經(jīng)常在實驗室干活的，難免不被電擊過，尤其是在干燥的北方，“被電”是常有的事情，我記得有一次拿著射頻線往儀表上擰的時候，遇到過一次嚴(yán)重的電火花，瞬間將儀表的射頻口邊緣燒出了一個疤，實驗室遭遇了大范圍斷電。

所以接地很重要，它可以建立可測量的零電位或參考電壓，還可以作為電路故障或雷擊引起的電壓浪涌的耗散路徑。瞬時電壓和靜電積聚也將通過地線而被消除，這樣就保護(hù)了電路元件和在其上工作的人。本篇首先明確電壓和接地的概念，然后介紹一種接地電阻的測試方法。

01

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電壓和接地真的存在嗎？

在學(xué)校的時候，我們都學(xué)過制作電池，最簡單的方法，電池可以通過兩塊金屬插在一個橙子中制成。然后它可以用在如下圖所示的這個燈泡電路中：

一旦開關(guān)閉合，電流將流過燈泡（發(fā)光）并通過電阻返回到另一個電池端。設(shè)備工作在DC（非時變）條件下。但在這種情況下，電壓究竟是什么？電壓定義為電路中兩個節(jié)點（例如電池的兩個節(jié)點）之間的電勢差。注意圖中繪制了接地，接地的定義是什么？電位為零的節(jié)點？

來看“Ground（地面）”這個詞，我們將其定義為地球，即我們腳下連接接地帶的大物質(zhì)球。我們確切地知道它是什么，從電氣上講，地球是一大塊導(dǎo)電材料，并且具有相對可以忽略不計的電阻。

但如果手電筒這種使用電池的設(shè)備與其他任何東西完全電氣隔離，例如我們向空中扔手電筒它仍然可以正常工作。或者飛行中的飛行器。顯然，地面的定義從一個點變成了一個空間體積。這個空間體積代表電流的無限源和匯。也就是說，只要由于電池或發(fā)電機(jī)存在相對于地的電位差，電子就可以永遠(yuǎn)流入或流出該地域。

例如：底盤接地（chasis ground），指的是電器外殼或汽車車身上的接地連接。這種連接在沒有物理接地連接的電路中起著重要作用，包括提供零電位電壓參考和干擾、瞬態(tài)電壓和靜電的耗散點。它通常由金屬外殼或車體上的螺柱或凸塊組成，接地或電池負(fù)極導(dǎo)線連接在上面。

汽車的電氣系統(tǒng)通常是負(fù)地電路，這意味著電池的負(fù)極與車體相連。汽車上的底盤接地點通常是靠近電池的一個大的整體螺柱或螺栓，并直接連接到電池的負(fù)極。因此，車體是車輛整個電氣系統(tǒng)的回流路徑，也是靜電、音響系統(tǒng)的射頻干擾和短路的耗散路徑。一定要先斷開蓄電池的接地線，最后再更換，以避免造成意外的短路和驚人的煙火表演。

對于金屬飛機(jī)，通常情況下，可以用單線電路依靠飛機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)作為電導(dǎo)體（線）或設(shè)備，當(dāng)連接到金屬結(jié)構(gòu)的任何一點時，都被正確地稱為 "接地"。在大多數(shù)飛機(jī)上，要做的是把一根重的電纜或金屬接地帶的一端連接到發(fā)動機(jī)箱上的某個方便的螺栓上。接地帶的另一端應(yīng)終止于飛機(jī)防火墻結(jié)構(gòu)的某個堅固部分。

所以在直流系統(tǒng)中，我們將地定義為對電流沒有阻力的區(qū)域。接地是一個沒有電阻的領(lǐng)域的邊界，或者說它是一個完全導(dǎo)電的材料。在直流情況下，地域內(nèi)的電流被忽略了，而在時變的交流情況下，有沿著這個地表流動的電流，這些電流不能被忽略。下圖是這些電流以及一個橫斷面上的電場和磁場在一個瞬間的箭頭可視化圖：電流（黑色）、電場（紅色）和磁場（藍(lán)色）。

在一個具有無限電導(dǎo)率的材料的表面上，怎么會有有限的電流？要回答這個問題，我們還需要看一下地平面上方的自由空間。這個自由空間有一個阻抗，參考趣味實驗室系列—惱人的EMC單位換算（二），而沿著這個表面流動的電流將看到這個周圍空間的阻抗。所以電壓和接地，是否真的可以絕對做出區(qū)分？

02

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接地電阻的測量

在很多的實驗室建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)中都有關(guān)于接地電阻的規(guī)定，有的不得大于4歐姆，有的不得大于1歐姆，有的甚至要小于0.5歐姆。然而這個接地電阻該如何測量呢？測量方法有很多，這里介紹一種3點（電位下降）法。它用于測量已安裝的接地電極的對地電阻，是比較可靠的測試方法。參考標(biāo)準(zhǔn)是IEEE標(biāo)準(zhǔn)81。

方法是：將C1和P1用跳線連接，連接至被測的接地電極，C2參考桿被直接打入大地，盡可能遠(yuǎn)離被測電極。然后將電位基準(zhǔn)P2打入大地，在設(shè)定的點上，大致在C1和C2之間的直線上。

可以在P2的不同空間進(jìn)行一些測試，將每個P2點的電阻讀數(shù)被記錄下來，并繪制出全電阻曲線。也可以簡化測試，在P2的規(guī)定距離上進(jìn)行三次測量，用數(shù)學(xué)計算來確定電阻。規(guī)定距離采用61.8規(guī)則，即在C1和C2之間距離的61.8%（62%）處對P2進(jìn)行一次測量。

可以看出接地的測量，也是有相對性的，相對于測量中所接的參考地C2。測不準(zhǔn)原理又再次體現(xiàn)了。

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