Распространенным измерителем является прибор типа М-416. Казахский сельскохозяйственный институт совместно с ВНИИЭП разработал новый измеритель сопротивлений заземления типа Ф-4103, серийный выпуск которого начат производственным объединением "Мегомметр" (г. Умань). На предприятиях электрических сетей могут применяться приборы типа МС-08. Технические характеристики указанных измерителей приведены в табл. 1.
В измерителе М-416 используется компенсационный принцип измерения: напряжение между двумя точками земли (или между заземлителем и вспомогательным токовым электродом) уравновешивается напряжением на известном сопротивлении резистора, встроенного в прибор. Используя равенство токов в этом резисторе и исследуемом участке электрической цепи (или известное соотношение между токами) определяют искомое сопротивление.
Принципиальная схема измерителя приведена на рис. 16 и содержит три функциональных узла: источник постоянного тока, преобразователь постоянного тока в переменный и измерительное устройство.
Источником постоянного тока служат три последовательно соединенных сухих элемента типа 373 ("Марс") напряжением 4,5 В. Преобразователь выполнен на четырех транзисторах 77 — Т4 по двухтактной схеме с заземленным эмиттером и состоит из задающего генератора с трансформатором TU1 и усилителя мощности с трансформатором TU2. Частота задающего генератора изменяется от 800 до 1200 Гц. Внешняя токовая измерительная цепь подключается к зажимам 1 и 4, при этом зажим 4 соединяется с выходом преобразователя через обмотку трансформатора TU2. При нагрузке до 500 Ом, согласно инструкции по эксплуатации, преобразователь обеспечивает ток в измерительной цепи около 10 мА.
Рассмотрим работу измерительного устройства. Переменный ток, индуцируемый во вторичной обмотке трансформатора TU2, одновременно проходит и по первичной обмотке трансформатора TU3. Напряжение, образующееся на вторичной обмотке трансформатора TU3 при прохождении в его первичной обмотке измерительного тока, компенсирует напряжение внешней потенциальной измерительной цепи, подключенной к зажимам 2 и 3. Вторичная обмотка трансформатора TU3 подключается к специальному калиброванному переменному сдвоенному резистору (реохорду) R20, R21.
Таблица 1. Технические характеристики измерителей сопротивлений заземлению
Рис. 16. Принципиальная схема измерителя М-416
Компенсация осуществляется путем переключения витков вторичной обмотки трансформатора TU3 и изменения положения сдвоенного резистора. Нескомпенсированное напряжение через усилитель подается на индикатор. Отсутствие тока в цепи индикатора определяет момент компенсации. Сдвоенный резистор и галетный переключатель В1 имеют цифровые шкалы, позволяющие определять измеряемое сопротивление. Усилитель, предназначенный для повышения чувствительности прибора, собран на двух транзисторах Т5 и Тб по схеме с общим эмиттером. Коэффициент усиления его не менее 20. В усилителе применена термостабилизация режима, осуществленная включением в цепь баз транзисторов Т5 и Тб делителей напряжения, состоящих из резисторов R6. R7 и RIO, R11. На входе усилителя включен фильтр, состоящий из конденсаторов С1, С2и реактора (дросселя) L1. Выход усилителя нагружен на фазочувствительный синхронный детектор, выполненный на двух германиевых диодах D1 и D2, включенных по схеме однополупериодного выпрямления. Выпрямленное напряжение поступает На микроамперметр магнитоэлектрической системы цА.
Рис 17. Функциональная схема измерителя Ф-4103
Прибор М-416 выполнен в пластмассовом корпусе с откидной крышкой. На лицевой стороне прибора расположены ручки переключателя пределов измерения, регулятора чувствительности и реохорда, кнопка включения прибора, четыре зажима для подключения токовой и потенциальной измерительных цепей. Внизу корпуса имеется отсек для размещения элементов питания. Масса прибора без упаковки 3 кг, габарит 245 х 140 х 160 мм.
Внешняя потенциальная цепь присоединяется к двум потенциальным зажимам. В приборе предусмотрена регулировка потенциальной цепи для обеспечения постоянного значения сопротивления.
Характеристики измерителей М-416 и МС-08 (см. табл. 1) предъявляют ряд требований к условиям измерений, в первую очередь к сопротивлению внешней токовой цепи. Допустимые значения сопротивления токовой цепи (0,25 - 1кОм - для МС-08; 0,5 - 1 кОм - для М-416) не позволяют применять эти приборы при измерениях в грунтах с высоким удельным сопротивлением.
В приборе Ф-4103 по сравнению с измерителем М-416 нижний предел измерения уменьшен до 0,03 Ом, а высокое входное сопротивление (выше в 2000 раз по сравнению с М-416 и составляет 840 кОм) позволяет увеличить сопротивление токовых и потенциальных электродов соответственно до 1000 и 2000 Ом в диапазоне R = 0,03 ^ 0,3 Ом. Функциональная схема измерителя Ф-4103 приведена на рис. 17. Она состоит из генератора измерительного тока ГТ и избирательного вольтметра ИВ с зажимами 77, 72 и /77, /72 для подключения токовых и потенциальных электродов соответственно. Генератор измерительного тока предназначен для формирования стабилизированного измерительного тока прямоугольной формы частотой 280 Гц. Он состоит из стабилизатора напряжения СИ, преобразователя напряжения ПН, усилителя мощности УМ и стабилизатора измерительного тока СТ. Усилитель мощности питается от стабилизатора напряжения при нажатой кнопке ИЗМ. Избирательный вольтметр на фоне помех выделяет полезный сигнал частотой 280 Гц, пропорциональный измеряемому сопротивлению. Вольтметр состоит из входного делителя ВД, фильтра нижних частот ФНЧ, ключа ПКО, синхронного интегратора СИ, усилителя У, синхронного детектора СД, формирователя синхронизирующих импульсов ФСИ, измерительного прибора ИП. В качестве измерительного прибора использован микроамперметр типа М-93 на ток 200 мкА. Функциональные узлы и блоки собраны на полупроводниковых и интегральных микросхемах с применением печатного монтажа, напряжение питания — 11-15 В от сухих элементов, обеспечивающих до 500 измерений.
