CN107345838A - 断路器的温度采集装置及采集方法 - Google Patents

Abstract

一种断路器的温度采集装置，包括定时器模块100、模数采样驱动模块101、采样值滤波模块102、温度绝对值计算模块103及温度保护功能模块104。本发明还涉及一种断路器的温度采集方法。定时器模块100触发模数采样驱动模块101的采样通道完成温度采样并得到N个采样值A。所述的采样值滤波模块102对N个采样值A进行滤波后计算出一个滤波采样值B。所述的温度绝对值计算模块103能够根据滤波采样值B计算得出采样温度TA。所述的温度保护功能模块104用于将采样温度TA做判断并输出报警信号。本发明提供一种测量准确、操作简便、实用性强的断路器的温度采集装置及采集方法。

Description

断路器的温度采集装置及采集方法

技术领域

本发明涉及低压电器领域，特别是一种断路器的温度采集装置及采集方法。

背景技术

框架断路器、塑壳断路器等低压电器的基本保护，实际上是对断路器温度的保护，由于断路器母排有自身的固有电阻，随着电流的增大，热效应会使得母排温度急剧升高；同时，当断路器母排上有电流通过且断路器处于开合闸或脱扣状态时，此时断路器触头间接触阻抗较大，母线上也将产生很高温度。而当温度大于一定值时，会对断路器的母排及内部元件造成损伤。因此需要对断路器的母排温度进行检测，并当实时温度大于一定值时产生报警，以便用户根据实际情况采取必要的措施，如限制负载的大小等。

目前的温度检测方法只考虑到了电子式控制器内部的温升情况，并不能真正反映当大电流流过时母排真正的温度。并且现有的温度检测装置的安装结构及检测方法复杂，不便于安装，从而降低了将侧效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种测量准确、操作简便、实用性强的断路器的温度采集装置及采集方法。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种断路器的温度采集装置，包括定时器模块100、模数采样驱动模块101、采样值滤波模块102、温度绝对值计算模块103及温度保护功能模块104。所述的模数采样驱动模块101包括模数采样缓存器，所述的定时器模块100用于触发模数采样驱动模块101进行温度采样，模数采样驱动模块101将得到的多个采样值A置于模数采样缓存器内。所述的采样值滤波模块102与模数采样驱动模块101相连接，用于对模数采样缓存器内的多个采样值A进行滤波后得出一个滤波采样值B。所述的温度绝对值计算模块103与采样值滤波模块102相连接能够根据滤波采样值B计算得出采样温度TA。所述的温度保护功能模块104与温度绝对值计算模块103相连接，用于根据采样温度TA输出报警信号。

进一步，还包括显示模块12、按键操作模块13和报警模块14，所述的按键操作模块13及报警模块14与温度保护功能模块104相连接，所述的显示模块12用于显示采样温度TA及温度保护功能模块104的参数值，并且按键操作模块13用于设定温度保护功能模块104的参数值。所述的温度保护功能模块104包括计时器，当采样温度TA大于温度阈值TB并且计时器记录的持续的时间大于等于延迟时间t2时，温度保护功能模块104输出报警信号从而驱动报警模块14工作。

一种断路器的温度采集方法，步骤a：定时器模块100计时达到时长t1的数值时，触发模数采样驱动模块101的采样通道完成一次温度采样并得到一个采样值A。步骤b：当定时器模块100累计经过N个时长t1后得到N个采样值A，采样值滤波模块102对N个采样值A进行滤波后计算出一个滤波采样值B。步骤c：温度绝对值计算模块103根据滤波采样值B计算得出采样温度TA。步骤d：温度保护功能模块104将采样温度TA与温度阈值TB进行比较，若采样温度TA大于温度阈值TB则触发温度保护功能模块104进入保护延迟状态，当保护延迟状态所持续的时间大于等于延迟时间t2时，则温度保护功能模块104进入报警状态。

进一步，步骤b中的采样值滤波模块102先计算出模数采样缓存器内N个采样值A的平均值A1，然后将N个采样值A依次与平均值A1作差得到N个差值，将N个差值依据其绝对值从大到小依次排列得到差值数组，再从差值数组中选出前M个差值，将前M个差值所对应的采样值A去除，将剩余的N-M个采样值A作平均得到滤波采样值B。

进一步，步骤a中N的取值是20，时长t1的取值为5ms，从而模数采样驱动模块101采样得到20个采样值A，步骤b中采样值滤波模块102将计算得到的20个差值依据其绝对值从大到小依次排列得到差值数组，再将差值数组中前4个差值所对应的采样值A去除，然后对剩余的16个采样值A作平均得到滤波采样值B。

进一步，步骤d中的温度保护功能模块104在进入保护延迟状态时，若采样温度TA小于温度阈值TB，则护延迟状态所持续的时间清零，在温度保护功能模块104已经进入报警状态时，若采样温度TA小于温度返回阈值TC则触发温度保护功能模块104进入返回延迟状态，当返回延迟状态所持续的时间大于等于返回延迟时间t3时，则温度保护功能模块104撤销报警状态。

进一步，还包括显示模块12，当定时器模块100每计时达到时长t4的数值时，显示模块12会进入显示程序，此时将步骤c中的采样温度TA存入输出缓存中，再将输出缓存中的数据传入显示缓存区从而进行采样温度TA的数值显示，并且时长t4大于时长t1。

进一步，还包括按键操作模块13，当定时器模块100每计时达到时长t5的数值时，若按键操作模块13有操作动作则进入按键处理状态，从而用于修改步骤d中温度保护功能模块104中设定的参数，并且时长t5大于时长t1。

进一步，在按键处理状态中能够修正温度保护功能模块104中的参数包括温度阈值TB、延迟时间t2、返回阈值TC及返回延迟时间t3。

进一步，步骤a中用于温度采样的传感器为热敏电阻，并且步骤c中的温度绝对值计算模块103得到滤波采样值B所对应的电压值，并根据该电压值所对应的电阻值以及电阻值和温度之间的关系，进而得到采样温度TA。

本发明的断路器的温度采集装置，通过将模数采样驱动模块得到的采样值输入至采样值滤波模块进行处理，不仅提高了采集装置的测量准确性，同时使得采集操作简便。此外，本发明还涉及一种断路器的温度采集方法，通过触发模数采样驱动模块、采样值滤波模块及温度绝对值计算模块的共同作用，实现了温度的准确采集，提高了采集方法的精度，进而提高了对母排温度采集的效率。此外，采集方法中包括了温度保护功能模块，能够进一步增加采集方法的实用性。

附图说明

图1是本发明的连接结构的示意图；

图2是本发明的信号调理模块具体实施例的电路图；

图3是本发明的传感器的接线图；

图4是本发明的多路选择开关的接线图；

图5是本发明的分压电路与电压基准电路的连接电路图；

图6是本发明的控制组件的结构示意图；

图7是本发明的温度采集过程的流程图。

具体实施方式

以下结合附图1至7给出本发明的实施例，进一步说明本发明的断路器的温度采集装置及采集方法具体实施方式。本发明的断路器的温度采集装置及采集方法不限于以下实施例的描述。

图1中断路器的温度采集装置包括控制组件1、多个分别用于采集断路器中各相母排温度的传感器2、多路选择开关5及信号调理模块6。所述的传感器2与分压电路3相连接，所述的分压电路3与电压基准电路4相连接，所述的多路选择开关5设置在传感器2与控制组件1之间，传感器2与分压电路3连接的一端与多路选择开关5连接，多路选择开关5能够将多个传感器2输出的多路分压信号选择输出成一路信号输入至控制组件1中。并且多路选择开关5通过信号调理模块6与控制组件1相连接。控制组件1包括主控芯片，多路选择开关使得传感器与主控芯片之间的连接结构简单，减少了主控单元模拟转换器的接口的数量，提高了温度采集装置的工作效率。

所述信号调理模块6的输入及输出分别与多路选择开关5和控制组件1的模数采样驱动模块101相连接，多路选择开关5输出的一路信号经信号调理模块6调整后输入至模数采样驱动模块101转换成数字信号供控制组件1处理。优选地，如图2所示的是信号调理模块6的一种具体实施例，其中信号调理模块6包括电压跟随器61，所述的电压跟随器61包括第一运放U1，所述第一运放U1的同相输入端与第一电阻R1的一端相连接，第一电阻R1的另一端是与多路选择开关5的输出相连接的跟随器输入端TEMP，第一运放U1的同相输入端与第一电阻R1之间设有接地的第一电容C1，第一运放U1的反相输入端与第一运放U1的输出端相连接，第一运放U1的输出端还与第二电阻R2的一端相连接，第二电阻R2的另一端是与控制组件1的模数采样驱动模块101相连接的跟随器输出端TADC，并且第二电阻R2与跟随器输出端TADC之间设有接地的第二电容C2。信号调理模块采用硬件滤波的方式对模数转换之前的信号进行处理，保证了模数转换的可靠性，从而提高了采集准确性。其中在模数转换器的输入端接入电压跟随器，降低模数转换器的输入电阻，提高采样精度。特别地，信号调理模块6的组成不仅限于电压跟随器61一种实施例，还可以设置用于信号放大作用的运放电路及增加滤波装置。

所述的传感器2分别与断路器中的每个母排相对安装，从而能够实现对断路器每个母排的分别监测，便于用户及时了解断路器母排的工作状况。通过传感器2及分压电路3对基准电源进行分压，从而产生能够由控制单元1进行处理的分压信号。并且为了保证传感器2采集数据的准确性，一种传感器2安装的优选实施例是将传感器2安装在接触片上，所述的接触片固定安装在断路器的母排表面，接触片能将母排上的温度传导至传感器2从而进行温度采集。从传感器安装位置上加以改进将传感器与母排表面紧贴，使得传感器能够反映出母排上的实际温度，提高采集精度。

图3至图5中所示的是传感器2安装电路的一个具体实施例，其中电压基准电路4包括第二运放U2，所述第二运放U2的同相输入端分别与稳压二极管ZD的负极和第七电阻R7的一端相连接，所述稳压二极管ZD的正极接地，所述第七电阻R7的另一端接电压源，第二运放U2的反相输入端与第二运放U2的输出端相连接，第二运放U2的输出端通过第三电容C3接地，并且第二运放U2的输出端还与分压电路3相连接。电路设计中采用稳压二极管输出稳压电源，并用运放电压跟随器提高此稳定电压的驱动能力，从而保证传感器采集工作过程的可靠性。

本实施例中的断路器包括四个母排，四个母排上分别对应安装有第一传感器RV1、第二传感器RV2、第三传感器RV3和第四传感器RV4，所述第一传感器RV1、第二传感器RV2、第三传感器RV3和第四传感器RV4的一端共同接地，另一端设有用于连接分压电路3和多路选择开关5的第一信号端TA、第二信号端TB、第三信号端TC和第四信号端TN，所述的分压电路3包括第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6，所述第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6的一端分别与相对的第一信号端TA、第二信号端TB、第三信号端TC和第四信号端TN相连接，另一端共同与电压基准电路4的输出相连接，所述的第一信号端TA、第二信号端TB、第三信号端TC和第四信号端TN还分别与多路选择开关5的其中四路输入相连接，多路选择开关5的一路输出与控制组件1相连接，并且多路选择开关5的控制管脚与控制组件1相连接，控制组件1能向控制管脚输入控制编码从而选择多路选择开关5的其中一路输入进行输出。

图6所示的温度采集装置包括定时器模块100、模数采样驱动模块101、采样值滤波模块102、温度绝对值计算模块103及温度保护功能模块104。所述的模数采样驱动模块101包括模数采样缓存器，所述的定时器模块100用于触发模数采样驱动模块101进行温度采样，模数采样驱动模块101将得到的多个采样值A置于模数采样缓存器内。所述的采样值滤波模块102与模数采样驱动模块101相连接，用于对模数采样缓存器内的多个采样值A进行滤波后得出一个滤波采样值B。所述的温度绝对值计算模块103与采样值滤波模块102相连接能够根据滤波采样值B计算得出采样温度TA。所述的温度保护功能模块104与温度绝对值计算模块103相连接，用于根据采样温度TA输出报警信号。优选地，定时器模块100、模数采样驱动模块101、采样值滤波模块102、温度绝对值计算模块103及温度保护功能模块104可以集成在一起构成控制组件1，从而便于安装使用。模数采样驱动模块将得到的采样值输入至采样值滤波模块进行处理，不仅提高了采集装置的测量准确性，同时使得采集操作简便。

所述的控制组件1分别与显示模块12及按键操作模块13相连接，所述的按键操作模块13与温度保护功能模块104相连接，并且显示模块12用于显示采样温度TA及温度保护功能模块104的参数值，按键操作模块13用于设定温度保护功能模块104的参数值。此外，控制组件1还与报警模块14相连接，所述的报警模块14与温度保护功能模块104相连接，并且温度保护功能模块104包括计时器，当采样温度TA大于温度阈值TB并且计时器记录的持续的时间大于等于延迟时间t2时，温度保护功能模块104输出报警信号从而驱报警模块14工作。优选地，报警模块14包括声光报警器。特别地，温度采集中用到的传感器2为热敏电阻，并且温度绝对值计算模块103能够得到滤波采样值B所对应的电压值，并根据该电压值所对应的电阻值以及电阻值和温度之间的关系，进而得到采样温度TA。显示模块、按键操作模块及报警模块提高了装置的用户交互性能，进而提高了温度采集装置的实用性。

本发明还涉及一种断路器的温度采集方法，包括如下步骤：

步骤a：定时器模块100计时达到时长t1的数值时，触发模数采样驱动模块101的采样通道完成一次温度采样并得到一个采样值A，优选地，N的取值大于等于10，在保证采集效率的情况下尽可能多的取值能够保证采集样本的全面准确性；

步骤b：当定时器模块(100)累计经过N个时长t1后得到N个采样值A，采样值滤波模块102对N个采样值A进行滤波后计算出一个滤波采样值B，采样值滤波模块对采集到的样本值进行筛选，防止误差较大的样本值影响最终的测量结果；

步骤c：温度绝对值计算模块103根据滤波采样值B计算得出采样温度TA；

步骤d：温度保护功能模块104将采样温度TA与温度阈值TB进行比较，若采样温度TA大于温度阈值TB则触发温度保护功能模块104进入保护延迟状态，当保护延迟状态所持续的时间大于等于延迟时间t2时，则温度保护功能模块104进入报警状态，温度保护功能模块使得用户使用方便简洁，提高了实用性。

特别地，步骤b中的采样值滤波模块102先计算出模数采样缓存器内N个采样值A的平均值A1，然后将N个采样值A依次与平均值A1作差得到N个差值，将N个差值依据其绝对值从大到小依次排列得到差值数组，再从差值数组中选出前M个差值，将前M个差值所对应的采样值A去除，将剩余的N-M个采样值A作平均得到滤波采样值B。并且M的值小于等于N的值的五分之一。上述滤波方式效率高，保证计算出的温度数据的准确性。

此外，步骤a中用于温度采样的传感器为热敏电阻，并且步骤c中的温度绝对值计算模块103能够得到滤波采样值B所对应的电压值，并根据该电压值所对应的电阻值以及电阻值和温度之间的关系，进而得到采样温度TA。步骤d中的温度保护功能模块104在进入保护延迟状态时，若采样温度TA小于温度阈值TB，则护延迟状态所持续的时间清零，在温度保护功能模块104已经进入报警状态时，若采样温度TA小于温度返回阈值TC则触发温度保护功能模块104进入返回延迟状态，当返回延迟状态所持续的时间大于等于返回延迟时间t3时，则温度保护功能模块104撤销报警状态。温度保护功能模块功能完善，降低了误报警的可能性，便于用户对母排温度的实时监控。

本发明的断路器的温度采集方法中还包括显示模块12和按键操作模块13。当定时器模块100每计时达到时长t4的数值时，显示模块12会进入显示程序，此时将步骤c中的采样温度TA存入输出缓存中，再将输出缓存中的数据传入显示缓存区从而进行采样温度TA的数值显示，并且时长t4大于时长t1。并且，当定时器模块100每计时达到时长t5的数值时，若按键操作模块13有操作动作则进入按键处理状态，从而用于修改步骤d中温度保护功能模块104中设定的参数，并且时长t5大于时长t1。优选地，在按键处理状态中能够修正温度保护功能模块104中的参数包括温度阈值TB、延迟时间t2、返回阈值TC及返回延迟时间t3。定时器模块除非显示处理的方式保证了采集方法中各功能模块之间互不干涉，提高了工作流程的可靠性，同时显示模块便于用户直观了解各项参数及报警信息，便于使用。同时，按键操作模块实现了用户根据实际使用情况对各项设定参数的灵活调整，提高了可操作性。

图7所示的是断路器的温度采集方法的一种优选实施例的流程图，本实施例是基于上述方法，在步骤a中，首先对定时器模块100中的时长t1、时长t5及时长t4分别设置为5ms、20ms及200ms的定时标志位。N的取值设为是20。从而定时器模块100经过20个5ms后得到了20个采样值A，步骤b中采样值滤波模块102将计算得到的20个差值依据其绝对值从大到小依次排列得到差值数组，再将差值数组中前4个差值所对应的采样值A去除，然后对剩余的16个采样值A作平均得到滤波采样值B。当定时器模块100每计时达到20ms时，若按键操作模块13有操作动作则进入按键处理状态，从而用于修改步骤d中温度保护功能模块104中设定的参数。当定时器模块100没每计时达到200ms时，显示模块12会进入显示程序。并且骤d中的温度保护功能模块104进入报警状态时，温度保护功能模块104能够输出用于驱动报警模块14工作的开关量信号。开关量信号可以驱动多种报警方式，便于操作使用。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种断路器的温度采集装置，其特征在于：包括定时器模块(100)、模数采样驱动模块(101)、采样值滤波模块(102)、温度绝对值计算模块(103)及温度保护功能模块(104)；

所述的模数采样驱动模块(101)包括模数采样缓存器，所述的定时器模块(100)用于触发模数采样驱动模块(101)进行温度采样，模数采样驱动模块(101)将得到的多个采样值A置于模数采样缓存器内；

所述的采样值滤波模块(102)与模数采样驱动模块(101)相连接，用于对模数采样缓存器内的多个采样值A进行滤波后得出一个滤波采样值B；

所述的温度绝对值计算模块(103)与采样值滤波模块(102)相连接能够根据滤波采样值B计算得出采样温度TA；

所述的温度保护功能模块(104)与温度绝对值计算模块(103)相连接，用于根据采样温度TA输出报警信号。

2.根据权利要求1所述的断路器的温度采集装置，其特征在于：还包括显示模块(12)、按键操作模块(13)和报警模块(14)，所述的按键操作模块(13)及报警模块(14)与温度保护功能模块(104)相连接，所述的显示模块(12)用于显示采样温度TA及温度保护功能模块(104)的参数值，并且按键操作模块(13)用于设定温度保护功能模块(104)的参数值；

所述的温度保护功能模块(104)包括计时器，当采样温度TA大于温度阈值TB并且计时器记录的持续的时间大于等于延迟时间t2时，温度保护功能模块(104)输出报警信号从而驱动报警模块(14)工作。

3.一种断路器的温度采集方法，其特征在于：

步骤a：定时器模块(100)计时达到时长t1的数值时，触发模数采样驱动模块(101)的采样通道完成一次温度采样并得到一个采样值A；

步骤b：当定时器模块(100)累计经过N个时长t1后得到N个采样值A，采样值滤波模块(102)对N个采样值A进行滤波后计算出一个滤波采样值B；

步骤c：温度绝对值计算模块(103)根据滤波采样值B计算得出采样温度TA；

步骤d：温度保护功能模块(104)将采样温度TA与温度阈值TB进行比较，若采样温度TA大于温度阈值TB则触发温度保护功能模块(104)进入保护延迟状态，当保护延迟状态所持续的时间大于等于延迟时间t2时，则温度保护功能模块(104)进入报警状态。

4.根据权利要求3所述的断路器的温度采集方法，其特征在于：步骤b中的采样值滤波模块(102)先计算出模数采样缓存器内N个采样值A的平均值A1，然后将N个采样值A依次与平均值A1作差得到N个差值，将N个差值依据其绝对值从大到小依次排列得到差值数组，再从差值数组中选出前M个差值，将前M个差值所对应的采样值A去除，将剩余的N-M个采样值A作平均得到滤波采样值B。

5.根据权利要求4所述的断路器的温度采集方法，其特征在于：步骤a中N的取值是20，时长t1的取值为5ms，从而模数采样驱动模块(101)采样得到20个采样值A，步骤b中采样值滤波模块(102)将计算得到的20个差值依据其绝对值从大到小依次排列得到差值数组，再将差值数组中前4个差值所对应的采样值A去除，然后对剩余的16个采样值A作平均得到滤波采样值B。

6.根据权利要求3所述的断路器的温度采集方法，其特征在于：步骤d中的温度保护功能模块(104)在进入保护延迟状态时，若采样温度TA小于温度阈值TB，则护延迟状态所持续的时间清零，在温度保护功能模块(104)已经进入报警状态时，若采样温度TA小于温度返回阈值TC则触发温度保护功能模块(104)进入返回延迟状态，当返回延迟状态所持续的时间大于等于返回延迟时间t3时，则温度保护功能模块(104)撤销报警状态。

7.根据权利要求3或6所述的断路器的温度采集方法，其特征在于：还包括显示模块(12)，当定时器模块(100)每计时达到时长t4的数值时，显示模块(12)会进入显示程序，此时将步骤c中的采样温度TA存入输出缓存中，再将输出缓存中的数据传入显示缓存区从而进行采样温度TA的数值显示，并且时长t4大于时长t1。

8.根据权利要求3或6所述的断路器的温度采集方法，其特征在于：还包括按键操作模块(13)，当定时器模块(100)每计时达到时长t5的数值时，若按键操作模块(13)有操作动作则进入按键处理状态，从而用于修改步骤d中温度保护功能模块(104)中设定的参数，并且时长t5大于时长t1。

9.根据权利要求8所述的断路器的温度采集方法，其特征在于：在按键处理状态中能够修正温度保护功能模块(104)中的参数包括温度阈值TB、延迟时间t2、返回阈值TC及返回延迟时间t3。

10.根据权利要求3所述的断路器的温度采集方法，其特征在于：步骤a中用于温度采样的传感器为热敏电阻，并且步骤c中的温度绝对值计算模块(103)得到滤波采样值B所对应的电压值，并根据该电压值所对应的电阻值以及电阻值和温度之间的关系，进而得到采样温度TA。