CN106054068A - 触电保安器专用测试仪器 - Google Patents

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窦汶汶
郏震清
马超
李翠霞
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马晶
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Abstract

本发明公开了触电保安器专用测试仪器，包括单片机，所述单片机分别与电压检测电路及电流检测电路相连，电压检测电路及电流检测电路均与触电保安器相连，所述单片机还通过第一驱动电路、电阻调节单元与触电保安器相连，所述单片机分别通过第二驱动电路及闭合关断检测电路与触电保安器相连；本发明通过单片机根据第二驱动电路的驱动信号及触电保安器的动作信号之间时间差得到触电保安器动作时间，通过该动作时间可以高精度得到该触电保安器的开关弹跳性能。电流检测电路能够准确检测触电保安器在不同电阻值时的泄露电流。通过电阻调节单元可自动调整电阻值，使之能不断接近触电保安器动作的需要的最小电流。

Description

触电保安器专用测试仪器
技术领域
本发明涉及电气设备测试领域，具体涉及触电保安器专用测试仪器。
背景技术
触电保安器：又称漏电保护器，电气设备发生意外触电时，在触电保安器的作用下电源会自动切除，不会造成人身事故。
传统的触电保安器测试仪器为一个毫安表和水阻盒组成，装置非常简陋，不易操作，且无法准确测出触电保安器动作时间和泄漏电流大小。
目前，虽然也有改进的触电保安器测试仪器，但是，体积较大，且在检测是实时性及精度均不够高。
触电保安器弹跳性能通过弹跳时间来表示，合闸弹跳时间指在合闸时触头刚接触直至触头稳定接触瞬间为止的时间。
发明内容
为解决现有技术存在的不足，本发明公开了触电保安器专用测试仪器，该测试仪器主要用于测试触电保安器的开关弹跳性能及漏电电流测试，具有实时性强、精度高等优点。
为实现上述目的，本发明的具体方案如下：
触电保安器专用测试仪器，包括单片机，所述单片机分别与电压检测电路及电流检测电路相连，电压检测电路及电流检测电路均与触电保安器相连，所述单片机还通过第一驱动电路、电阻调节单元与触电保安器相连，所述单片机分别通过第二驱动电路及闭合关断检测电路与触电保安器相连；
所述单片机通过控制第一驱动电路继而控制电阻调节单元接入的电阻，在不同的电阻接入时，单片机通过电流检测电路检测触电保安器的泄露电流；
所述电压检测单元用于检测触电保安器所在电路的电压并传输之单片机，单片机根据接收的电压值通过第二驱动电路驱动触电保安器动作，闭合关断检测电路检测触电保安器动作的动作信号并传输至单片机，单片机根据第二驱动电路的驱动信号及触电保安器的动作信号之间时间差得到触电保安器动作时间。
所述电阻调节单元为多个并联的电阻，每个电阻均与相应的开关相连。通过第一驱动电路驱动相应的开关动作继而控制接入的电阻的大小。
进一步的，所述第一驱动电路为SSR固态继电器驱动电路，所述SSR固态继电器驱动电路包括光电隔离电路及达林顿驱动电路，光电隔离电路的输入端与单片机相连，光电隔离电路的输出端与达林顿驱动电路。
进一步的，所述光电隔离电路包括光电耦合器，光电耦合器的一个输入端与单片机相连，另一个输入端与串联的电阻及二极管相连。
进一步的，所述达林顿驱动电路第一三极管及第二三极管，第一三极管的基极通过电阻与光电耦合器的输出相连，第一三极管的发射极与第二三极管的基极相连，第一三极管及第二三极管的集电极分别通过电阻与继电器相连，其中，两个电阻的公共端与继电器之间还连接有二极管。
进一步的，所述电压检测电路包括电阻分压网络电路及减法运算电路，电阻分压网络电路包括第一电阻及与第一电阻相连的第二电阻，第二电阻与电容相并联，电阻分压网络电路用于等比例的衰减被测电压信号。
进一步的，减法运算电路包括运算放大器，运算放大器正极端与地之间连接有磁珠，算放大器负极端分两路，一路与可调电阻相连，另一路与相并联的电阻及电容电路相连，相并联的电阻及电容电路与运算放大器输出端相连。
进一步的，所述电流检测电路包括依次连接的精密测流电阻、窗口比较器电路及减法运算电路，所述精密测流电阻串联在被测回路中，将被测电流等比例的转换为电压信号；窗口比较器用于提取精密测流电阻的电压差信号，减法运算电路用于将电压差信号等比例的衰减。
进一步的，所述单片机还分别与复位电路、报警电路、显示装置、上位机相连。显示装置为液晶显示器，相关测试参数均可显示。
进一步的，所述上位机还分别与打印机及云端服务器相连。
进一步的，所述单片机为CMOS单片机，所述复位电路包括看门狗电路单元，所述看门狗电路单元的输入端与CMOS单片机的刷新引脚相连，看门狗电路单元的复位输出端接延时电路单元的输入端，延时电路单元的输出端与开关动作电路相连，开关动作单元串接在用于给单片机供电的电源线上。
本发明的有益效果：
本发明通过单片机根据第二驱动电路的驱动信号及触电保安器的动作信号之间时间差得到触电保安器动作时间，通过该动作时间可以高精度得到该触电保安器的开关弹跳性能。
电流检测电路能够准确检测触电保安器在不同电阻值时的泄露电流。
通过电阻调节单元可自动调整电阻值，使之能不断接近触电保安器动作的需要的最小电流。
本申请的固态继电器驱动电路。该电路能够可靠的开通、关断固态继电器。实现了单片机与强电回路的可靠隔离，保护了单片机控制器端口。该电路增加了光耦限流措施、复合驱动增强驱动电流措施、固态继电器续流措施。
本申请的电压检测电路。该电路可以等比例的获得被测电压信号。同时，该电路增加了磁珠元件，可以后效滤除被测回路的高频干扰，提高测量精度。
附图说明
图1本发明的整体架构框图；
图2复位电路具体电路图；
图3 SSR固态继电器驱动电路图；
图4电压检测电路图；
图5电流检测电路图；
图中，1、触电保安器，2、第一驱动电路，3、电阻调节单元，4、单片机，5、电压检测电路，6、电流检测电路，7、第二驱动电路，8、闭合关断检测电路，9、复位电路，10、报警电路，11、显示装置，12、上位机，13、打印机，14、云端服务器。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明进行详细说明：
如图1所示，触电保安器专用测试仪器，包括单片机4，所述单片机4分别与电压检测电路5及电流检测电路6相连，电压检测电路5及电流检测电路6均与触电保安器1相连，所述单片机4还通过第一驱动电路2、电阻调节单元3与触电保安器1相连，所述单片机4分别通过第二驱动电路7及闭合关断检测电路8与触电保安器1相连；
单片机4通过控制第一驱动电路2继而控制电阻调节单元3接入的电阻，在不同的电阻接入时，单片机4通过电流检测电路6检测触电保安器1的泄露电流；
电压检测单元5用于检测触电保安器1所在电路的电压并传输之单片机4，单片机4根据接收的电压值通过第二驱动电路7驱动触电保安器1动作，闭合关断检测电路8检测触电保安器1动作的动作信号并传输至单片机4，单片机4根据第二驱动电路7的驱动信号及触电保安器1的动作信号之间时间差得到触电保安器1动作时间。
单片机4还分别与复位电路9、报警电路10、显示装置11、上位机12相连。显示装置11为液晶显示器，相关测试参数均可显示。单片机4将相关信息传输至上位机12，便于远程查看，上位机12还分别与打印机13及云端服务器14相连。上位机12将数据传输至云端服务器14，便于后续的数据存储及分析。报警电路10为指示灯，或指示灯与蜂鸣器的组合。
如图2所示，复位电路9中，看门狗电路单元包括电阻R4和芯片U1。看门狗芯片U1通过电阻R4和CMOS单片机的管脚相连，当CMOS单片机正常工作时，单片机定时给出WDI信号，看门狗芯片U1处于正常工作状态，U1的3脚RESET输出高电平，RESET与后面的延时电路单元连接。延时电路单元包括MOS管Q2，电阻R1和电阻R3，电容E1。开关动作单元包括二极管D1，电阻R2，三极管Q3和MOS管Q1。
当CMOS单片机正常工作时，来自单片机的信号WDI为正常秒冲信号，U1的3脚RESET输出低电平，延时电路单元的MOS管Q2不导通，该单元的VCC通过电阻R1和电阻R3给电容E1充电，当电压超过二极管D1和三极管Q3的节电压时，开关动作单元的三极管Q3导通，Q1导通，5V电源信号通过MOS管Q1输出VCC信号提供给CMOS单片机正常工作。
当CMOS单片机发生闩锁时，来自单片机的WDI信号中断，看门狗电路单元U1的3脚RESET输出一个200ms的高电平信号，延时电路单元的Q2导通，瞬间电阻R3与MOS管Q2的连接点被拉低，拉低时间和电阻R3月电容E1的值有关，根据CMOS单片机断电复位时间的要求可以合理选择。电阻R3与MOS管Q2的连接点输出的低电平信号，使后续的开关动作单元的三极管Q3和MOS管Q1不导通，切断VCC供电，从而实现强制CMOS单片机退出闩锁状态。
看门狗电路单元U1的3脚RESET输出的脉冲信号为200ms，200ms以后即输出低电平，恢复到上述CMOS单片机正常工作时的逻辑状态，从而实现了CMOS单片机再次供电。
SSR固态继电器驱动电路如图3所示。驱动电路由光电隔离、达林顿驱动构成。
光电隔离部分：光电隔离由二极管D5、电阻R9、光偶U2构成。R9、D5的作用是限流、防止反接，保护单片机端口和光偶U2。光电隔离的作用是切断微控制器单片机与负载电路的联系，保护单片机端口。
达林顿驱动电路：达林顿驱动电路是由三极管Q1、Q2，上拉电阻R10R11续流二极管D6、固态继电器SSR构成的。Q1、Q2复合驱动提高了固态继电器的驱动电流，确保可靠的开通和关断。二极管D6在固态继电器关断时，提供了续流通道，避免出现电火花。
本申请还公开了一种电压检测电路5：如图4所示，电压检测电路在本系统中，承担着检测直流母线电压、检测蓄电池电压的作用。
电压检测电路由电阻分压网络、减法运算电路构成。
电阻分压网络的作用是等比例的衰减被测电压信号，使之满足单片机采样端口的需要。
减法运算电路的作用是提取电阻分压网络的差值信号，并将该差值进一步等比例的衰减为低幅值信号，并输送给单片机的采样端口。在减法运算电路中增加了磁珠，用于消耗系统内的高频干扰成分，提高测量精度。
本申请还公开了一种电流检测电路6：如图5所示，电流检测电路在本系统中，承担着检测蓄电池充放电电流、光伏板电流的作用。
电流检测电路主要有精密测流电阻、窗口比较器、减法运算电路构成。
精密测流电阻串联在被测回路中，将被测电流等比例的转换为电压信号。
窗口比较器的作用精确的提取测流电阻的电压差信号。
减法运算电路的作用是将电压差信号等比例的衰减，以满足DSP模拟采样端口的要求。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.触电保安器专用测试仪器，其特征是，包括单片机，所述单片机分别与电压检测电路及电流检测电路相连，电压检测电路及电流检测电路均与触电保安器相连，所述单片机还通过第一驱动电路、电阻调节单元与触电保安器相连，所述单片机分别通过第二驱动电路及闭合关断检测电路与触电保安器相连；
所述单片机通过控制第一驱动电路继而控制电阻调节单元接入的电阻，在不同的电阻接入时，单片机通过电流检测电路检测触电保安器的泄露电流；
所述电压检测单元用于检测触电保安器所在电路的电压并传输之单片机，单片机根据接收的电压值通过第二驱动电路驱动触电保安器动作，闭合关断检测电路检测触电保安器动作的动作信号并传输至单片机，单片机根据第二驱动电路的驱动信号及触电保安器的动作信号之间时间差得到触电保安器动作时间。
2.如权利要求1所述的触电保安器专用测试仪器，其特征是，所述电阻调节单元为多个并联的电阻，每个电阻均与相应的开关相连，通过第一驱动电路驱动相应的开关动作继而控制接入的电阻的大小。
3.如权利要求1或2所述的触电保安器专用测试仪器，其特征是，所述第一驱动电路为SSR固态继电器驱动电路，所述SSR固态继电器驱动电路包括光电隔离电路及达林顿驱动电路，光电隔离电路的输入端与单片机相连，光电隔离电路的输出端与达林顿驱动电路；
所述光电隔离电路包括光电耦合器，光电耦合器的一个输入端与单片机相连，另一个输入端与串联的电阻及二极管相连。
4.如权利要求3所述的触电保安器专用测试仪器，其特征是，所述达林顿驱动电路第一三极管及第二三极管，第一三极管的基极通过电阻与光电耦合器的输出相连，第一三极管的发射极与第二三极管的基极相连，第一三极管及第二三极管的集电极分别通过电阻与继电器相连，其中，两个电阻的公共端与继电器之间还连接有二极管。
5.如权利要求1所述的触电保安器专用测试仪器，其特征是，所述电压检测电路包括电阻分压网络电路及减法运算电路，电阻分压网络电路包括第一电阻及与第一电阻相连的第二电阻，第二电阻与电容相并联，电阻分压网络电路用于等比例的衰减被测电压信号。
6.如权利要求5所述的触电保安器专用测试仪器，其特征是，减法运算电路包括运算放大器，运算放大器正极端与地之间连接有磁珠，算放大器负极端分两路，一路与可调电阻相连，另一路与相并联的电阻及电容电路相连，相并联的电阻及电容电路与运算放大器输出端相连。
7.如权利要求1所述的触电保安器专用测试仪器，其特征是，所述电流检测电路包括依次连接的精密测流电阻、窗口比较器电路及减法运算电路，所述精密测流电阻串联在被测回路中，将被测电流等比例的转换为电压信号；窗口比较器用于提取精密测流电阻的电压差信号，减法运算电路用于将电压差信号等比例的衰减。
8.如权利要求1所述的触电保安器专用测试仪器，其特征是，所述单片机还分别与复位电路、报警电路、显示装置、上位机相连，显示装置为液晶显示器。
9.如权利要求1所述的触电保安器专用测试仪器，其特征是，所述上位机还分别与打印机及云端服务器相连。
10.如权利要求8所述的触电保安器专用测试仪器，其特征是，所述单片机为CMOS单片机，所述复位电路包括看门狗电路单元，所述看门狗电路单元的输入端与CMOS单片机的刷新引脚相连，看门狗电路单元的复位输出端接延时电路单元的输入端，延时电路单元的输出端与开关动作电路相连，开关动作单元串接在用于给单片机供电的电源线上。
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