可以包括接地电阻测量电路，用于测量接地电阻的阻值，可以根据接地电阻的实际大小自动调整驱动信号的预设阻值范围，实现接地电阻的宽量程测量，适用范围广。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的接地电阻测量电路和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的接地电阻测量电路实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。