CN202631674U - 漏电保护器件动作时间检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种漏电保护器件动作时间检测装置，包括信号采样电路，其具有电流传感器，电流传感器的输出端连接有负载电阻，负载电阻向一差分放大器的反向输入端输出电压信号，差分放大器的正向输入端连接至基准电压，检测装置还设有微控制器，用于接收差分放大器输出端输出的电信号，并计算电信号的电压值大于第一阈值范围且小于第二阈值范围的第一时间以及电信号的电压值大于第二阈值范围的第二时间，第二阈值范围大于第一阈值范围，还设有显示电路，用于接收微控制器输出的信号并显示第一时间及第二时间。本实用新型能够方便检修人员判断漏电保护器件的电气反应时间以及脱扣器的动作时间，迅速定位漏电保护器件的故障点。

Description

漏电保护器件动作时间检测装置

技术领域

本实用新型涉及漏电保护器件的故障检测分析领域，尤其是涉及一种漏电保护器件动作时间的检测装置。

背景技术

在日常生活或生产中，因电器设备的使用不当或者接线线路漏电等原因造成的电气事故时有发生，低压配电线路的漏电、用电设备的漏电、过载及短路或者接地电流流过金属焊缝发热都可能导致火灾。因此，现有的家居装修都会设置低压的漏电保护器件，用于检测用电设备以及线路的漏电情况，并在发生漏电时动作，切断对用电设备的供电，以保证用电安全。

由于漏电保护器主要由电子元件或电磁器件构成，其质量和性能的稳定性容易受制造材料、电子元件或电磁器件、环境、温度、生产工艺、技术要求等因素的影响。因此，为了确保漏电保护器件性能的稳定性，需要对漏电保护器的动作时间进行检测。

漏电保护器件工作时将检测线路上的电流值，并判断电流值是否小于安全阈值，只要判断电流值大于安全阈值时脱扣器动作。因此，漏电保护器件的动作实际上包括两个步骤，即电流值检测以及脱扣器脱口动作。

如图1所示，在线路上的漏电流较小时，漏电保护器件检测的漏电流值较小，此时电流信号波形如图1中时刻t1以前的波形所示。一旦发生漏电情况，漏电保护器件检测到漏电流信号的电流值较大，如时刻t1与时刻t2之间的波形所示，这段时间为电流值检测时间，也就是电气反应时间。漏电保护器件检测到电流值较大后，脱扣器将进行脱扣动作，此时由于漏电保护器件内电感元件的存在，电流信号的电流值很大，如时刻t2与时刻t3之间的波形所示，这段时间为脱扣器动作时间。脱扣器脱扣后，漏电保护器件检测的漏电流接近于零，如时刻t3以后的波形所示。

现有的漏电保护器件的动作时间检测装置对漏电保护器信号进行检测时，不能将电流值检测时间以及脱扣器动作时间进行时间分段显示。一旦漏电保护器件发生故障导致漏电保护器件的动作时间过长，则无法将漏电保护器件故障原因迅速定位，检修人员无法确定是漏电保护器件的电流检测装置出现故障还是脱扣器出现故障而导致漏电保护器件的动作时间过长。

若检修人员需要了解漏电保护器件的脱扣器动作时间，往往需要将漏电保护器件拆开，观察漏电保护器件工作时脱扣器的动作时间，从而计算电流值检测时间以及脱扣器动作时间，这给检修工作带来极大的不便。

发明内容

本实用新型的主要目的是提供一种能够分别显示漏电保护器件动作时电流值检测时间以及脱扣器动作时间的漏电保护器件的动作时间检测装置。

为实现本实用新型的主要目的，本实用新型提供的漏电保护器件动作时间检测装置包括信号采样电路，其具有电流传感器，电流传感器的输出端连接有负载电阻，负载电阻向一差分放大器的反向输入端输出电压信号，差分放大器的正向输入端连接至基准电压，检测装置还设有微控制器，用于接收差分放大器输出端输出的电信号，并计算电信号的电压值大于第一阈值范围且小于第二阈值范围的第一时间以及电信号的电压值大于第二阈值范围的第二时间，第二阈值范围大于第一阈值范围，还设有显示电路，用于接收微控制器输出的信号并显示第一时间及第二时间。

由上述方案可见，信号采样电路采样漏电保护器件的电流信号，并将电流信号转换成电压信号，经过差分放大器输出该电信号的电压值与基准电压的差值。由于线路未发生短路或过载时，电流值较小，电压值也较小，差分放大器输出的电压值范围较小。在电气反应时间内，漏电流的电流值较大，信号采样电路输出的电压值振幅也较大，即电压值的变化范围较大。在脱扣器动作时间内，漏电保护器件的漏电流很大，而信号采样电路输出的电压信号的电压值很小，因此电压值变化很剧烈，且远大于电气反应时间内的变化范围。

微控制器通过计算电压信号不同电压值范围下的时间，从而计算出电气反应时间以及脱扣器动作时间，并将两个时间通过显示电路显示出来，方便检测人员及时了解漏电保护器件的故障点所在。

一个优选的方案是，电流传感器的输出端还连接有第一滤波电路。这样，第一滤波电路对电流传感器输出的电流信号进行滤波，确保电流传感器输出的电信号包含的干扰信号较少，从而确保检测的精确性。

更进一步的方案是，负载电阻与差分放大器的反向输入端之间还连接有电压跟随器，电压跟随器的输入端与负载电阻连接，电压跟随器的输出端连接至差分放大器的反向输入端。

由此可见，负载电阻与差分放大器之间连接电压跟随器，能够提高负载电阻输出电压信号的稳定性，且由于电压跟随器输出值与输入值呈线性变化，且输出值几乎等于输入值，这样能够确保负载电阻上形成的电压信号无损耗地输出。

附图说明

图1是漏电保护器件动作前后的电流信号波形图。

图2是本实用新型实施例的电原理框图。

图3是本实用新型实施例的信号采样电路的电原理图。

图4是本实用新型实施例的微控制器及其外围电路的电原理图。

图5是本实用新型实施例的信号采样电路输出电压信号的波形图。

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

具体实施方式

本实施例的漏电保护器件的动作时间检测装置用于对漏电保护器件的动作时间进行检测，检测其电气反应时间以及脱扣器的动作时间，在判断漏电保护器件动作时间过长时，能够精确地判断是电气反应时间过长还是脱扣器的动作时间过长，从而方便检修人员迅速地确定漏电保护器件的故障点所在。

参见图2，本实施例具有信号采样电路10、微控制器20以及显示电路30，信号采样电路10用于采样漏电保护器件的电流信号，并将电流信号转换成电压信号，同时计算电压信号与基准电压之间的差值，将该差值输出至微控制器20。微控制器20根据该差值来计算漏电保护器件的电气反应时间以及脱扣器的动作时间，并将计算的时间输出至显示电路30，显示电路30显示上述两个时间。

参见图3，信号采样电路10具有作为电流传感器的霍尔传感器U10，其两个输入端对漏电保护器件的电流信号进行采样。霍尔传感器U10具有良好的采样精度，且线性度较好，温度漂移较小，这些优点都有利于电流信号的采样。

霍尔传感器U10的输出端连接有负载电阻R1，电流信号经过负载电阻R1后形成电压信号输出。此外，霍尔传感器U10的输出端还连接有电容C1，电容C1作为滤波电路，与负载电阻R1并联连接，用于对霍尔传感器U10输出的电流信号进行滤波。

霍尔传感器U10的输出端还连接到电压跟随器U20的输入端，这样负载电阻R1上形成的电压信号输出到电压跟随器U20。电压跟随器U20的输出端连接到差分放大器U30的反向输入端，差分放大器U30的正向输入端连接到基准电压REF。这样，差分放大器U30的输出端输出信号为基准电压REF与电压跟随器U20输出电压信号的差值。

假设电压跟随器U20输出端电压为U1，差分放大器U30的正向输入端的电压为U2，反向输入端的电压为U3，输出端电压为U4，根据图3所示的电路图，得到以下的关系：

                     (式1)

                           (式2)

                      

                          (式3)

因此可以计算得出

             (式4)      

可见，当电压跟随器U20输出电压越大，差分放大器U30输出的电压值越小。由于电压跟随器U20的输出值与输入值之间为恒定的线性关系，且输出值几乎等于输入值，因此其输出的电压值基本上等于负载电阻R1上形成的电压值。

差分放大器U30的输出端还连接有限压电路，限压电路由两个串联连接的二极管D1、D2组成，二极管D1的阳极连接至差分放大器U30的输出端，阴极连接至直流电源，二极管的D2的阳极接地，阴极连接至差分放大器U30的输出端。这样，能够避免差分放大器U30输出端的电压值过大或过小，有利于微控制器20的检测。

同时，信号采样电路10还设有与二极管D2并联连接的滤波电路，该滤波电路由电容C4与电阻R6组成，用于对差分放大器U30输出的电信号进行滤波。

差分放大器U30的输出端作为信号采样电路10的输出端，向微控制器20输出电信号，微控制器20根据输出端的电信号计算漏电保护器件的电气反应时间以及脱扣器的动作时间。

微控制器20及其外围电路如图4所示，微控制器20具有多根引脚，其中引脚PA0用于接收信号采样电路10输出的电信号。此外，晶体振荡器X1、电容C7、C8构成时钟电路，向微控制器20提供基准时钟信号。

参见图5，是信号采样电路10输出的电信号波形图，在时刻t1以前，由于线路未发生过载或漏电情况，因此漏电保护器件检测的漏电流很小，此时信号采样电路10输出的电信号的电压值振幅也很小。在时刻t1下开始发生漏电，则漏电保护器件检测的漏电流很大，信号采样电路10输出的电信号电压值振幅也相应增大，如时刻t1与时刻t2所示。在时刻t2到时刻t3之间脱扣器动作，漏电保护器件的电流很大，因此信号采样电路10输出的电信号电压值很小，因此在时刻t2下电压信号的振幅有明显的增大。最后，脱扣器动作以后，漏电保护器件的漏电流几乎为零，因此信号采样电路10输出的电信号的电压值振幅很小，即时刻t3以后波形变得平缓。

根据上述的特性，可以根据信号采样电路10输出电信号的电压值变化范围大小来计算漏电保护器件的电气反应时间以及脱扣器的动作时间。在未发生漏电时或者脱扣以后，电压值的范围都在一个很小阈值范围以内，该阈值范围为图5中电压值V1与V2之间，即第一阈值范围。在电气反应时间内，电信号的电压值超出第一阈值范围，但在第二阈值范围以内，第二阈值范围是图5中电压值V3与V4之间的范围。在脱扣器动作时间内，电信号的电压值超出第二阈值范围。从图5可见，第二阈值范围大于第一阈值范围。

因此，微控制器20接收到电信号后，计算电信号的电压值大于第一阈值范围且小于第二阈值范围的时间，该时间为第一时间，也就是漏电保护器件的电气反应时间。同时，计算电信号的差值大于第二阈值范围的时间，该时间为第二时间，也就是脱扣器的动作时间。微控制器20计算上述两个时间后，向显示电路30输出信号，由显示电路30显示上述两个时间。

显示电路30可以是LED七段显示管组成的简易显示电路，也可以是具有液晶显示屏的电路，只要能够显示第一时间以及第二时间即可。

由上述方案可见，通过信号采样电路10对电流信号采样并进行处理后，由微控制器20根据电信号进行计算，可以精确地计算出漏电保护器件的电气反应时间以及脱扣器的动作时间，方便检修人员对漏电保护器件的故障点进行迅速定位，也避免将漏电保护器件拆开以检测脱扣器的动作时间。

当然，上述实施例仅是本实用新型优选的实施方式，实际应用时还可以有更多的改变，例如，电流传感器可以使用其他的传感器替代霍尔传感器；或者，在每一个电压跟随器输入端增加滤波电路；又或者，负载电阻直接连接到差分放大器的反向输入端，而不在负载电阻与查分放大器之间设置电压跟随器，这些改变并不会影响本实用新型的实施。

最后需要强调的是，本实用新型不限于上述实施方式，如第一阈值范围及第二阈值范围的改变、显示电路结构的改变等变化也应该包括在本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.漏电保护器件动作时间检测装置，其特征在于：包括

信号采样电路，具有电流传感器，所述电流传感器的输出端连接有负载电阻，所述负载电阻向一差分放大器的反向输入端输出电压信号，所述差分放大器的正向输入端连接至基准电压；

微控制器，接收所述差分放大器输出端输出的电信号，并计算所述电信号的电压值大于第一阈值范围且小于第二阈值范围的第一时间以及所述电信号的电压值大于第二阈值范围的第二时间，所述第二阈值范围大于所述第一阈值范围；

显示电路，接收所述微控制器输出的信号并显示所述第一时间及所述第二时间。

2.根据权利要求1所述的漏电保护器件动作时间检测装置，其特征在于：

所述电流传感器为霍尔传感器。

3.根据权利要求1或2所述的漏电保护器件动作时间检测装置，其特征在于：

所述电流传感器的输出端还连接有第一滤波电路。

4.根据权利要求3所述的漏电保护器件动作时间检测装置，其特征在于：

所述第一滤波电路为与所述负载电阻并联连接的电容。

5.根据权利要求1或2所述的漏电保护器件动作时间检测装置，其特征在于：

所述负载电阻与所述差分放大器的反向输入端之间还连接有电压跟随器，所述电压跟随器的输入端与所述负载电阻连接，所述电压跟随器的输出端连接至所述差分放大器的反向输入端。

6.根据权利要求1或2所述的漏电保护器件动作时间检测装置，其特征在于：

所述差分放大器的输出端还连接有限压电路。

7.根据权利要求6所述的漏电保护器件动作时间检测装置，其特征在于：

所述限压电路具有串联连接的第一二极管及第二二极管，所述第一二极管的阳极与所述差分放大器的输出端连接，所述第一二极管的阴极与直流电源连接，所述第二二极管的阳极接地，所述第二二极管的阴极与所述差分放大器的输出端连接。

8.根据权利要求7所述的漏电保护器件动作时间检测装置，其特征在于：

所述信号采样电路还包括与所述第二二极管并联连接的第二滤波电路。

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