秒脉冲时间特性检定仪的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种秒脉冲时间特性检定仪，属于检测领域。该秒脉冲时间特性检定仪包括启动单元：接收被检测试仪发出的模拟信号，并驱动计时单元开始计时；计时单元：按照设定的脉冲时间开始计时；拨盘开关：用于设置所需的设定时间；停止信号输出单元：当计时单元的输出值达到拨盘开关上设置的设定时间时，模拟关断的动作，并传递给被检测试仪，让被检测试仪显示出其所测量的分断时间；比较单元：将所述设定时间与被检测试仪显示的分断时间进行比较，判断被检测试仪是否合格。
【专利说明】秒脉冲时间特性检定仪
【技术领域】
[0001]本发明属于检测领域，具体涉及一种秒脉冲时间特性检定仪。
【背景技术】
[0002]漏电保护器测试仪是用来检定漏电保护器合格与否的专用计量设备。漏电保护器，又称漏电开关，又称剩余电流动作保护器(RCD)。用于保护单个或多个用电设备，是直接防止人身触电的保护设备。当被保护电路发生漏电或有人触电时，可以自动跳闸，切断故障电路，从而实现保护。漏电保护器主要的技术指标是漏电电流和漏电时间。而漏电电流的检测相对简单，能直接选用市场上具有峰值电流检定功能的数字多用表进行检测。而漏电时间的检测却比较困难。目前，计量领域中有关时间检定装置种类众多，但没有一种适合用来检测漏电时间。
[0003]此前，对于漏电保护器测试仪的计量检测，国内没有现成的标准器，无法开展工作，社会上大量漏电保护器测试仪无处送检。在世界范围内，由于该类仪器多是进口的先进设备，本身就用于安全检测工作，所以没有专门检测该类仪器现成的专用产品。国际上最先进的仪器仪表制作公司之一——美国FLUKE公司推出的5320多功能电气安全综合校准器(该仪器售价人民币30余万元)的官方说明中提到:5320A可以仿真断路器(RCD/GFCI)在宽范围验证或校准跳闸时间，准确地校准这类测试仪器。但该校准器属于国际高精尖的顶级计量器具，购买时进口手续烦琐，仪器功能繁杂，且作为校准仪器整机捆绑销售，所以价格昂贵，不利于国内计量部门普及和推广使用。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种秒脉冲时间特性检定仪，能够实现对漏电保护器测试仪漏电时间部分的检测，同时，能够完成多种计量设备的检测工作，特别是能够完成多种特殊设备的检测，如机械开关特性测试仪等等。
[0005]本发明是通过以下技术方案实现的:
[0006]一种秒脉冲时间特性检定仪，包括:
[0007]启动单元:接收被检测试仪发出的模拟信号，并驱动计时单元开始计时；
[0008]计时单元:按照设定的脉冲时间开始计时；
[0009]拨盘开关:用于设置所需的设定时间；
[0010]停止信号输出单元:当计时单元的输出值达到拨盘开关上设置的设定时间时，模拟关断的动作，并传递给被检测试仪，让被检测试仪显示出其所测量的分断时间；
[0011]比较单元:将所述设定时间与被检测试仪显示的分断时间进行比较，判断被检测试仪是否合格。
[0012]所述启动单元采用光耦，被检测试仪的电流输出接在所述光耦的驱动启动接口，当被检测试仪发出的模拟信号驱动光耦导通时，驱动计时单元开始计时。
[0013]在所述光耦的发射端(即Ul端)设置外接引线。
[0014]所述计时单元包括:
[0015]晶振子单元:采用高频晶振，输出频率是1MHz，将高频晶振输出的波形经过六反相器(可采用4069)整形后，形成IMHz的标准方波；
[0016]分频子单元:对晶振子单元形成的所述IMHz的标准方波进行分频；
[0017]计数子单元:对分频后的脉冲计数以实现计时的功能。
[0018]所述分频子单元对高频信号进行分频后形成如下频率档:
[0019]周期为10 μ s的频率档，周期为100 μ s的频率档，周期为Ims的频率档，周期为1ms的频率档，周期为10ms的频率档，周期为Is的频率档。
[0020]所述计数子单元采用计数器。
[0021]所述拨盘开关采用BCD码拨盘开关，能够设定3位有效数字的设定值，乘以相应的量程，即为其实际的输出值:(I ? 999)X10ms，MS-4、-3、-2、-1、0、1 ；
[0022]每位对应的整数范围是O?9 ;
[0023]每位有五个接线端子，其中一位是公共端，另外四位是BCD码输出，拨盘上显示的整数对应BCD码输出，其中I表示该端子与公共端接通，O表示与公共端断开。
[0024]与现有技术相比，本发明的有益效果是:本发明既实现了对各种漏电保护器测试仪时间部分的检测工作，填补了国内现有设备无法对漏电保护器测试仪时间部分开展检测工作的空白，同时该发明设备能够开展对多种计量设备时间部分的检测工作。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1启动部分电路图
[0026]图2晶振部分电路图
[0027]图3分频电路原理图
[0028]图4计数电路原理图
[0029]图5拨盘开关
[0030]图6停止复位电路
[0031]图7脉冲控制电路
[0032]图8数值显示电路原理图
[0033]图9继电器输出电路图
[0034]图10总电路图
[0035]图11本发明的系统结构图。
【具体实施方式】
[0036]下面结合附图对本发明作进一步详细描述:
[0037]目前市场上没有能够用于检测漏电保护特性测试仪时间部分的检测设备，本发明能够实现对各种漏电保护特性测试仪时间部分的检测工作。同时，本设备也能应用于多种设备时间部分的检测工作，如继电保护器、机械开关特性测试仪等等。
[0038]秒脉冲时间特性检定仪能够模拟漏电保护器的分断动作，动作时间可以预设调节，接收到被检漏电保护器测试仪发出的模拟漏电电流后开始计时，到达预设时间后，检测装置断开火线L上的常闭开关，模拟漏电保护器断开的动作，这时漏电保护器测试仪检测到线路断开，显示分断过程的动作时间。将被检漏电保护器测试仪的显示值和时间特性检测装置的设定值进行比对，从而判定漏电保护器测试仪是否合格。
[0039]综合利用模拟电路和数字电路的相关知识，搭建纯硬件的电子系统。该系统分为三个组成部分:a、启动信号的接收:接收漏电保护器测试仪发出的模拟漏电信号，并驱动计时模块开始计时山、计时:按照设定的脉冲时间开始计时。用高频率高稳定性的晶振保证其准确度，用多级分频实现从微秒到秒级的宽范围脉冲输出；c、停止信号的输出:到达“设定的时间”后，模拟漏电保护器跳闸关断的动作，传递给被检漏电保护器测试仪，让其显示出所测量的“分断时间”，并对两个时间量进行比对，以判断漏电保护器测试仪是否合格。
[0040]1.启动
[0041]为了响应漏电保护器测试仪发出电流信号，启动整个电路开始计时，设计出启动部分的电路图如图1所示。
[0042]当电流驱动光耦导通时，后续计时系统启动。在Ul处设置外接引线，方便测试光耦状态，以及灵活驱动方式，便于计量校准工作。当然U6-1也可以手动置“低”，启动后面的计时单元。
[0043]2.计时
[0044]计时模块是由晶振、分频，计数三部分组成的。选取高稳定性的高频晶振，将高频信号进行分频，然后用计数器芯片实现计时功能。
[0045]2.1 晶振
[0046]要想产生准确是的时间输出，先要选取恰当的晶振。
[0047]本发明选用的晶振电路如图2所示。
[0048]晶振的输出频率是IMHz，晶振输出的波形，经过4069整形，就成了 IMHz的标准方波。之所以选用这一频率，是为了分频方便，以便最终通过分频和计数，输出相应的毫秒级时间间隔。
[0049]2.2 分频
[0050]分频电路如图3所示
[0051]在图3中DAT-1N的频率为1MHz，则周期为I μ s，则U3-OUT1的周期为10 μ s，U3-OUT2的周期为100 μ s，U4-0UTl的周期为lms，U4_OUT2的周期为10ms，U5_0UTl的周期为100ms，U5-OUT2的周期为Is。这里将各路可以选择的频率档，统称OUT。
[0052]至此，通过分频各数量级的时间周期已经制作完成，只等待后面计数时调用。
[0053]2.3 计数
[0054]计数部分是对分频后的脉冲计数以实现计时的功能，本发明用CD4518计数器实现这一要求，具体如图4所示:
[0055]其中DAT_LACHI:计数时置O，到达设定时间后置I，保持数值。
[0056]U6-11-1:计数时，U6-11-1为上述分频电路的输出OUT (计数脉冲)，与OUT不同的是，该信号经过一个动作处理，在计数时，U6-11-1 = OUT，在待机和计数完毕后，U6-11-1 =I (详见图7及其说明)，不再输入脉冲信号。
[0057]U7-6-1:复位。每次计数开始时，U7-6-1先发出一个脉冲，给计数器4518清零。
[0058]U6-11-1发出脉冲时的OUT周期有以下6路可以选择，分别为:10ys，100ys，lms，10ms，100ms，Is。那么，图 4 中 UlOB 的 EN 端的输入周期为:100 μ s，1ms，10ms，100ms，Is, 10s，即本发明的检定仪的量程档位。
[0059]如图5所示是拨盘开关，用来设定3位有效数字的设定值，乘以相应的量程，就是其实际的输出值，(I ?999) X 10Ms (M 为-4、-3、-2、_1、0、I)。
[0060]BCD码拨盘开关，根据需要选用不同的位数，每位对应的整数范围是O?9，对应的二进制数(以HUl为例)的四位分别为HUl1、HU12、HU13、HU14。即每位有五个接线端子，其中一位是公共端(HU15)，另外四位是B⑶码输出，拨盘上显示的整数对应着B⑶码输出，其中“ I”表示该端子与公共端接通，“O”表示与公共端断开。
[0061]当图4中的三位输出值与图5的设定值一样时，HU-G为“1”，利用图6所示的停止复位电路，停止计数，显示出最后停止时的时间数值，并由U6-6发出逻辑动作，驱动后面的电路直至继电器的机械动作。
[0062]HU-G停止信号的使用，如图6所示:
[0063]其中HU-G-1即拨盘开关发出的停止信号，到达时间设定值后，为I。
[0064]DAT_LACH结合图4中的DAT-LACHI，停止计数，将最后的数值保持。
[0065]U6-6用于后面的逻辑动作输出以及脉冲输出的控制。其电路如图7所示。
[0066]在图7中需要解释的是:
[0067]当计数到达设定值，HU-G为1，U6_6为0，U-11为I，停止OUT传来的脉冲输出。计数启动时，U6-1为0，U6-6为1，U6-11开始输出脉冲。刚开机上电时U6-1为1，U6-11为1，不发送OUT传来的脉冲输出。U6-1来自启动电路，见第2.3.1节，当漏电保护器测试仪发出电流信号，U6-1为0，U6-11开始脉冲输出。
[0068]最后，介绍一下数值(即时间)的显示。如图8
[0069]⑶4543:B⑶七段锁存译码驱动器。输入2进制，LD为1，PH和BI为O时，显示10进制B⑶数值。
[0070]至此，按照设定量程，选择周期(即U6-11-1发出脉冲时的6路OUT周期)进行计数；按照设定值，到达所需数值后停止计数的动作，已经实现。到达所需数值后，进行相应的逻辑动作，并以适当的形式输出，将在下面进行说明。
[0071]3 停止
[0072]计时达到设定时刻后，要停止计时，并输出一定的逻辑动作，将停止信号输出。停止信号的产生在图6中的原理图里做了介绍，HU-G-1和U6-6的逻辑电平，在到达设定时间那一刻，会发生改变，用来锁存计数器4518停止计数以及输出各种逻辑动作(即图6中的O 和 I) ο
[0073]如果要实现漏电保护器测试仪的检测工作，需要一个继电器作为常闭开关，时间到达时，开关打开，模拟线路断开的动作。
[0074]继电器输出电路图，如图9所示:
[0075]为了配合继电器的动作，需设计一个逻辑动作，从启动开始计时，到达设定时刻后产生上升沿，使开关分断，HU-G就可实现此功能。
[0076]整个电路的总电路图如图10所示
[0077]利用Protel99SE绘制电路原理图后，生成PCB图。
[0078]本发明的系统结构如图11所示，包括启动单元1、计时单元2、拨盘开关3、停止信号输出单元4和比较单元5，其中计时单元包括晶振子单元201、分频子单元202、计数子单元 203。
[0079]用此秒脉冲时间特性检定仪检测漏电保护器测试仪时，将被检漏电保护器测试仪的电流输出接在检测装置的光耦驱动启动接口，在时间设置拨盘处设置标准时间间隔。用“停止上升沿”脉冲驱动继电器常闭开关，模拟开关接通状态，设定时刻到达后，常开开关断开，漏电保护器测试仪显示分断过程的时间，与秒脉冲时间特性检定仪的设定值比对，判定被检漏电保护器测试仪是否合格。
[0080]通常情况下，被检的漏电保护器测试仪，最低分辨率:1ms，动作时间精度:±2%±3ms。该时间特性检测装置的分辨率为0.1ms，精度达到±0.037ms，作为计量标准，精度高出被检仪器两个数量级，完全符合量值传递的要求，可以对精度为±2% ±3ms漏电保护器测试仪的时间特性进行检测。
[0081]上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述【具体实施方式】所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。
【权利要求】
1.一种秒脉冲时间特性检定仪，其特征在于:所述秒脉冲时间特性检定仪包括: 启动单元:接收被检测试仪发出的模拟信号，并驱动计时单元开始计时； 计时单元:按照设定的脉冲时间开始计时； 拨盘开关:用于设置所需的设定时间； 停止信号输出单元:当计时单元的输出值达到拨盘开关上设置的设定时间时，模拟关断的动作，并传递给被检测试仪，让被检测试仪显示出其所测量的分断时间； 比较单元:将所述设定时间与被检测试仪显示的分断时间进行比较，判断被检测试仪是否合格。
2.根据权利要求1所述的秒脉冲时间特性检定仪，其特征在于:所述启动单元采用光耦，被检测试仪的电流输出接在所述光耦的驱动启动接口，当被检测试仪发出的模拟信号驱动光親导通时，驱动计时单元开始计时。
3.根据权利要求2所述的秒脉冲时间特性检定仪，其特征在于:在所述光耦的发射端设置外接引线。
4.根据权利要求3所述的秒脉冲时间特性检定仪，其特征在于:所述计时单元包括: 晶振子单元:采用高频晶振，输出频率是1MHz，将高频晶振输出的波形经过六反相器整形后，形成IMHz的标准方波； 分频子单元:对晶振子单元形成的所述IMHz的标准方波进行分频； 计数子单元:对分频后的脉冲计数以实现计时的功能。
5.根据权利要求4所述的秒脉冲时间特性检定仪，其特征在于:所述分频子单元对高频信号进行分频后形成如下频率档: 周期为10 μ S的频率档，周期为100 μ S的频率档，周期为Ims的频率档，周期为1ms的频率档，周期为10ms的频率档，周期为Is的频率档。
6.根据权利要求5所述的秒脉冲时间特性检定仪，其特征在于:所述计数子单元采用计数器。
7.根据权利要求1至6任一所述的秒脉冲时间特性检定仪，其特征在于:所述拨盘开关采用BCD码拨盘开关，能够设定3位有效数字的设定值，乘以相应的量程，即为其实际的输出值:(1 ? 999)X10ms，MS-4、-3、-2、-1、0、1 ； 每位对应的整数范围是O?9 ; 每位有五个接线端子，其中一位是公共端，另外四位是BCD码输出，拨盘上显示的整数对应BCD码输出，其中I表示该端子与公共端接通，O表示与公共端断开。
【文档编号】G01R35/00GK104459592SQ201410685742
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月25日 优先权日:2014年11月25日
【发明者】王跃佟, 吴裔骞, 储小平, 张晗, 宋楠, 谷扬, 黄艳, 张磊, 吴锦铁 申请人:北京市计量检测科学研究院