防雷器及器件的檢測儀及其檢測方法
2023-06-01 01:51:21 2
專利名稱：防雷器及器件的檢測儀及其檢測方法
技術領域：
本發明涉及一種雷電檢測儀器及其檢測方法，具體地講是一種對防雷電、防浪湧的產品及器件質量的檢測儀器及其檢測方法。
背景技術：
雷電災害已被聯合國列為「全球十大自然災害」之一。隨著經濟建設的高速發展，電子信息設備的應用已深入至國民經濟、國防建設和人民生活的各個領域，各種電子、微電子裝備已在各行各業大量使用。由於這些系統和設備的耐高電壓能力很低，所以，當直擊雷電或感應雷電的高電壓以及雷電電磁脈衝侵入時，所產生的電磁效應、熱效應都會對系統和設備造成幹擾或永久性損壞。每年，全世界在航空、軍事、金融、證券、貿易、石化、醫療、教育、IT產業等方面，因雷擊造成的經濟損失相當驚人。另外，電器系統的開關操作和靜電放電所引起的瞬態浪湧也是造成微電子器件、印刷電路板被擊穿損壞的殺手。
為了避免和減少雷電災害、開關操作和靜電放電帶來的損失，國內外生產出各種防雷擊、防浪湧的產品及器件，90年代的MOV(氧化鋅)產品和90年代後期出現的surge protective device(SPD)產品(浪湧保護器，常稱避雷器或防雷器)和氣體放電管、TVS二極體、固態放電管(半導體放電管)等新型防雷、防浪湧器件。對於這些新型的科技產品和器件，有一些大型的檢測儀器，方法是用高頻直流高壓源，經過升壓加到被測體上，當漏電流達到1mA時，記錄施加U1mA電壓值，再將電壓降至0.75U1mA，記錄洩露電流值。但此法效率低，工作量大，價格昂貴、體積笨重，更不能進行現場檢測；為此，我們獨自研究、開發和設計出一種防雷、防浪湧儀器的檢測儀。
發明內容
本發明的目的是提供一種實用、小型及價廉的防雷器及器件的檢測儀及其檢測方法，以解決現有檢測儀產品檢測效率低，工作量大，且高壓源體積龐大，不易進行現場測量各種防雷器和單獨檢測各種防雷器件的問題。
本發明基於上述目的，研究並設計出一種防雷、防浪湧儀器的檢測儀，其技術方案包括低壓電源、直流高壓電源、電壓檢測電路、電壓換檔開關(III)、高壓輸出埠(VII)和電流表(X)，其特徵在於箱體內的直流高壓電源的產生是由振蕩電路產生鋸齒波電壓，整形放大為脈衝電壓後，輸入激勵電路進一步放大，再輸入功率開關電路，並將開關電路輸出的逆程脈衝電壓輸入一體化回掃變壓器中，獲得脈衝高壓，經濾波和可控矽電壓保護後，產生檢測儀所需要的直流高壓，再串接電流表(X)後，加到圓板型金屬電極腔；箱體內檢測電路分別由兩塊LED顯示集成電路及外圍電路構成，其輸入端連接到圓板型金屬電極腔、輸出端分別連接到面板上的顯示電路——電壓指示發光二極體(I)組和電壓指示發光二極體(II)組，並通過電壓換檔開關(III)，構成0.1～1KV和1～5KV兩組檢測電壓的顯示窗口。
上述的圓板型金屬電極腔是分別由兩片平行的圓形金屬構成，兩電極之間由空氣隔離，一個電極通過電流表連接到直流高壓上；另一電極的中心裝有調節電極柱，電極柱分別連接L/N雙向轉換開關(VI)、電壓換檔開關(III)和高壓輸出埠(VII)。
上述的直流高壓電源採用交流→變壓→LC震蕩→高頻脈衝→放大→升壓→整流→濾波→保護電路→圓板型金屬電極腔→電離空氣→產生電弧。
本發明防雷器及器件檢測儀的檢測方法，其方法一是對防雷電源插座的檢測，即將其電源線的三眼電源插頭的L和N極，對應插入到面板上的三眼電源插座(V)中，三眼電源插座(V)內的L和N極，通過L/N雙向轉換開關(VI)分別加到高壓電極的電極柱上，三眼電源插座(V)中的接地端為公共地，通電後可檢測出防雷電源插座L和N極的額定殘留電壓值。
該方法二是對各種防雷器及器件的檢測，即通過面板上的高壓輸出埠(VII)，用自備的兩個檢測探頭或檢測夾連接到被測的防雷器及器件的兩端，通電後檢測出防雷器及器件的額定殘留電壓值。
檢測時，若檢測儀面板上的高壓電弧窗(IV)伴隨有電弧的出現，並有電壓指示發光二極體(I)組或(II)組發光，電流表(X)有指示，表示為產品合格；同時，根據電壓指示發光二極體顯示的數量定量表示出防雷器及器件的額定殘留電壓值。
檢測時，若檢測儀面板上的高壓電弧窗(IV)無電弧顯示、無電壓指示發光二極體(I)組或電壓指示發光二極體(II)組發光，電流表(X)無指示，則表示為產品不合格或不具有防雷電功效。
檢測時，若檢測儀面板上有高壓電弧窗(IV)的電弧出現，而無電壓指示發光二極體(I)組或電壓指示發光二極體(II)組發光，電流表(X)超出指示範圍，則表示為防雷器及器件已被擊穿損壞。
本發明實施上述技術方案所帶來的優點與積極效果在於採用了結構新穎的圓板型金屬電極腔，用無接觸式的測量方法，模擬雷電效應，產生高壓電弧，達到定性測量的目的。同時，通過電壓指示發光二極體檢測電路，可以定量表示出各種防雷器及器件的額定殘留電壓值。
本發明突出的特點是當防雷器及器件被「電弧擊穿」時，在窗口能夠顯示出空氣被電離時產生的電弧，由於高壓測試電流小(毫安級)，電弧不會損壞被測器件；其次是電極的構造採用兩塊圓板型金屬電極，在其中的一塊中心上裝有可調節的電極柱，可控制電弧的長短，實現控制高壓電弧的電流，達到安全檢測的目的。
本發明對於裝有防雷器件的特殊設備，如防雷電源插座(或防浪湧插座)，其內部裝有防雷器件(壓敏電阻、氣體放電管等)，可將其電源連接線插頭的L極(火線)和N極(零線)，插入面板上專用三眼電源插座(V)的相應插孔，通過L/N雙向轉換開關(VI)分別加到高壓電極上，即可很方便地檢測防雷電源插座L和N極的額定殘留電壓值。
本發明對於各種規格的防雷器材和產品，可現場通過面板上的高壓輸出埠(VI)，用檢測探頭或測試夾直接接到被測體上，方便、快捷地測出防雷器材和產品的額定殘留電壓值。
本發明對於單獨的防雷器件(如壓敏電阻、氣體放電管、TVS二極體、固態放電管等)，同樣可用檢測探頭或測試夾直接接到這些器件上，分別檢測出防雷器件的額定殘留電壓值，以保證生產防雷產品的質量。
本發明與現有技術相比所具有的優點還在於該設備功率小(25～30W)、體積小、便於攜帶、安全可靠、價格低廉。突出的特點是圓板型金屬電極腔產生均勻高壓電場，電極柱產生尖端放電，而電弧放電是在以電極柱為中心，以圓形金屬片為區域放電，避免了金屬片邊沿處電弧因電暈效應而延伸，導致外洩電弧幹擾或損壞檢測儀器。該圓板型金屬電極腔模擬雷電電弧加到被測物體上，不僅能夠在直流高壓下檢測到防雷器及器件上的額定殘留電壓值，而且能夠模擬雷電效應——閃電，使觀測更為直觀，測量範圍更為寬廣，即測量範圍為0.1～5KV。
這樣，待檢測的防雷器及器件就加在有足夠高的均勻電場中，從而達到模擬雷電產生電離空氣時的放電條件。高壓電極一方面要有足夠的高電壓，另一方面還要不損壞被測器件。所以，通過調節電極柱，使電弧電流控制在200mA以下。這樣，既可對不同殘留電壓標準的防雷器及器件施行檢測，又不會對被測防雷器及器件造成損壞。
圖1是本發明高壓電路結構原理的方框2是本發明電壓測量電路的原理3是本發明檢測儀的面板結構示意2中Ui為檢測電壓輸入端；R*x為可調電阻，與R1組成分壓電路，改變R*X阻值可獲得0.1～1KV和0.5～5KV兩組不同量程的電壓；集成電路工作電壓為5V；LED1、LED2、LED3、LED4、LED5、LED6、LED7、LED8、LED9、LED10為電壓指示電壓指示發光二極體，分別代表0.1(0.5)，0.2(1)，0.3(1.5)，0.4(2)，0.5(2.5)，0.6(3)，0.7(3.5)，0.8(4)，0.9(4.5)，1(5)KV；其中LED10為紅色，LED1～LED9為綠色。
圖3中電壓指示發光二極體(I)組、電壓指示發光二極體(II)組、電壓換檔開關(III)、高壓電弧窗(IV)、三眼電源插座(V)、L/N雙向轉換開關(VI)、高壓輸出埠(VII)、電源指示燈(VIII)電源開關(IX)和電流表(X)。
具體實施例方式
以下結合附圖及實施例對本發明做出進一步的詳細說明實施方式1本發明交流220V經過電源開關(IX)，接入低壓變壓器，在箱體內固定的電路板上設置整流橋、濾波電路，並將低壓直流電壓加到由LC振蕩電路，並產生鋸齒波電壓，整形放大為脈衝電壓後，輸入激勵電路進一步放大，再輸入功率開關電路，並將開關電路輸出的逆程脈衝電壓輸入一體化的行輸出變壓器中，獲得脈衝高壓，經濾波、可控矽保護電路和高壓分壓電路，取得檢測儀所需要的直流高壓，再串接電流表(X)後，加到圓板型金屬電極腔的一個電極上，圓板型金屬電極腔的另一個電極通過電極柱分別接到電壓換擋開關(III)的中心擋、L/N雙向轉換開關(VI)的中間擋和高壓輸出埠(VII)的高壓端。
圓板型金屬電極腔是兩個直徑為1釐米的平行圓形金屬板來模擬帶電雷雲和大地，兩電極之間距離為1釐米，電極柱可調範圍在0.1～1.0釐米。
電壓轉換開關(III)的兩個分檔，分別連接箱體內的兩LED集成電路(LM3914)及外圍電路(圖2)的輸入端，兩LED集成電路的輸出端分別連接到面板上的電壓指示發光二極體(I)組和電壓指示發光二極體(II)組，並通過電壓轉換開關(III)，構成0.1～1KV和0.5～5KV兩組檢測電壓的顯示窗口，用來定量顯示被測的防雷器及器件的額定殘留電壓值。
L/N雙向轉換開關(VI)的兩個分檔，分別連接面板上三眼電源插座(V)內的L和N極，專用來檢測防雷電源插座(或防浪湧插座)。
高壓輸出埠(VII)分別由高壓端和接地端構成，用來外接檢測探頭或檢測夾。
本發明箱體內的電壓測量電路如圖2，該儀器設計有兩檔跳躍式的檢測電壓模式。其一為0.1～1KV擋，其二為0.5～5KV擋，電壓測量電路分別由兩塊LED顯示驅動集成電路LM3914及外圍電路構成。可分別控制兩組電壓指示發光二極體發光。每個二極體表示一個電壓等級，即0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7，0.8，0.9，1KV，和0.5，1，1.5，2，2.5，3，3.5，4，4.5，5KV。
由公式Ui＝1.2Rx/R1+1.2確定R*x不同的值，便可獲得0.1～1KV和1～5KV兩組檢測電壓。
本發明檢測儀在箱體的面版上設計有(如圖3)供電壓指示的兩組電壓指示發光二極體(I)和電壓指示發光二極體(II)、電壓換檔開關(III)、高壓電弧窗(IV)、三眼電源插座(V)、L/N雙向轉換開關(VI)、高壓輸出埠(VII)，電源指示燈(VIII)、電源開關(IX)和電流表(X)。以及該儀器的商標、型號、名稱。在檢測儀箱體的後面板上設有電源引出線、電源保險管座和技術參數。
實施方式2
本發明檢測儀對防雷電源插座的檢測，將其電源線插頭插入到面板上的三眼電源插座(V)中，三眼電源插座(V)內的L和N極可通過L/N雙向轉換開關(VI)的分檔，分別獨立地和高壓電極連接，三眼電源插座(V)中的接地端為公共地，通電後能檢測出防雷電源插座上L和N極的額定殘留電壓值，以此判斷防雷電源插座是否具有防雷電功能。
實施方式3本發明檢測儀對防雷器的檢測，通過面板上的高壓輸出埠(VII)，(兩埠分別是高壓輸出和公共地)，用兩根檢測探頭或檢測夾，將高壓輸出和地分別連接到被測防雷器的兩端，通電後能檢測出防雷器的額定殘留電壓值，以此判斷其防雷電功能的級別和用途。
實施方式4本發明檢測儀對防雷元器件的檢測，通過面板上的高壓輸出埠(VII)，(兩埠分別是高壓輸出和公共地)，用兩根檢測探頭或檢測夾，將高壓和地分別連接到被測防雷元器件的兩端，通電後能檢測出防雷元器件額定的額定殘留電壓值，經過檢測合格的元器件確保了生產防雷產品的質量。
上述檢測方法在檢測時，若檢測儀面板上的高壓電弧窗(IV)伴隨有電弧的出現，並有電壓指示發光二極體(I)組或電壓指示發光二極體(II)組發光，電流表(X)有指示，表示為產品合格。同時，根據電壓指示發光二極體顯示的數量定量表示出防雷器及器件的額定殘留電壓值。
檢測時，若檢測儀面板上的高壓電弧窗(IV)無電弧顯示、無電壓指示發光二極體(I)組或電壓指示發光二極體(II)組發光、電流表(X)無指示，則表示為產品不合格或不具有防雷電功效。
檢測時，若檢測儀面板上有高壓電弧窗(IV)的電弧出現、而無電壓指示發光二極體(I)組和電壓指示發光二極體(II)組發光、電流表(X)指示過大，則表示為防雷器及器件已被擊穿，無法繼續使用或不屬於防雷電產品。
在上述的各種檢測方法中，直流高壓的兩端接在被測物和共用地之間，將兩金屬板電極間的空氣電離，產生藍色電弧，由於防雷器及器件不直接連接直流高壓，所以整個測試過程又稱為無接觸式測量。
通常，先用0.1～1KV的檔檢測，當1KV紅燈發光時，說明防雷器及器件的額定額定殘留電壓值高於1KV，應換0.5～5KV的檔，繼續測試。
這裡LED1～LED9選用綠色電壓指示發光二極體，LED10選用高亮度的紅色電壓指示發光二極體，當5KV指示燈發光時，說明已超出本儀器的使用範圍。
權利要求
1.防雷器及器件的檢測儀，包括低壓電源、直流高壓電源、電壓檢測電路、電壓換檔開關(III)、高壓輸出埠(VII)和電流表(X)，其特徵在於箱體內的直流高壓電源的產生是由振蕩電路產生鋸齒波電壓，整形放大為脈衝電壓後，輸入激勵電路進一步放大，再輸入功率開關電路，並將開關電路輸出的逆程脈衝電壓輸入一體化回掃變壓器中，獲得脈衝高壓，經濾波和可控矽電壓保護後，產生檢測儀所需要的直流高壓，再串接電流表(X)後，加到圓板型金屬電極腔；箱體內檢測電路分別由兩塊LED顯示集成電路及外圍電路構成，其輸入端連接電壓換檔開關(III)，輸出端分別連接到面板上的顯示電路——電壓指示發光二極體(I)組和電壓指示發光二極體(II)組，並通過電壓換檔開關(III)，構成0.1～1KV和1～5KV兩組檢測電壓的顯示窗口。
2.根據權利要求1所述的防雷器及器件的檢測儀，其特徵在於圓板型金屬電極腔是分別由兩片平行的圓形金屬構成，兩電極之間由空氣隔離，一個電極通過電流表連接到直流高壓上；另一電極的中心裝有調節電極柱，電極柱分別連接L/N雙向轉換開關(VI)、電壓換檔開關(III)和高壓輸出埠(VII)。
3.用於權利要求1所述的防雷器及器件檢測儀的檢測方法，其特徵在於該方法一是對防雷電源插座的檢測，即將其電源線插頭插入到面板上的三眼電源插座(V)中，三眼電源插座(V)內的L和N極，通過L/N雙向轉換開關(VI)分別加到高壓電極的電極柱上，三眼電源插座(V)中的接地端為公共地，通電後檢測出防雷電源插座L和N極的額定殘留電壓值；該方法二是對各種防雷器及器件的檢測，即通過面板上的高壓輸出埠(VII)，用兩個檢測探頭或檢測夾連接到被測的防雷器及器件的兩端，通電後檢測出防雷器及器件的額定殘留電壓值；檢測時，若檢測儀面板上的高壓電弧窗(IV)伴隨有電弧的出現，並有電壓指示發光二極體(I)組或電壓指示發光二極體(II)組發光，電流表(X)有指示，表示為產品合格；同時，根據電壓指示發光二極體顯示的數量定量表示出防雷器及器件的額定殘留電壓值；檢測時，若檢測儀面板上的高壓電弧窗(IV)無電弧顯示、無電壓指示發光二極體(I)組或電壓指示發光二極體(II)組發光，電流表(X)無指示，則表示為產品不合格或不具有防雷電功效；檢測時，若檢測儀面板上有高壓電弧窗(IV)的電弧出現，而無電壓指示發光二極體(I)組或電壓指示發光二極體(II)組發光，電流表(X)超出指示範圍，則表示為防雷器及器件已被擊穿損壞。
全文摘要
本發明提供了一種防雷器及器件的檢測儀及其檢測方法，該檢測儀是由箱體內的低壓電源、高壓電源、圓板型金屬電極腔、檢測電壓電路以及箱體面板上的顯示電路和控制電路構成；該檢測儀的檢測方法是模擬雷電產生的高壓電弧，定性地判斷防雷器及器件的防雷性能，並通過顯示電路定量地表示出防雷器及器件的殘留電壓值。本發明突出的特點是在結構上採用了圓板型金屬電極腔，方法上採用了無接觸式測量，不僅能夠在直流高壓下檢測到防雷器及器件上的殘留電壓值，而且能夠模擬雷電效應——閃電，使測量更直觀，測量範圍更寬廣。本發明適用於防雷及防浪湧的產品及其器件的檢測。
文檔編號G01R31/00GK1904627SQ20061004811
公開日2007年1月31日 申請日期2006年8月4日 優先權日2006年8月4日
發明者方明煌, 王俊萍, 李剛, 方潔 申請人:太原理工大學