CN103472345B - 一种电气设备接地线老化检测电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电气设备接地线老化检测电路。该接地线老化检测电路包括电压采集电路、电源管理电路、单片机监控电路，电压采集电路与单片机监控电路相连接，电源管理电路分别与电压采集电路和单片机监控电路相连接。本发明的优点在于：该接地线老化检测电路以单片机为控制中心，用于电气设备，尤其是需要长期使用（如5年以上）或者是工作条件较为恶劣（如具有一定腐蚀性的场合）的电气设备的接地线老化程度的检测，接地线老化后其电阻会增加，该检测电路根据这一原理，在接地线的一端输入一定的电流，并通过放大电路采集接地线输入端的电压，该电压值随着接地线老化程度的增加的增加，当该电压值大于某一阈值时，可认为接地线无法使用。
Description
技术领域
本发明涉及检测电路，尤其涉及一种电气设备接地线老化检测电路。
背景技术
为保证电气设备的自身安全及操作人员的安全，电气设备的外壳通常需要接地处理，尤其是高压电气设备，若出现接地不良，其外壳积聚的静电将达到几万甚至十几万伏，给工作人员的人身安全带来极大威胁。电气设备接地线的老化由两部分组成，一部分是接头因长期暴露在空气中而被逐渐氧化，导致电阻增加；另一部分是导线本身的氧化导致电阻增加，其中以前者为主。当有大电流通过发生氧化的部位时，该部位温度将急剧增加，情况严重时有可能导致火灾，造成重大事故。由于通常情况下接地线的老化是一个长期的过程，因而容易被忽视。而对于工作在野外(如智能电网集中控制器等)或者是具有腐蚀性气体环境下的电气设备，则更容易出现设备接地不良。
目前对于电气设备接地特性的判断通常采用三种方法：工作人员现场观察后根据经验进行判断；根据接地线的规格说明，进行定期更换；采用接地电阻测试仪现场测量。这三种方法都有一定的不足，一种方法依赖于人的经验和直观感觉，最容易出现判断不准；第二种方法中，线路的规格通常具有一定的测试条件，对于安装环境与测试条件不一致的场合，则不适用；第三种方法需要工作人员携带电阻测试仪进行定期测量，且测试仪通常功耗较高，因而不适合在线检测。基于以上情况，开发一种微型化的、低功耗的，能长期作业的检测设备来对电气设备的接地线进行老化状态检测是很实用也很有必要的。
发明内容
本发明的所要解决的技术问题在于提供一种微型化的、低功耗的，能长期作业的检测设备来对电气设备的接地线进行老化状态检测的检测电路。
本发明采用以下技术方案解决上述技术问题的：一种电气设备接地线老化检测电路，包括电压采集电路、电源管理电路、单片机监控电路，电压采集电路与单片机监控电路相连接，电源管理电路分别与电压采集电路和单片机监控电路相连接，所述的电压采集电路包括运算放大器U1、U2，12V电池组V1，电阻R1～R5、二极管D1～D4、待测接地线Rt，运算放大器U1的1脚通过电阻R3与8脚相连接，运算放大器U1的2脚接R1的一端和二极管D1的阳极；电阻R1的另一端与电阻R2的一端相连，且同时与电源管理电路的12V输出端相连；电阻R2的另一端接运算放大器U1的3脚和二极管D3的阳极，二极管D3的阴极与二极管D4的阳极相连，二极管D4的阴极接地，二极管D1的阴极与二极管D2的阳极相连，二极管D2的阴极接至待测接地线Rt与电气设备的连接处，待测接地线Rt的另一端接地，二极管D1～D4为型号相同的高压快速恢复二极管，运算放大器U1的4脚和5脚相连后接地，运算放大器U1的7脚与电源管理电路的3.3V输出端相连，运算放大器U1的6脚通过电阻R4与U2的4脚相连，运算放大器U2的4脚通过电阻R5与运算放大器U2的1脚相连，运算放大器U2的1脚与单片机监控电路相连接，运算放大器U2的2脚与3脚相连后接地，运算放大器U2的5脚与电源管理电路的3.3V输出端相连。
具体的，所述的单片机监控电路包括单片机U4、电阻R10～R13、电容C4、晶振G1、扬声器LS1、三极管T2，单片机U4的1脚与电源管理电路的3.3V输出端相连接，并通过电容C4接地，单片机U4的5脚和6脚分别与电压采集电路和电源管理电路相连，单片机U4的26脚通过晶振G1与其27脚相连接，单片机U4的28脚接地，单片机U4的17脚通过电阻R13与电源管理电路3.3V输出端相连接，并与发光二极管D5的阳极相连，二极管D5的阴极接地，单片机U4的14脚通过电阻R12与电源管理电路3.3V输出端相连接，并通过电阻R10与三极管T2的基极相连，三极管T2的发射极接地，三极管T2的集电极接扬声器LS1的一端，扬声器LS1的另一端通过电阻R11与电源管理电路的12V输出端相连接。
具体的，所述的电源管理电路包括电源转换芯片U3、电池组V1、电阻R6～R9，电容C1～C3、三极管T1，电感L1，电源转换芯片U3的1脚和4脚相连后接地，电源转换芯片U3的2脚和3脚相连后通过电容C2接地，同时接电容C1的正极，电容C1的负极接地，电容C1的正极与电池组V1的正极相连，电池组V1的负极接地，电池组V1的正极接三极管T1的集电极，三极管T1的发射极为12V输出端，分别与电压采集电路和单片机监控电路相连接，三极管T1的基极通过电阻R6与单片机控制电路相连接，电源转换芯片U3的5脚通过电阻R9接地，电源转换芯片U3的6脚通过电阻R7与电源转换芯片U3的8脚相连，电源转换芯片U3的7脚通过电感L1与电源转换芯片U3的6脚相连，电源转换芯片U3的6脚通过电阻R8与电源转换芯片U3的5脚相连接，电源转换芯片U3的6脚通过电容C3接地，电源转换芯片U3的6脚即3.3V电压输出端，分别与电压采集电路和单片机监控电路相连接。
本发明具有的有益效果是：
1、检测电路功耗低，适用于需要长期使用(如5年以上)或者是工作条件较为恶劣(如具有一定腐蚀性的场合)的电气设备的接地线老化程度的检测。
2、检测电路反应灵敏、快速，且结构简单，即适合安装在重要设备中用作实时检测，也可做成手持式检测设备用于日常作业。
3、能有效检测接地线的老化程度，并记录老化过程，为不同环境选择不同等级的接地线及其他导线提供数据支撑。
4、当接地线老化到一定程度时，检测电路即进行报警，防止设备因接地不良出现故障甚至事故。
附图说明
图1是本发明的总体结构框图。
图2是本发明的电压采集电路图。
图3是本发明的电源管理电路图。
图4是本发明的单片机监控电路图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详细的描述。
图1是本发明总体结构框图。包括电压采集电路、电源管理电路、单片机监控电路，电压采集电路与单片机监控电路相连接，电源管理电路分别与电压采集电路和单片机监控电路相连接。
图2是本发明的电压采集电路图。U1和U2是运算放大器，在一个示例中，U1是INA333，U2是OPA333。U1的1脚通过电阻R3与8脚相连接，U1的2脚接R1的一端和D1的阳极；R1的另一端与R2的一端相连，且同时与电源管理电路的12V输出端相连；R2的另一端接U1的3脚和D3的阳极。D3的阴极与D4的阳极相连，D4的阴极接地。D1的阴极与D2的阳极相连，D2的阴极接至被测接地线与电气设备的连接处，被测接地线的另一端接地。D1～D4为型号相同的高压快速恢复二极管，在一个示例中D1～D4为HER108。U1的4脚和5脚相连后接地，U1的7脚与电源管理电路的3.3V输出端相连。U1的6脚通过电阻R4与U2的4脚相连，U2的4脚通过电阻R5与U2的1脚相连，U2的1脚与单片机监控电路相连接。U2的2脚与3脚相连后接地，U2的5脚与电源管理电路的3.3V输出端相连。
图3是本发明的电源管理电路图。U3为电源转换芯片，在一个示例中，U3是TPS62170。U3的1脚和4脚相连后接地，U3的2脚和3脚相连后通过电容C2接地，同时接C1的正极，C1的负极接地。C1的正极与电池组V1的正极相连，V1的负极接地。V1的正极接三极管T1的集电极，T1的发射极为12V输出端，分别与电压采集电路和单片机监控电路相连接；T1的基极通过电阻R6与单片机控制电路相连接。U3的5脚通过电阻R9接地，U3的6脚通过电阻R7与U3的8脚相连；U3的7脚通过电感L1与U3的6脚相连，U3的6脚通过电阻R8与U3的5脚相连接，U3的6脚通过电容C3接地，U3的6脚即3.3V电压输出端，分别与电压采集电路和单片机监控电路相连接。
图4是本发明的单片机监控电路图。U4是单片机，在一个示例中U4是MSP430G2553。U4的1脚与电源管理电路的3.3V输出端相连接，并通过电容C4接地；U4的5脚和6脚分别与电压采集电路和电源管理电路相连。U4的26脚通过晶振G1与其27脚相连接，U4的28脚接地。U4的17脚通过电阻R13与电源管理电路3.3V输出端相连接，并与发光二极管D5的阳极相连，D5的阴极接地。U4的14脚通过电阻R12与电源管理电路3.3V输出端相连接，并通过电阻R10与三极管T2的基极相连。T2的发射极接地，T2的集电极接扬声器LS1的一端，LS1的另一端通过电阻R11与电源管理电路的12V输出端相连接。
本发明的工作过程如下：
电压采集电路中D2的阴极为该接地线老化检测电路的输入端，该端口接至接地线和电气设备的连接处。当电压采集电路开始工作时，因D1～D4型号相同，因而接地正常时，U1的2脚和3脚输入的电压一致，U2的1脚输出到单片机U4的5脚的电压很小。当接地线老化时，接地线的电阻增加，U1的2脚和U1的3脚间的电压差增加，该电压差经U1和U2放大后，输入到单片机U4的5脚的电压增加，且该电压随着接地线老化程度的增加而增加，通过判断该电压值，即可判断线路的老化程度。用户可以通过前期试验，设置报警阈值，即当检测到的电压到达该阈值时，单片机控制扬声器LS1和发光二极管D5工作，产生声光报警。
由于线路的老化过程非常缓慢，因而如果一直对线路进行检查，则会造成电池组电量浪费。因而该接地线老化检测电路的电压采集电路的12V电压由单片机通过电阻R6控制三极管T1来实现。用户可以在单片机中设定检测频率和检测时间，如每一天检测一次，每次检测三分钟。则需检测时，单片机U4的6脚置高电平，T1导通，从而使电压采集电路工作。不检测时，U4的6脚置低电平，电压采集电路不工作，从而可以起到省电的作用。该检测电路中所用的芯片均为低功耗芯片，目的在于延长电池的使用寿命和整个检测电路的作业时间。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种电气设备接地线老化检测电路，包括电压采集电路、电源管理电路、单片机监控电路，电压采集电路与单片机监控电路相连接，电源管理电路分别与电压采集电路和单片机监控电路相连接，其特征在于：所述的电压采集电路包括运算放大器U1、U2，12V电池组V1，电阻R1～R5、二极管D1～D4、待测接地线Rt，运算放大器U1的1脚通过电阻R3与8脚相连接，运算放大器U1的2脚接R1的一端和二极管D1的阳极；电阻R1的另一端与电阻R2的一端相连，且同时与电源管理电路的12V输出端相连；电阻R2的另一端接运算放大器U1的3脚和二极管D3的阳极，二极管D3的阴极与二极管D4的阳极相连，二极管D4的阴极接地，二极管D1的阴极与二极管D2的阳极相连，二极管D2的阴极接至待测接地线Rt与电气设备的连接处，待测接地线Rt的另一端接地，二极管D1～D4为型号相同的高压快速恢复二极管，运算放大器U1的4脚和5脚相连后接地，运算放大器U1的7脚与电源管理电路的3.3V输出端相连，运算放大器U1的6脚通过电阻R4与U2的4脚相连，运算放大器U2的4脚通过电阻R5与运算放大器U2的1脚相连，运算放大器U2的1脚与单片机监控电路相连接，运算放大器U2的2脚与3脚相连后接地，运算放大器U2的5脚与电源管理电路的3.3V输出端相连。
2.根据权利要求1所述的一种电气设备接地线老化检测电路，其特征在于：所述的单片机监控电路包括单片机U4、电阻R10～R13、电容C4、晶振G1、扬声器LS1、三极管T2，单片机U4的1脚与电源管理电路的3.3V输出端相连接，并通过电容C4接地，单片机U4的5脚和6脚分别与电压采集电路和电源管理电路相连，单片机U4的26脚通过晶振G1与其27脚相连接，单片机U4的28脚接地，单片机U4的17脚通过电阻R13与电源管理电路3.3V输出端相连接，并与发光二极管D5的阳极相连，二极管D5的阴极接地，单片机U4的14脚通过电阻R12与电源管理电路3.3V输出端相连接，并通过电阻R10与三极管T2的基极相连，三极管T2的发射极接地，三极管T2的集电极接扬声器LS1的一端，扬声器LS1的另一端通过电阻R11与电源管理电路的12V输出端相连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种电气设备接地线老化检测电路，其特征在于：所述的电源管理电路包括电源转换芯片U3、电池组V1、电阻R6～R9，电容C1～C3、三极管T1，电感L1，电源转换芯片U3的1脚和4脚相连后接地，电源转换芯片U3的2脚和3脚相连后通过电容C2接地，同时接电容C1的正极，电容C1的负极接地，电容C1的正极与电池组V1的正极相连，电池组V1的负极接地，电池组V1的正极接三极管T1的集电极，三极管T1的发射极为12V输出端，分别与电压采集电路和单片机监控电路相连接，三极管T1的基极通过电阻R6与单片机控制电路相连接，电源转换芯片U3的5脚通过电阻R9接地，电源转换芯片U3的6脚通过电阻R7与电源转换芯片U3的8脚相连，电源转换芯片U3的7脚通过电感L1与电源转换芯片U3的6脚相连，电源转换芯片U3的6脚通过电阻R8与电源转换芯片U3的5脚相连接，电源转换芯片U3的6脚通过电容C3接地，电源转换芯片U3的6脚即3.3V电压输出端，分别与电压采集电路和单片机监控电路相连接。
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