CN1161748A - 交流电源插座接地完整性及导线测试电路装置 - Google Patents

Abstract

一种用以测试具有火线、中性线与接地线连接之标准交流插座的火线载流能力以及安全性接地回路的自足的、插入、手持式装置。该测试电路装置还通过设于测试单元中的闪灯检测交流插座中的一般误接线及开路连接。若交流插座正确接线且火线及安全性接地之总电阻低于一预定极限，则仅代表“良好”的“绿”灯闪光，仅用一灯指示一切均适当接线可使对电气测试装置及过程所知甚少的用户也能方便使用该装置。本发明还提供了其他发生的各种检测状态及指示。

Description

交流电源插座接地完整性及导线测试电路装置

发明领域

本发明系关于用以监测及测试电气电源的装置，且更特别的是，本发明系关于及用于一标准的三线120伏特交流电气插座，其可对使用者保证该插座已被适当地接线及有可接受的接地特性。

发明背景

多年来已众所周知的是，交流插座的安全接地问题是重要的，此接地连接可将因绝缘故障而出现在工具或用具外壳上的电流无害地分流至地面。假设该外壳未被适当地接地且该电源工具的火线被短路至外壳，若使用者正站在与地面构成通路的表面上或者正接触一与地面相连的表面，则该使用者将可能因而受伤或死亡。假设正被使用的工具发生了如此故障且该插座接线正确，则大量的电流将可能自该交流插座之火线流经该工具再经该交流插座的安全性接地流回，因此电流量超过了保护接线之断路器或保险丝的额定电流，并且跳开该断路器或者烧熔该保险丝。于是呈现目前的是，该火线及安全接地的总电阻必须具有一足够低的值，以容许一超过断路器或保险丝之额定值的电流流过，从而确保电路电源将由于如此一故障而被中断。

大部分的120伏AC断路器均具有一20安培的额定值。仅使用欧姆定律，我们可发现自主配电盘至交流插座之接线以及自交流插座至地面之连接的总电阻必须不超过6欧姆。若此总电阻大于6欧姆，该断路器便不能在故障发生期间跳开，并且会造成火灾危险或电击等形式的危险状况。可能与地面发生不良电气连接是最为普遍的，因为此等连接常常是通过载有接线的金属导管来完成的。此导管一般具有许多的管接头及通过交流插座间接线盒的连接，还有通常终止于电源配电盘的接地连接。除了此等接地回路的错误安装外，长时间的连接也可能会松驰或侵蚀以致使电阻增加。

如前述例子所示，电路之总电阻必须不大于6欧姆。市面上最为普遍的插座测试器用氖(neon)电灯泡来指示出交流插座误接线。此等灯仅需1或2毫安培以将其点亮或接通。一具有高达120,000欧姆电阻的错误接地连接，将点亮这种类型测试器中的灯，于是使用者将在其并非安全时而假定该插座可以安全使用。

显然，需用超过1或2毫安培的电流来适当地施行此等接线连接，但接地故障中断器插座会发生问题。若超过3毫安培之电流自火线流出并流过插座的接地回路，此等插座将出错。因此，致使超过3毫安培的电流在测试期间流过此等接线的测试器是不可使用的，因为中断器将在其每次被测试时跳闸。申请人已发现，解决此问题的方法是形成高电流的短期脉冲，若该期间够短，则可通过插座从火线至地面形成超过20安培之电流，而不会使中断器跳闸。一具有20安培或更大峰值电流的3至5微秒总宽度的脉冲将不会使此等中断器跳闸，且该接线之电阻现可借助于检测该电流脉冲的振幅而被判定。若电路的总电阻低于一预定极限，该峰值电流将足够高从而触发一灯，该灯用以指示插座是可安全使用的。

由上述及现有技术中其他熟知缺点而观之，其不仅用以测试一交流插座是否正确地接线，并用以判定火线、中性线及接地线连接中的任何过失，且更用以检测一有过失的接地，本发明提供下列优点。

本发明的目的之一，是提供一测试器单元，其用以检测及指示被测试的交流插座接线正确、接地故障、中性线开路、火线与中性线连接颠倒、发生“火线接在中性线位置上，而中性线开路”(Hot on Neutral with open Neutral)的连接、及火线连接开路。

本发明的另一目的，系对使用者保证该交流插座已被正确地接线，且该火线及接地是回路的总电阻低于6欧姆。

本发明的其他不同的目的及优点，将于详阅并了解随后的本发明详细说明而得以知晓。发明内容

本发明的前述目的可通过一具有“红”、“绿”与“黄”的三个LED的交流电源插座接地完整性及接线测试器单元装置及电路来实现，其中LED被致动或激励以指示该交流插座的火线、中性线与接地线所发生的任何正确及不正确接线连接，其可藉由包括三个张弛振荡器电路的工作电路来完成，每一张弛振荡器电路中包含一LED指示器装置以指示一特定接线状态的发生，当该测试器单元被插入插座时，所有这三个振荡器电路都包含于该测试器单元/装置中，且被连接于交流插座的火线、接地线与中性线的任何接线连接之间。

附图概述

本发明的新颖特性叙述于随后的权利要求书中。本发明本身将参考附图1中的较佳说明实施例而被描述。

图1示出了本发明的电气交流插座监测及测试电路装置。

较佳实施例的详细说明

参考第一图，其画有本发明的电气交流插座监测及测试电路装置。测试器10具有三个LED：D2“红”、D4“绿”、D6“黄”。当该交流插座正确接线，且火线与接地回路的总电阻低于6欧姆时，仅有绿色LED D4将亮或闪光。当任一LED被点亮或激励时，其将以每秒钟数次的频率而短暂地闪亮。下表显示了可由本发明所达成的对于接线故障的不同故障与闪光的组合。

LED的闪光      故      障

绿             所有接线良好

红             接地故障

黄与绿         中性线开路

黄与红         火线与中性线颠倒

黄             火线接在中性线位置，而中性线开路

无灯亮         火线开路或接地线与中性线开路

如第一图中所显示，本发明的简化电路将允许其装入一未被显示的小型手持、插入式封壳中。其亦可自交流线路(插座)自己供电。电力自交流的火线线路12陆续通过保险丝F1、二极管D1与限流电阻器R2，并经由电路线路13而至电容器C1。该电容器C1将充电，电压被限制于15伏特，这由齐纳二极管D3控制，齐纳二极管D3与电阻器R4串联，电阻器R4连接至电路共同点CC，该电路共同点CC连接至正在测试中的交流插座18的中性线线路16。出现于R2、D3与C1的接合点的15伏特连接至一限流电阻器R1，R1被连接至LED D2，该LED D2连接至SCR Q1的阳极。Q1的阴极连接至电路共同点CC，且Q1的栅极连接至D3与R4的接合点。当该单元被插入交流电源插座且电力被施加至本发明电路时，跨于C1的电压将使电流流过齐纳二极管D3和电阻器R4。流过R4的电流将使其两端产生一超过0.6伏特的电压，且此电压将接着引起一电流流入SCR Q1的栅极，其将造成Q1导通电流并点亮或激励LED D2。由于储存在电容器C1中的能量将快速地被耗尽，且通过Q1的电流将下降而低于其保持电流，故LED D2将仅短暂地保持为亮的。当Q1因缺乏足够的保持电流而被载止时，跨于电容器C1的电压将再开始上升，且此循环将一再重覆。目前所叙述的电路系一完全自足的第一张弛振荡器，其使LED D2闪光或发亮的频率由施加线路电压及R2、D3、R4与C1的预定值所决定。若跨于电容器C1的电压被保持低于D3的齐纳电压，则此第一张弛振荡器的动作将被禁止。此将我们带至该电路的第二部分：电阻器R3、LED D4、和SCR Q2，它们在R2与CC间彼此串联。此串联电路跨接或并联于电容器C1。若Q2在跨于C1的电压达到15伏特之前被触发，则LED D4而非LED D2将闪光(间歇地被点亮或激励)。Q2由第二张弛振荡器电路的作用所触发，该第二张弛振荡器电路乃由二极管D1、SIDAC Q3、及电阻器R5与电容器C2之并联组合所组成，该并联组合通过一环绕着线圈L1的接线回路19和电路线路20而被连接至该交流插座18的接地连接。此第二张弛振荡器以两倍于前述的第一张弛振荡器的预定频率而产生脉冲。

当电力被施加至测试器10，其插入至插座18时，电容器C2并无电压跨于其上。足以使SIDAC Q3导通的电压为120伏特。仅交流线路电压的正半周可通过二极管D1，且当该线路循环的正半周达到120伏特时，截断装置Q3将变为导通的，并引起电容器C2于大约4毫秒中快速地充电。此时，通过Q3的电流将下降而低于其保持电流，且Q3将截止。接着C2将开始通过电阻器R5而放电，且当跨于C2的电压已降低至一足够低的电压以允许120伏特再度跨于Q3时，该循环将再次地被重覆。以第一图中所显示的元件值，Q3将大约一秒钟触动六次。基本上，将流通的峰值电流由二极管D1、D3的正向压降及电容器C2之ESR所决定。由于此等压降非常低，故对电流流通的主要限制是插座18中的交流接线的电阻。流过环烧着线圈L1的回路19的电流将在线圈L1中感应一电压，其电压“经由电路线路21”而被施加至Q2之栅极，该线路21具有自Q2之栅极被连接至电路共同点CC的一可变电阻器。此电阻器R6作用有如一电流分路，可控制Q2之灵敏度，且R6的设定可在环绕着线圈L1之回路19中的峰值电流脉冲低于一预定电平时，防止Q2触发。若Q2因线圈L1所感测电流不足而未被触发，则先前叙述的第一张弛振荡器将变得可以工作，且该红色LED D2将开始闪光以指示出接地故障。

中性线开路的状态：此将我们带至第三张弛振荡器电路，其结构如第一张弛振荡器电路，除了其经由接线线路14与16而被跨接于被测试交流插座的中性线与接地线连接之间，且其包含：D5、R7、R8、C3、D7、R9、Q4及LED D6(黄)。当交流插座正确地被接线时，没有电位差存在于此二点(中性及接地)之间，且此第三振荡器不工作。若该中性线开路，自第一振荡器电路共同点CC流出之电流现在必须经由D5及其他元件而通过第三张弛振荡器，以达到接地电位。因此，第一振荡器与第三振荡器以串联形式被置放跨于插座的火线与接地线之间。由于第二张弛振荡器的运作使该第一张弛振荡器为无作用的，二个绿色、黄色LEDD4及D6将以一预定频率而闪光或被点亮。

火线与中性线颠倒的状态：一旦检测出此状态，没有电位差将存在跨于该第二振荡器，且Q3将不会触发或导通从而允许红色LED D2以一预定频率闪光或被点亮。该中性线现为火线且火线现为中性线之事实，对第一振荡器而言并无差别。由于该第三振荡器现将被跨接于交流120伏特且因为该中性线现将为火线，所以该黄色LED D6亦将以一预定频率而闪光。

火线在中性线位置上而中性线开路的状态：由于仅有第三振荡器电路将具有120伏特跨于其上，所以仅有黄色LED D6将以一预定频率而发亮或闪光。在此假设该交流插座之火线部分/接线系开路的，且无接线被连接至其上。

无灯闪光的状态：为了发生此状态，该交流插座18将必须为“无效的(dead)”(无火线连接)或该中性线与接地线连接皆将必须同时为“开路”。

从前述揭示中可看出，本发明提供了超越熟知现有技术的众多优点，且本发明单元的众多故障检测工作通过单个自足的、小型手持、插入式、封闭装置来完成，其由包含于被测试交流插座中的交流线路供电。

关于前述及显示于第一图中的电路元件：除了另外标注外，所有电阻器以欧姆(+/-5％)为单位并为1/4瓦特，且所述电容器以微法拉第(μfd)为单位。

虽然本发明已参考一较佳实施例而被叙述，此说明并无意以一限定意义而被解释。一旦参考本发明之说明，该被揭示实施例之不同修改及本发明之其他实施例，对于本领域的熟练技术人员而言将变得显而易知。可预期的是，随后之权利要求书将涵盖该等属于本发明之真正范畴的修改。

Claims (8)

1.一种用以测试具有火线、中性线、及接地线连接的标准交流插座的火线载流能力及完全性接地回路的自足、手持、插入式装置，其特征在于，包含：

用以检测所述交流插座之火线、中性线与接地线连接的任何误接线之发生及用以可见地指示该等发生的电路机构，所述电路机构具有一单一的指示灯机构，该指示灯机构可致动以指示所述交流插座的适当接线状态，并指示所述火线及接地线连接之总电阻低于一预定的欧姆电阻极限之状态，并且所述电路机构由被测试交流插座之火线连接所供电且不需要为所述装置提供内部电源。

2.如权利要求1所述之装置，其特征在于，所述电路机构包括一第一张弛振荡器电路和所述单一的指示灯机构，所述第一张弛振荡器电路可连接于被测试交流插座的火线与中性线连接之间，且所述电路机构还包括一第二指示灯机构，其可致动以指示一接地故障状态的发生以及所述被测试交流插座的火线与中性线连接颠倒状态之发生。

3.如权利要求2所述之装置，其特征在于，所述电路机构还包括一第二张弛振荡器电路，其可连接于所述火线与接地线连接之间，且被跨接于所述第一张弛振荡器电路，其中所述第二张弛振荡器控制所述单一指示灯之闪光脉冲频率。

4.如权利要求3所述之装置，其特征在于，所述电路机构还包括一第三张弛振荡器电路，其可连接于所述被测试交流插座的接地线与中性线连接间且具有一第三指示灯机构，该第三指示灯机构可致动以指示中性线开路状态、火线与中性线颠倒状态、及火线处于中性线位置而中性线开路状态之发生。

5.如权利要求4所述之装置，其特征在于，所述电路机构及其张弛振荡器电路和数个指示灯机构在检测出火线开路状态、或接地线和中性线开路状态时是不工作的，这禁止任何所述指示灯机构工作，从而指示被测试交流插座接线发生故障。

6.如权利要求5所述之装置，其特征在于，所述电路机构及其第二与第三张弛振荡器电路在检测出中性线开路状态时工作，以致动所述单一的指示灯机构和所述第三指示灯机构，且在检测出所述火线与中性线颠倒状态时也工作，以致动所述第二与第三指示灯机构。

7.一种用以测试具有火线、中性线与接地线连接的一标准交流插座之火线载流能力以及安全性接地回路的方法，其特征在于，包含步骤：

a)通过电路机构检测所述交流插座之火线、中性线与接地线连接的任何错误接线的发生，且可见地指示出该等发生；

b)通过一单一指示灯机构检测并指示出二种状态，一为所述交流插座之正确接线状态，一为所述火线连接与所述接地线连接之总电阻低于一预定的欧姆电阻极限之状态；以及

c)自所述被测试交流插座之火线连接为所述电路机构与所述指示灯机构供电。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，当所述被测试交流插座中发生以下每种状态时，所述方法还包括检测并指示出接地故障状态、中性线开路状态、火线与中性线颠倒状态、火线处在中性线位置而中性线开路状态、火线开路之状态、及接地线与中性线开路状态的发生之步骤。

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