CN108303193B - 一种接线端子过热检测电路及单相费控智能电能表 - Google Patents

Abstract

一种接线端子过热检测电路及单相费控智能电能表，属于电能计量领域，解决了现有单相费控智能电能表存在的：由于接线端子有过热现象会造成电能表报废、甚至引发火灾造成经济损失的问题。该接线端子过热检测电路包括：集成电路、两个热敏电阻、六个电阻、二极管。通过两个热敏电阻完成温度采集，通过第一电阻、第二电阻完成温度到电压的转换，通过第一电阻、第二电阻完成基准电压的设置，第六电阻为两个电压比较器共用的上拉电阻，通过第五电阻、二极管完成单向回差功能，通过集成电路完成两路电压的比较。本发明结构简单、工作可靠、成本低廉，可以有效消除接线端子过热造成的经济损失以及火灾风险，保护电能表不受损害。

Description

一种接线端子过热检测电路及单相费控智能电能表

技术领域

本发明属于电能计量技术领域，具体涉及一种接线端子过热检测电路及单相费控智能电能表。

背景技术

目前低压用户计量普遍采用单相费控智能电能表，这种电能表里有一只磁保持继电器，可以根据用户电费结余情况远程进行停、复电操作。

由于多种原因，这种电能表接线端子会发生过热现象。如果不能及时发现和处理，接线端子及表壳会被烧毁，致使电能表报废。接线端子过热有时还会引发火灾，火灾会把整个表箱内电能表烧毁。据统计，某县每年有一千多块单相电能表由于接线端子过热而烧毁，每年经济损失几十万元。

电能表损坏后，造成电量丢失，电量追补也比较麻烦。另外，这些报废电能表含有铅、锡等有毒有害重金属，变成电子垃圾后还会污染土壤和水源，破坏资源和环境。

发明内容

为了解决现有单相费控智能电能表存在的：由于接线端子有过热现象会造成电能表报废、甚至引发火灾造成经济损失的问题，本发明提供一种接线端子过热检测电路及单相费控智能电能表。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

本发明的一种接线端子过热检测电路，包括：集成电路、第一热敏电阻、第二热敏电阻、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、二极管；

所述第一电阻一端、第二电阻一端、第四电阻一端、集成电路脚④均与3.3V负极连接；

所述第一热敏电阻一端、第二热敏电阻一端、第三电阻一端、集成电路脚⑧、第六电阻一端均与3.3V正极连接；

所述第一热敏电阻另一端、第一电阻另一端均与集成电路脚②连接；

所述第二热敏电阻另一端、第二电阻另一端均与集成电路脚⑥连接；

所述第三电阻另一端、第四电阻另一端、集成电路脚③、集成电路脚⑤、第五电阻一端连接；

所述第六电阻另一端、二极管正极、集成电路脚①、集成电路脚⑦均与输出端OUT连接；

所述第五电阻另一端与二极管负极连接。

进一步的，所述集成电路采用LM393P，第一热敏电阻和第二热敏电阻均采用NTC100k，第一电阻、第二电阻和第四电阻均采用12k1/16W，第三电阻采用36k1/16W，第五电阻采用8.2k1/16W，第六电阻采用4.7k1/16W，二极管采用M1。

进一步的，在单相费控智能电能表的两对接线端子之间的绝缘体内均预设孔洞，两个热敏电阻分别对应安装在孔洞内。

进一步的，利用集成电路中的两个回差电压比较器完成两点接线端子的过热检测。

进一步的，通过调整第三电阻、第四电阻、第五电阻的阻值对接线端子过热断电温度和复电温度进行调整，保证在调整断电温度和复电温度时互不影响。

进一步的，通过第一热敏电阻、第二热敏电阻完成温度采集，通过第一电阻、第二电阻完成温度到电压的转换，通过第一电阻、第二电阻完成基准电压的设置，第六电阻为两个电压比较器共用的上拉电阻，通过第五电阻、二极管完成单向回差功能，通过集成电路完成两路电压的比较。

进一步的，检测时，当接线端子上的两个采集点温度都低于断电温度时，X点、Y点电位都低于B点基准电位，集成电路内的两个电压比较器同相输入端电位都高于反相输入端电位，两个电压比较器输出端都截止，检测电路输出高电位，此时，二极管、第五电阻反馈支路导通，B点基准电位被提升，形成单向回差；

当接线端子上的任一采集点温度都高于断电温度时，X点或Y点电位高于B点基准电位，对应电压比较器同相输入端电位低于反相输入端电位，其输出端饱和导通，检测电路输出低电位，此时，二极管、第五电阻反馈支路截止，B点基准电位只由第三电阻、第四电阻决定，不再有回差。

进一步的，检测时，当接线端子温度回落到复电温度时，X点或Y点电位低于B点基准电位，对应电压比较器同相输入端电位高于反相输入端电位，其输出端截止，检测电路输出高电位，此时，二极管、第五电阻反馈支路再次导通，B点基准电位又被提升，再次形成单向回差。

本发明还提供了一种具有接线端子过热保护功能的单相费控智能电能表，主要是采用上述的接线端子过热检测电路实现的。

进一步的，本发明的一种具有接线端子过热保护功能的单相费控智能电能表，还包括：

与接线端子过热检测电路相连的微处理器；

均与微处理器相连的液晶屏、指示灯、驱动电路、按键；

与驱动电路相连的磁保持继电器；

通过指示灯发出端子过热告警或者通过在液晶屏上增设端子过热标识符方式发出端子过热告警；

接线端子上任一温度采样点的温度超过断电温度时，接线端子过热检测电路输出低电位，微处理器发出指令，通过驱动电路控制磁保持继电器分闸，电能表负荷被切除，接线端子温升被限制，电能表得到保护；此时指示灯发出报警或者液晶屏上的端子过热标识符显现，集中器、用户用电信息采集系统采集接线端子过热信息；

接线端子温度回落到复电温度时，接线端子过热检测电路输出高电位，微处理器发出指令，通过驱动电路磁保持继电器合闸，电能表负荷被接通；为了利于缺陷管理，端子过热告警通过现有按键人工解除。

本发明的有益效果是：本发明的接线端子过热检测电路，主要由集成电路IC、2个热敏电阻、6个电阻和二极管组成，结构简单、工作可靠、成本低廉。

本发明的单相费控智能电能表，充分利用了单相费控智能电能表的现有资源，新增接线端子过热检测电路，可以有效消除接线端子过热造成的经济损失以及火灾风险，保护电能表不受损害。

附图说明

图1为接线端子过热检测电路图。

图2为本发明的单相费控智能电能表的结构组成框图。

图中：IC、集成电路，RT1、第一热敏电阻，RT2、第二热敏电阻，R1～R6、第一电阻～第六电阻，D、二极管。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明的一种接线端子过热检测电路，主要包括：集成电路IC、第一热敏电阻RT1、第二热敏电阻RT2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、二极管D。

第一电阻R1一端、第二电阻R2一端、第四电阻R4一端、集成电路IC脚④均与3.3V负极连接。第一热敏电阻RT1一端、第二热敏电阻RT2一端、第三电阻R3一端、集成电路IC脚⑧、第六电阻R6一端均与3.3V正极连接。第一热敏电阻RT1另一端、第一电阻R1另一端均与集成电路IC脚②连接。第二热敏电阻RT2另一端、第二电阻R2另一端均与集成电路IC脚⑥连接。第三电阻R3另一端、第四电阻R4另一端、集成电路IC脚③、集成电路IC脚⑤、第五电阻R5一端连接，即第三电阻R3另一端、第四电阻R4另一端、第五电阻R5一端均与集成电路IC脚③连接，同时，第三电阻R3另一端、第四电阻R4另一端、第五电阻R5一端均与集成电路IC脚⑤连接。第六电阻R6另一端、二极管D正极、集成电路IC脚①、集成电路IC脚⑦均与输出端OUT连接。第五电阻R5另一端与二极管D负极连接。

在单相费控智能电能表接线端子1和2之间的绝缘体内预设孔洞，第一热敏电阻RT1安装在此孔洞内。同时，在单相费控智能电能表接线端子3和4之间的绝缘体内预设孔洞，第二热敏电阻RT2安装在此孔洞内。

本发明的一种具有接线端子过热保护功能的单相费控智能电能表，主要是采用上述的接线端子过热检测电路实现的。如图2所示，该单相费控智能电能表主要包括：接线端子过热检测电路、微处理器、驱动电路、磁保持继电器、液晶屏、指示灯、按键。接线端子过热检测电路与微处理器连接，也就是接线端子过热检测电路的3.3V正极、3.3V负极均与微处理器相连。液晶屏、指示灯、驱动电路、按键均与微处理器相连，磁保持继电器与驱动电路相连。

其中的微处理器、驱动电路、磁保持继电器、液晶屏、指示灯、按键均为现有技术，也就是说，在现有单相费控智能电能表结构组成的基础上设计了接线端子过热检测电路，并将该接线端子过热检测电路应用在单相费控智能电能表上实现接线端子的过热检测。

利用指示灯发出端子过热告警，或通过在液晶屏上增设端子过热标识符方式发出。端子过热告警还可以上传到集中器和用户用电信息采集系统中。

接线端子上任一温度采样点的温度超过断电温度时，接线端子过热检测电路输出低电位，微处理器发出指令，通过驱动电路控制磁保持继电器分闸，电能表负荷被切除，接线端子温升被限制，电能表得到保护。此时电能表指示灯发出报警或者液晶屏上的端子过热标识符显现，集中器、用户用电信息采集系统采集接线端子过热信息。

接线端子温度回落到复电温度时，接线端子过热检测电路输出高电位，微处理器发出指令，通过驱动电路磁保持继电器合闸，电能表负荷被接通。为了利于缺陷管理，端子过热告警通过现有按键人工解除。

采用集成电路IC中的两个回差电压比较器完成两点接线端子过热检测。接线端子过热断电温度约为80℃，复电温度约为50℃，可以修改第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5的阻值进行调整，调整断电温度和复电温度时可以做到互不影响。

检测时，通过第一热敏电阻RT1、第二热敏电阻RT2完成温度采集，通过第一电阻R1、第二电阻R2完成温度到电压的转换，通过第一电阻R1、第二电阻R2完成基准电压的设置，第六电阻R6为两个电压比较器共用的上拉电阻，通过第五电阻R5、二极管D完成单向回差功能，通过集成电路IC完成两路电压的比较。

第一步：接通电路，当接线端子上的两个采集点温度都低于断电温度时，X点、Y点电位都低于B点基准电位，集成电路IC内的两个电压比较器同相输入端电位都高于反相输入端电位，两个电压比较器输出端都截止，检测电路输出高电位。此时，二极管D、第五电阻R5反馈支路导通，B点基准电位被提升，形成单向回差。当任一采集点温度都高于断电温度时，X点或Y点电位高于B点基准电位，对应电压比较器同相输入端电位低于反相输入端电位，其输出端饱和导通，检测电路输出低电位。此时，二极管D、第五电阻R5反馈支路截止，B点基准电位只由第三电阻R3、第四电阻R4决定，不再有回差。

第二步：当接线端子温度回落到复电温度时，X点或Y点电位低于B点基准电位，对应电压比较器同相输入端电位高于反相输入端电位，其输出端截止，检测电路输出高电位。此时，二极管D、第五电阻R5反馈支路再次导通，B点基准电位又被提升，再次形成单向回差。

温度的设定过程如下：

在典型的迟滞电压比较器电路中，第五电阻R5直接跨接在迟滞电压比较器输出端和输入端，不串联二极管D。如果采用典型的迟滞电压比较器，断电温度设定和复电温度设定二者互相影响，计算也比较复杂。本发明在反馈支路中增加二极管D后，断电温度设定和复电温度设定就各自独立、互不影响了，同时计算也大为简化。增加二极管D后，断电温度设定由第五电阻R5完成，复电温度设定由第三电阻R3完成，可以根据接线端子、表壳材料耐受高温能力等因素进行调整。基于回差电压比较器输入电阻在MΩ级这个特征，第三电阻R3、第五电阻R5的选择步骤如下：

1、确定断电温度设定值和复电温度设定值。断电温度设定值为80℃，复电温度设定值为50℃。

2、查询厂家提供的温度阻值对照表，热敏电阻NTC100k电阻值在50℃时为35.880kΩ，在80℃时为12.236kΩ。

3、确定第三电阻R3。接线端子温度在复电设定值50℃时，X、Y两点电位为UX50＝UY50＝R1U/(R1+RT1)＝R2U/(R2+RT2)＝0.827V。为了使回差电压比较器输出状态从低电平变成高电平，B点电位应近似等于X、Y两点电位。根据二极管D处于截止状态以及第四电阻R4、第三电阻R3分压关系，第三电阻R3＝R4/(U-UB)/UB，第三电阻R3应选择36kΩ。

4、确定第五电阻R5。接线端子温度达到断电设定值80℃时，X、Y两点电位为UX80＝UY80＝R1U/(R1+RT1)＝R2U/(R2+RT2)＝1.634V。为了使回差电压比较器输出状态从高电平变成低电平，B点电位应近似等于X、Y两点电位。流经第四电阻R4的电流为IR4＝UB/R4＝0.136mA，流经第三电阻R3的电流为IR3＝(U-UB)/R3＝0.046mA。根据二极管D处于导通状态以及节点电流定律，流经第五电阻R5的电流为IR5＝IR4-IR3＝0.09mA。由于流经二极管D的电流很小，二极管D正向压降可以取0.5V。由此可以求出第五电阻R5应为R5＝(U-UB-0.5)/IR5-R6，第五电阻R5应选择8.2kΩ。

本实施方式中，集成电路IC具体采用LM393P，第一热敏电阻RT1和第二热敏电阻RT2具体均采用NTC100k，第一电阻R1、第二电阻R2和第四电阻R4具体均采用12k1/16W，第三电阻R3具体采用36k1/16W，第五电阻R5具体采用8.2k1/16W，第六电阻R6具体采用4.7k1/16W，二极管D具体采用M1。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种接线端子过热检测电路，其特征在于，包括：集成电路、第一热敏电阻、第二热敏电阻、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、二极管；

所述第一电阻一端、第二电阻一端、第四电阻一端、集成电路脚④均与3.3V负极连接；

所述第一热敏电阻一端、第二热敏电阻一端、第三电阻一端、集成电路脚⑧、第六电阻一端均与3.3V正极连接；

所述第一热敏电阻另一端、第一电阻另一端均与集成电路脚②连接；

所述第二热敏电阻另一端、第二电阻另一端均与集成电路脚⑥连接；

所述第三电阻另一端、第四电阻另一端、集成电路脚③、集成电路脚⑤、第五电阻一端连接；

所述第六电阻另一端、二极管正极、集成电路脚①、集成电路脚⑦均与输出端OUT连接；

所述第五电阻另一端与二极管负极连接；

检测时，当接线端子上的两个采集点温度都低于断电温度时，X点、Y点电位都低于B点基准电位，两个采集点分别为第一热敏电阻和第二热敏电阻，所述X点为第一热敏电阻、第一电阻和集成电路脚②的连接点，所述Y点为第二热敏电阻、第二电阻和集成电路脚⑥的连接点，所述B点为第三电阻、第四电阻、第五电阻、集成电路脚⑤和集成电路脚③的连接点，集成电路内的两个电压比较器同相输入端电位都高于反相输入端电位，两个电压比较器输出端都截止，检测电路输出高电位，此时，二极管、第五电阻反馈支路导通，B点基准电位被提升，形成单向回差；

当接线端子上的任一采集点温度都高于断电温度时，X点或Y点电位高于B点基准电位，对应电压比较器同相输入端电位低于反相输入端电位，其输出端饱和导通，检测电路输出低电位，此时，二极管、第五电阻反馈支路截止，B点基准电位只由第三电阻、第四电阻决定，不再有回差；

检测时，当接线端子温度回落到复电温度时，X点或Y点电位低于B点基准电位，对应电压比较器同相输入端电位高于反相输入端电位，其输出端截止，检测电路输出高电位，此时，二极管、第五电阻反馈支路再次导通，B点基准电位又被提升，再次形成单向回差。

2.根据权利要求1所述的一种接线端子过热检测电路，其特征在于，所述集成电路采用LM393P，第一热敏电阻和第二热敏电阻均采用NTC100k，第一电阻、第二电阻和第四电阻均采用12k1/16W，第三电阻采用36k1/16W，第五电阻采用8.2k1/16W，第六电阻采用4.7k1/16W，二极管采用M1。

3.根据权利要求1所述的一种接线端子过热检测电路，其特征在于，在单相费控智能电能表的两对接线端子之间的绝缘体内均预设孔洞，两个热敏电阻分别对应安装在孔洞内。

4.根据权利要求1所述的一种接线端子过热检测电路，其特征在于，利用集成电路中的两个回差电压比较器完成两点接线端子的过热检测。

5.根据权利要求1所述的一种接线端子过热检测电路，其特征在于，通过调整第三电阻、第四电阻、第五电阻的阻值对接线端子过热断电温度和复电温度进行调整，保证在调整断电温度和复电温度时互不影响。

6.根据权利要求1所述的一种接线端子过热检测电路，其特征在于，通过第一热敏电阻、第二热敏电阻完成温度采集，通过第一电阻、第二电阻完成温度到电压的转换，通过第一电阻、第二电阻完成基准电压的设置，第六电阻为两个电压比较器共用的上拉电阻，通过第五电阻、二极管完成单向回差功能，通过集成电路完成两路电压的比较。

7.采用权利要求1至6中任意一项所述的接线端子过热检测电路实现的一种具有接线端子过热保护功能的单相费控智能电能表。

8.根据权利要求7所述的一种具有接线端子过热保护功能的单相费控智能电能表，其特征在于，还包括：

与接线端子过热检测电路相连的微处理器；

均与微处理器相连的液晶屏、指示灯、驱动电路、按键；

与驱动电路相连的磁保持继电器；

通过指示灯发出端子过热告警或者通过在液晶屏上增设端子过热标识符方式发出端子过热告警；

接线端子上任一温度采样点的温度超过断电温度时，接线端子过热检测电路输出低电位，微处理器发出指令，通过驱动电路控制磁保持继电器分闸，电能表负荷被切除，接线端子温升被限制，电能表得到保护；此时指示灯发出报警或者液晶屏上的端子过热标识符显现，集中器、用户用电信息采集系统采集接线端子过热信息；

接线端子温度回落到复电温度时，接线端子过热检测电路输出高电位，微处理器发出指令，通过驱动电路磁保持继电器合闸，电能表负荷被接通；为了利于缺陷管理，端子过热告警通过现有按键人工解除。