专利名称：：多点接地电阻即时监测装置的制作方法
技术领域：
：本发明涉及接地电阻的检测，尤其涉及一种同时监测多个工作站的接地电阻，并在测知异常的接地状况发生时即时发出警示的装置。
背景技术：
：良好的接地是避免静电危害的最重要方法，但尽管在科技发达的今天，要做到良好的接地却仍是一件困难的工作。在高科技的半导体、电子产业，因为静电破坏而造成重要制程的失败或昂贵原物料的损失还是时有所闻。其它在一些具有易燃物质的工作环境里，像是加油站、化学工厂、瓦斯添加站等，不良的接地代表的不仅是可能的财产损失，更可能危害到宝贵的生命。一般现有的生产工作环境中，常包含多条组装线，而一条组装线常包含着多个依序排列的组装站。为了避免在组装站进行组装工作的作业人员身上携带或累积的静电伤害到组装站所用的电子零件、测具、或是组装中的产品，作业人员通常会被要求穿着防静电衣、鞋，作业人员也通常会被要求配戴防静电的腕带(wriststrap)，另外地面上通常也会铺设防静电的地垫(floormat)、组装站的桌面上设有防静电的桌垫(tablemat)等。如图1a所示，组装站的地垫10、桌垫20、腕带(未图示)通常都是以导线连接到组装站的一个共同点接地(commonpointground)30。共同点接地通常是一个固定在组装站适当位置的金属片或金属导线。如图1b所示，一条组装线的各个组装站的共同点接地30通常是用一条导线40所串联起来，各条组装线的导线40最后再汇集一起、或是分别的和(1)设备接地(equipmentground)连接或是和(2)另外独立于设备接地之外的大地接地(earthground)连接。设备接地通常就是交流市电的地线所提供的接地。通常建筑物在构建时就会事先将一根地棒(groundbar)深深打入地里、或是将多根地棒打入地里并连接构成一个地网70。交流市电的地线通常就是和地棒或地网连接，而后经过总分线箱60分配到各楼层的分线箱50、然后再由分线箱50连接到各个电源插座(未图示)。独立于设备接地之外的大地接地则是接在另外设置的地棒或地网。通过这样的安排，作业人员身上携带或工作中累积的静电会经由腕带、桌垫、或地垫、组装站的共同点接地、建筑的设备接地或另外独立的大地接地漏泄到大地，以排除可能的静电危害。前述的接地架构也常见于包含多个工作机台(例如电子零件的表面黏着机)的生产线。这些工作机台通常各自经由电源插座与设备接地连接。除了生产线以外，加油站的加油岛也具有类似的环境。通常一个加油岛设置有多座加油机，每一加油机又有多把加油枪提供不同的油品。通常每座加油机内部都设有接地线路与每把加油枪连接。每一加油岛的加油机的接地线路则通常连接到加油站的一根地棒或地网。不论是组装线、生产线、加油岛、或是其它类似的环境，都是包含有多个工作站(以下本文以“工作站”总称这些组装站、工作机台、加油机、或是类似的一个需要良好接地的一个工作点)，而这些工作站都必须要有良好的接地以避免因接地不良所产生的危害。但是常见的情形是，地棒或地网可能因为长期埋在地里受潮锈蚀，造成接地电阻过大、甚至丧失接地的功能；或者因为施工不慎或其它因素，分线箱根本就未跟地棒或地网连接；又或者地棒或地网、设备接地和工作站之间的电气连结因为某些原因而断路，这些都会导致一或多个工作站无法提供良好的接地。因此作业人员身上携带或工作中累积的静电极可能就会损害组装、生产过程中的成品或半成品，甚至是昂贵的电子工具、机台本身。目前一般现有的作法都是仅能解决前述问题的一部份，最常见的就是以人工的方式定期检测各个工作站的接地。比方说，目前常用的人工测量接地电阻的方法是采特殊的接地电阻测量仪以三点接地的方式进行测量。所谓三点测量法，是将接地电阻测量仪的二条测试线，连接到预先打好的二根辅助接地棒，而将第三条测试线连接到待测的接地棒或接地网。可以预见的是，这种方式不仅费时费力，而且只适合测量地棒或地网的接地电阻，对于位于室内或位于高楼层的接地点这种方式并不适合，同时也无法得知从地棒或地网到使用端待测接地点之间是否有任何电气传输障碍。此外，以人工方式周期性的检查，还是无法即时发现在二次检测之间的期间内发生的接地障碍。另外，如美国专利5,623,255号提供的警示型腕带，会在腕带和共同点接地脱离时发出音响的警报，但只要腕带和共同点接地保持连接，即使共同接地点完全没有提供接地，腕带是不会发出警报的，因此无法侦测到共同点接地是否确实提供有效的接地。还有如中国台湾专利公告448,414号提供的接地监测装置，提供了对一特定接地点的接地电阻的即时监控与自动报警，但要对多个工作站同时进行监测的话，则需要装设多台监测装置，如此一来成本过高，二来也欠缺集中监控管理的便利。而且这些接地监测装置运作上多会需要一个已经确知良好的接地以做为参考。要找到这样一个接地、并确知其为良好的，势必须要用到其它测量装置与作法，例如前述的接地电阻测量仪以及三点测量法，额外增加了许多安装监测装置的困难和成本、时间。更令人困扰的是，如果这个“已经确知良好的接地”是不是能一直保持“良好”的状态也有不确定性的话，这个“已经确知良好的接地”也需要定期检测，不然监测装置监测的结果也是不确定的。
发明内容因此，本发明提出一种针对多个工作站或是其它类似的工作环境，同时监控多点的接地电阻的监测装置，以解决前述现有作法的各种不便与困难。本监测装置主要的特点之一是利用可以方便取得的交流市电的接地和待测接地点之间经由大地构成的回路来进行待测接地点接地电阻的测量和监控。本监测装置另一主要的特点是可以随时简易的检测交流市电的接地是否良好，不需要用到费时费力的接地电阻测量仪以及三点测量法。本监测装置再一主要的特点是，可以将测量导线过长而具有相当电阻的因素纳入考虑，而将测量结果做适当的修正，以避免做出误判。本监测装置具有多个监视端口，以导线并联连接多个被监控的工作站的共同点接地、设备接地、或是其它适当的接地点。每一端口可以依侦测对象设定不同的接地电阻安全范围、以及当监测到的接地电阻超出安全范围时的警示方式。另外由于导线可能延伸相当长的距离而具有相当的电阻，因此每一端口具有自动校正功能，避免监测线路本身的电阻影响测量的结果。当任一端口侦测到的接地电阻超出安全范围时，本监视装置即自动发出警报。本监视装置并提供一个网络界面，可供远端通过网络进行监测。本监测装置主要包含一处理单元、一显示与操作单元、一检验与电源单元、以及一测量单元。处理单元是本监测装置的运算与处理核心，其它所有单元均与其具有双向的连结与信息交换。显示与操作单元是本监测装置的主要人机界面，提供参数的设定、监测结果的显示、以及警示的发出等功能。检验与电源单元与外部的交流市电连接，将其变压整流后供给其它单元作为运作所需的电力，并将外部的交流市电的接地提供给测量单元作为测量各监视端口接地电阻参考之用。为了确保后者的测量结果的正确性，检验与电源单元另一重要功能就是检验外部的交流市电的接地是否正常、以及交流市电的接地电阻数值。测量单元在处理单元的控制下，周期性的通过前述多个监视端口测量多个接地点的接地电阻，交由处理单元处理，而处理单元一一与其安全范围比较，如有异常，即通过显示与操作单元发出警示。本监测装置可以进一步包含一网络界面单元。该网络界面单元其实就是将显示与操作单元的人机界面以网页或类似的界面方式呈现给通过网络登入的使用者，以供他们由远端进行参数的设定、阅读监测的结果等。同样的，处理单元所发出的警示亦可呈现于网页、或是以适当方式主动传送给特定对象。下面将结合附图、实施例的详细说明及申请专利范围，详述上述及本发明的其它目的与优点。应当了解的是，所示附图仅仅是为解说本发明之精神而设，不应视为本发明范畴的定义。有关本发明范畴的定义，请参照所附申请专利范围。图1a所示是现有的组装站的接地环境；图1b所示是现有的多个组装站的接地环境；图2a所示是依据本发明的监测环境的示意图；图2b所示是依据本发明一实施例的监测装置的功能方块图；图2c所示是依据本发明一实施例的显示与操作单元的示意图；图2d所示是依据本发明一实施例的接地电阻测量的示意图；图2e所示是依据本发明一实施例的接地电阻测量的示意图；图2f所示是依据本发明一实施例的检验部的示意图。具体实施例方式图2a所示是依据本发明的监测环境的示意图。如图所示，本发明的监测装置100是一独立的装置，其一方面与一交流电源200(通常是110V或220V的交流市电)连接以撷取所需的电力，并以交流电源200的接地(也就是其地线对大地的电阻)构成监测回路；监测装置100另一方面以二条或更多条的导线300、以并联方式连接到多个接地点400，以测量该接地点的接地电阻。每一接地点400即是被监控的工作站的共同点接地、设备接地、或是其它需要被监控的接地点。如图2a所示，本发明的监测装置100还可以额外连接到一个适当的网络500以提供远端的操作。网络500是一个抽象的概念，其可以是一个有线或无线的区域网络、或是经由一个区域网络连接到一个专属的广域网络或公众网际网络，网络500也可以是移动数据网络(例如2.5G或3G的移动通信网络)。图2b所示是依据本发明一实施例的监测装置的功能方块图。如图所示，监测装置100主要包含一处理单元110、一显示与操作单元120、一检验与电源单元130、以及一测量单元140。其中，显示与操作单元120是监测装置100的主要人机界面。图2c所示是依据本发明一实施例的显示与操作单元的示意图。如图所示，显示与操作单元120在监测装置100的机身上设有一显示屏幕121、与键盘组122，以供使用者进行参数的设定、监测结果的显示等功能。例如，在此实施例中，监测装置100共具有多个监测端口，所以在显示屏幕121上将这多个监测端口所测量到的结果，以“O”表示正常、而以“X”表示异常。请注意到图2c仅为例示，而不是以此为限。另外，显示与操作单元120还可以包含其它常见的控制与显示界面方法，例如以闪烁灯号、或是蜂鸣器、喇叭发出音响来提醒使用者注意到异常状况的发生。显示与操作单元120还可以包含例如继电器的界面以触发其它外部装置的动作。显示与操作单元120是由处理单元110通过二者之间的连接所驱动的，而使用者通过显示与操作单元120所输入的设定也交给处理单元110处理。处理单元110实为监测装置100的运算与处理核心，处理单元110具有一小型的处理器架构，其中包含有处理器、唯读存储器、随机存取存储器、输出入控制器、实时时钟、总线等等。处理单元110与其它所有单元均具有双向的连接以进行信息交换。相关的细节在此就不多赘述。测量单元140具有多个监视端口141、以及一个控制界面142。每一监视端口141用一条导线300连接到一个待测的接地点400。多个监视端口141共同连接到控制界面142。处理单元110周期性的通过控制界面142对每一个待测的接地点400一一进行测量。图2d所示为依据本发明一实施例的接地电阻测量的示意图。如图所示，在处理单元110(见图2b)的控制下，控制界面142选择一特定的监视端口141，并使之与检验与电源单元130所提供的一适当电源电压133接续，进而构成一从电源电压133、经由导线300到待测接地点400、再由待测接地点400经由大地回到电源电压133的回路，而整个回路的电阻为R203(交流市电的接地电阻)+R300(导线的线电阻)+R400(待测接地点的接地电阻)。反之，如果待测接地点400没有正常接地的话，表示无法构成一个经过大地的回路、或是回路的电阻极大，处理单元110用同样的方式推导出来的数值就会非常大，因此就可以判断出待测接地点400有没有正常接地。从图2d可以看出R300(导线300的线电阻)够大的话，有可能会造成误判，因此本发明提供一种自动校正的功能。这个功能需要先将R300(导线300的线电阻)估算出来。图2e所示是依据本发明一实施例的导线电阻测量的示意图。其接续方式与图2d所示类似。首先需要说明的是，本监测装置具有一个第二接地端口132。在本发明的一个特殊校正模式下，本监测装置内部的电路会更改为以这个端口132所连接的接地的来进行监测，而不是使用交流市电的接地。这个端口132的作用之一是，当有另外一个已知良好的接地的话，使用者可以选择使用这个已知良好的接地。这个端口132的另一作用就是用于推导出导线300的电阻。在本发明的特殊校正模式下，将另外一条等长(或长度相当接近)、相同材质(或材料非常近似)的导线301从第二接地端口132连接到同一待测接地点400，从而构成一个回路。整个回路的电阻等于R301(导线301的线电阻)+R300(导线300的线电阻)。导线300、301材质长度相同或非常接近(图中为了表示方便所以看起来不同)，所以R301和R300应相同或非常接近，因而处理单元110只要将测量的结果除以2即可得到R300。处理单元110在一非挥发性存储器(未图示)里为每一监视端口141记录有三个数值，一个就是在该校正模式下所测得的、该监视端口141所连接导线的电阻、另外二个则是该监视端口141所监测的接地点400的接地电阻的安全范围(一个为最小值、一个为最大值)。通常导线300的线电阻非常小，所以通常不需要进行前述的校正动作(导线电阻在非挥发性存储器的内定值为零)，但是当导线300非常长而有可能影响测量结果的话，就可以经由前述的校正模式计算出的导线电阻，由使用者输入或由本装置自动记录到非挥发性存储器里，而在处理单元110在进行监测时，自动将此导线电阻值从测量值中扣除，再和安全范围做比较，如此达到自动校正的功能。检验与电源单元130是从一交流电源200(例如电源插孔)分别以导线取出交流市电的中性线201、火线202、与地线203。检验与电源单元130经过整流稳压后，提供适当的电力给其它单元。检验与电源单元130包含有一检验部131以检测交流市电的接地是否正常及其接地电阻值(即前述的R203)。图2f是本发明一实施例的检验部的示意图。如图所示，检验部131基本上包含负载部1311、切换开关1313。负载部1311包含一具有相当大阻值的电阻1312以及和电阻1312并联的一组电阻(未编号)。在此实施例中，这组电阻包含四种大小的电阻∞(开路)、1MΩ、5.6KΩ、200Ω，而由处理单元110控制负载部1311的多段切换开关(未标号)予以切换。然后通过切换电阻后是否有适当的电流导通进入地线203，就可以由下表所列的导通状况推知地线203的接地是属于哪一种(良好接地、没有接地、还是假接地)以及其接地电阻值。如果地线203确实良好接地，那么不论切换到四个电阻中的哪一个电阻，都会有电流导通进入地线203(可以想像图中的问号是通路)。同理，如果地线203没有接地，那么不论切换到四个电阻中的哪一个电阻，都不会有电流导通进入地线203(可以想像图中的问号是断路)。比较特别的是假接地。假接地是一种不良的接地，这种不良的接地可以漏泄少量的电流但是当电流大时就无法排除。所以当以小电阻(例如5.6KΩ和200Ω)和电阻1312(具有相当大的阻值)并联时，地线203的不良接地是无法收纳这样的大电流，但是当以大电阻(例如∞和1MΩ)和电阻1312(具有相当大的阻值)并联时，少量的电流还是可以经由地线203漏泄。测试的结果由处理单元110通过显示与操作单元120灯号的明灭、音响的发出，可以告知使用者地线203是否良好。请注意上述负载部1311所含的电阻组合仅属示例，其实不以上述组合为限。处理单元110将测量所得的接地电阻值(R203)记录在非挥发性存储器里，以供计算待测接地点接地电阻之用。由于现实环境中有时火线202和中性线201的极性是接反的(亦即交流电压是来自中性线201、而非火线202)。因此切换开关1313可以选择切换以火线202或是中性线201为输入。使用者可先以火线202为输入，但是如果发现不论选择何种负载均不导通的话，可将切换开关1313切到以中性线201为输入。如果测试结果发现确实有构成通路的情形的话，代表交流电源200的极性相反。然后依照检测结果，本实施例还是可以判断地线203的接地情形。如图2b所示，监测装置100可以进一步包含一网络界面单元150。该网络界面单元其实就是将显示与操作单元的人机界面以网页或其它类似的文字或图形界面方式呈现给通过一个网络500登入的使用者，以供他们由远端进行参数的设定、阅读监测的结果等，另外发现有接地点异常的情形，其警示亦可呈现于此界面。如前所述，网络500在此是一个抽象的概念，其可以是一个有线或无线的区域网络、或是经由一个区域网络连接到一个专属的广域网络或公众网际网络，网络500也可以是移动数据网络(例如2.5G或3G的移动通信网络)。因此视网络500的形式、协定，网络界面单元150具有匹配的实体界面端口、并支持相容的通信协定。另外，除了被动的供使用者登入检视外，网络界面单元150也可以适当方式主动传送警示给特定对象，例如通过电子邮件、简讯、甚至直接拨号给特定对象等。监测装置100的使用方式概述如下。首先，将监测装置连接到一个交流电源200(通常是个电源插座)，启动监测装置100的一检验模式以确定该交流电源200的地线203具有良好的接地，同时将测量到的接地电阻值记录起来；接下来，使用导线300将各个待测接地点400分别连接到各个监视端口141，如果担心某些导线300过长，可以针对这些导线300使用前述的校正模式计算并记录这些导线300的电阻；接着，针对各个待测接地点400输入其安全范围阻值，使监测装置100周期性地自动对每一待测接地点400计算其接地电阻，并与其安全范围阻值比较，如果超出其范围之外的话，就发出适当的警示以提醒操作人员及早处理。如果监测装置100具有网络的界面，则前述的操作过程还包括以适当的连线与网络500接续、以及设定监测装置100与网络通信相关的参数，例如网络地址、掩码(mask)、网关(gateway)地址等。通过以上具体实施例的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所公开的具体实施例来对本发明的范围加以限制。相反地，其目的是希望能把各种改变及具相等性的安排涵盖在本发明申请的权利要求的范围内。权利要求1.一种多点接地电阻即时监测装置，同时测量多个接地点的接地电阻，其特征在于，至少包含一处理单元，该处理单元与其它所有单元均具有双向的连接以进行信息交换；一显示与操作单元，至少包含一显示屏幕与一键盘组以作为该多点接地电阻即时监测装置的一人机界面；一检验与电源单元，该检验与电源单元与一交流电源的一中性线、一火线、一地线连接，该检验与电源单元将该交流电源的交流电整流稳压后，提供适当的电力给该多点接地电阻即时监测装置的其它单元，该检验与电源单元具有一检验部以检验该地线具有一适当的接地及其接地电阻值、一内部电源电压以供该多个接地点的接地电阻的测量；以及一测量单元，至少包含多个监视端口、以及一控制界面，该多个监视端口共同连接到该控制界面，该多个监视端口分别以导线与该多个接地点连接；其中，该处理单元在一正常监测模式下，周期性的对每一监视端口，由该内部电源电压经由该监视端口、该监视端口所连接的一导线、该导线所连接的一接地点、大地、该交流电源的该地线而构成一回路以测量该接地点的接地电阻，该处理单元将测量所得的该接地电阻与该接地端口的一安全范围比较，如超出该安全范围即由该显示与操作单元发出警示。2.如权利要求1所述的多点接地电阻即时监测装置，其特征在于，所述安全范围包含一最低接地电阻值与一最高接地电阻值。3.如权利要求1所述的多点接地电阻即时监测装置，进一步包含一第二接地端口，在该多点接地电阻即时监测装置的一特殊校正模式下，该多点接地电阻即时监测装置改以该第二接地端口所连接的一外部接地的来进行监测，而不是使用该地线的接地。4.如权利要求3所述的多点接地电阻即时监测装置，其特征在于，从一接地点以一条实质上与该导线具有相当接近电阻的第二导线连接到该第二接地端口；该处理单元于该特殊校正模式下，由该内部电压经由该监视端口、该监视端口所连接的该导线、该导线所连接的该接地点、该第二导线，而构成一回路以测量该导线的电阻值。5.如权利要求4所述的多点接地电阻即时监测装置，其特征在于，该处理单元于该正常监测模式下，将测量所得的该接地电阻与该接地端口的该安全范围比较前，会先将该导线电阻值扣除。6.如权利要求1所述的多点接地电阻即时监测装置，其特征在于，该处理单元于该正常监测模式下，将测量所得的该接地电阻与该接地端口的该安全范围比较前，会先将该导线的一电阻值扣除。7.如权利要求1所述的多点接地电阻即时监测装置，其特征在于，该检验部具有多个负载，通过该交流电源经由该多个负载至该交流电源地线的导通情形，以判断该地线是否具有一适当的接地。8.如权利要求7所述的多点接地电阻即时监测装置，其特征在于，该检验部具有一切换开关以切换以该火线与该中性线二者之一与该多个负载连接，以判断该火线与该中性线是否有反接的情形。9.如权利要求1所述的多点接地电阻即时监测装置，进一步包含一网络界面单元，该网络界面单元是与一网络连接并对由该网络连接到该多点接地电阻即时监测装置的使用者提供一人机界面。10.如权利要求9所述的多点接地电阻即时监测装置，其特征在于，，该多点接地电阻即时监测装置在侦测到有接地电阻超出对应的安全范围时，经由该网络界面单元以及该网络主动传送警示给一特定对象。全文摘要本发明提出一种接地电阻即时监测装置，可以针对多条生产线上的多个组装站、机台、或是多个加油岛的多台加油机、或是其它类似的工作环境，同时监控各个接地电阻。本发明具有多个监视端口，各以监测线路并联连接多个被监控的工作站，每一端口可以依侦测对象设定不同的接地电阻安全范围、以及当监测到的接地电阻超出安全范围时的警示方式。本发明具有自动校正功能，可以自动排除监测线路本身的电阻，以避免监测线路本身的电阻影响测量的结果。本发明还提供一个网络界面，可供远端通过网络进行监测。文档编号G01R27/02GK101034118SQ20061005733公开日2007年9月12日申请日期2006年3月8日优先权日2006年3月8日发明者杨信明申请人:杨学昌