專利名稱：交流電源插座接地完整性及導線測試電路裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明系關于用以監(jiān)測及測試電氣電源的裝置，且更特別的是，本發(fā)明系關于及用于一標準的三線120伏特交流電氣插座，其可對使用者保證該插座已被適當?shù)亟泳€及有可接受的接地特性。
背景技術：
多年來已眾所周知的是，交流插座的安全接地問題是重要的，此接地連接可將因絕緣故障而出現(xiàn)在工具或用具外殼上的電流無害地分流至地面。假設該外殼未被適當?shù)亟拥厍以撾娫垂ぞ叩幕鹁€被短路至外殼，若使用者正站在與地面構成通路的表面上或者正接觸一與地面相連的表面，則該使用者將可能因而受傷或死亡。假設正被使用的工具發(fā)生了如此故障且該插座接線正確，則大量的電流將可能自該交流插座之火線流經(jīng)該工具再經(jīng)該交流插座的安全性接地流回，因此電流量超過了保護接線之斷路器或保險絲的額定電流，并且跳開該斷路器或者燒熔該保險絲。于是呈現(xiàn)目前的是，該火線及安全接地的總電阻必須具有一足夠低的值，以容許一超過斷路器或保險絲之額定值的電流流過，從而確保電路電源將由于如此一故障而被中斷。
大部分的120伏AC斷路器均具有一20安培的額定值。僅使用歐姆定律，我們可發(fā)現(xiàn)自主配電盤至交流插座之接線以及自交流插座至地面之連接的總電阻必須不超過6歐姆。若此總電阻大于6歐姆，該斷路器便不能在故障發(fā)生期間跳開，并且會造成火災危險或電擊等形式的危險狀況?？赡芘c地面發(fā)生不良電氣連接是最為普遍的，因為此等連接常常是通過載有接線的金屬導管來完成的。此導管一般具有許多的管接頭及通過交流插座間接線盒的連接，還有通常終止于電源配電盤的接地連接。除了此等接地回路的錯誤安裝外，長時間的連接也可能會松馳或侵蝕以致使電阻增加。
如前述例子所示，電路之總電阻必須不大于6歐姆。市面上最為普遍的插座測試器用氖(neon)電燈泡來指示出交流插座誤接線。此等燈僅需1或2毫安培以將其點亮或接通。一具有高達120,000歐姆電阻的錯誤接地連接，將點亮這種類型測試器中的燈，于是使用者將在其并非安全時而假定該插座可以安全使用。
顯然，需用超過1或2毫安培的電流來適當?shù)厥┬写说冉泳€連接，但接地故障中斷器插座會發(fā)生問題。若超過3毫安培之電流自火線流出并流過插座的接地回路，此等插座將出錯。因此，致使超過3毫安培的電流在測試期間流過此等接線的測試器是不可使用的，因為中斷器將在其每次被測試時跳閘。申請人已發(fā)現(xiàn)，解決此問題的方法是形成高電流的短期脈沖，若該期間夠短，則可通過插座從火線至地面形成超過20安培之電流，而不會使中斷器跳閘。一具有20安培或更大峰值電流的3至5微秒總寬度的脈沖將不會使此等中斷器跳閘，且該接線之電阻現(xiàn)可借助于檢測該電流脈沖的振幅而被判定。若電路的總電阻低于一預定極限，該峰值電流將足夠高從而觸發(fā)一燈，該燈用以指示插座是可安全使用的。
由上述及現(xiàn)有技術中其他熟知缺點而觀之，其不僅用以測試一交流插座是否正確地接線，并用以判定火線、中性線及接地線連接中的任何過失，且更用以檢測一有過失的接地，本發(fā)明提供下列優(yōu)點。
本發(fā)明的目的之一，是提供一測試器單元，其用以檢測及指示被測試的交流插座接線正確、接地故障、中性線開路、火線與中性線連接顛倒、發(fā)生“火線接在中性線位置上，而中性線開路”(Hot on Neutral with open Neutral)的連接、及火線連接開路。
本發(fā)明的另一目的，系對使用者保證該交流插座已被正確地接線，且該火線及接地是回路的總電阻低于6歐姆。
本發(fā)明的其他不同的目的及優(yōu)點，將于詳閱并了解隨后的本發(fā)明詳細說明而得以知曉。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的前述目的可通過一具有“紅”、“綠”與“黃”的三個LED的交流電源插座接地完整性及接線測試器單元裝置及電路來實現(xiàn)，其中LED被致動或激勵以指示該交流插座的火線、中性線與接地線所發(fā)生的任何正確及不正確接線連接，其可藉由包括三個張弛振蕩器電路的工作電路來完成，每一張弛振蕩器電路中包含一LED指示器裝置以指示一特定接線狀態(tài)的發(fā)生，當該測試器單元被插入插座時，所有這三個振蕩器電路都包含于該測試器單元/裝置中，且被連接于交流插座的火線、接地線與中性線的任何接線連接之間。
附圖概述本發(fā)明的新穎特性敘述于隨后的權利要求書中。本發(fā)明本身將參考附

圖1中的較佳說明實施例而被描述。
圖1示出了本發(fā)明的電氣交流插座監(jiān)測及測試電路裝置。
較佳實施例的詳細說明參考第一圖，其畫有本發(fā)明的電氣交流插座監(jiān)測及測試電路裝置。測試器10具有三個LEDD2“紅”、D4“綠”、D6“黃”。當該交流插座正確接線，且火線與接地回路的總電阻低于6歐姆時，僅有綠色LED D4將亮或閃光。當任一LED被點亮或激勵時，其將以每秒鐘數(shù)次的頻率而短暫地閃亮。下表顯示了可由本發(fā)明所達成的對于接線故障的不同故障與閃光的組合。
LED的閃光 故 障綠 所有接線良好紅 接地故障黃與綠 中性線開路黃與紅 火線與中性線顛倒黃 火線接在中性線位置，而中性線開路無燈亮 火線開路或接地線與中性線開路如第一圖中所顯示，本發(fā)明的簡化電路將允許其裝入一未被顯示的小型手持、插入式封殼中。其亦可自交流線路(插座)自己供電。電力自交流的火線線路12陸續(xù)通過保險絲F1、二極管D1與限流電阻器R2，并經(jīng)由電路線路13而至電容器C1。該電容器C1將充電，電壓被限制于15伏特，這由齊納二極管D3控制，齊納二極管D3與電阻器R4串聯(lián)，電阻器R4連接至電路共同點CC，該電路共同點CC連接至正在測試中的交流插座18的中性線線路16。出現(xiàn)于R2、D3與C1的接合點的15伏特連接至一限流電阻器R1，R1被連接至LED D2，該LED D2連接至SCR Q1的陽極。Q1的陰極連接至電路共同點CC，且Q1的柵極連接至D3與R4的接合點。當該單元被插入交流電源插座且電力被施加至本發(fā)明電路時，跨于C1的電壓將使電流流過齊納二極管D3和電阻器R4。流過R4的電流將使其兩端產(chǎn)生一超過0.6伏特的電壓，且此電壓將接著引起一電流流入SCR Q1的柵極，其將造成Q1導通電流并點亮或激勵LED D2。由于儲存在電容器C1中的能量將快速地被耗盡，且通過Q1的電流將下降而低于其保持電流，故LED D2將僅短暫地保持為亮的。當Q1因缺乏足夠的保持電流而被載止時，跨于電容器C1的電壓將再開始上升，且此循環(huán)將一再重覆。目前所敘述的電路系一完全自足的第一張弛振蕩器，其使LED D2閃光或發(fā)亮的頻率由施加線路電壓及R2、D3、R4與C1的預定值所決定。若跨于電容器C1的電壓被保持低于D3的齊納電壓，則此第一張弛振蕩器的動作將被禁止。此將我們帶至該電路的第二部分電阻器R3、LED D4、和SCR Q2，它們在R2與CC間彼此串聯(lián)。此串聯(lián)電路跨接或并聯(lián)于電容器C1。若Q2在跨于C1的電壓達到15伏特之前被觸發(fā)，則LED D4而非LED D2將閃光(間歇地被點亮或激勵)。Q2由第二張弛振蕩器電路的作用所觸發(fā)，該第二張弛振蕩器電路乃由二極管D1、SIDAC Q3、及電阻器R5與電容器C2之并聯(lián)組合所組成，該并聯(lián)組合通過一環(huán)繞著線圈L1的接線回路19和電路線路20而被連接至該交流插座18的接地連接。此第二張弛振蕩器以兩倍于前述的第一張弛振蕩器的預定頻率而產(chǎn)生脈沖。
當電力被施加至測試器10，其插入至插座18時，電容器C2并無電壓跨于其上。足以使SIDAC Q3導通的電壓為120伏特。僅交流線路電壓的正半周可通過二極管D1，且當該線路循環(huán)的正半周達到120伏特時，截斷裝置Q3將變?yōu)閷ǖ?，并引起電容器C2于大約4毫秒中快速地充電。此時，通過Q3的電流將下降而低于其保持電流，且Q3將截止。接著C2將開始通過電阻器R5而放電，且當跨于C2的電壓已降低至一足夠低的電壓以允許120伏特再度跨于Q3時，該循環(huán)將再次地被重覆。以第一圖中所顯示的元件值，Q3將大約一秒鐘觸動六次?；旧?，將流通的峰值電流由二極管D1、D3的正向壓降及電容器C2之ESR所決定。由于此等壓降非常低，故對電流流通的主要限制是插座18中的交流接線的電阻。流過環(huán)燒著線圈L1的回路19的電流將在線圈L1中感應一電壓，其電壓“經(jīng)由電路線路21”而被施加至Q2之柵極，該線路21具有自Q2之柵極被連接至電路共同點CC的一可變電阻器。此電阻器R6作用有如一電流分路，可控制Q2之靈敏度，且R6的設定可在環(huán)繞著線圈L1之回路19中的峰值電流脈沖低于一預定電平時，防止Q2觸發(fā)。若Q2因線圈L1所感測電流不足而未被觸發(fā)，則先前敘述的第一張弛振蕩器將變得可以工作，且該紅色LED D2將開始閃光以指示出接地故障。
中性線開路的狀態(tài)此將我們帶至第三張弛振蕩器電路，其結構如第一張弛振蕩器電路，除了其經(jīng)由接線線路14與16而被跨接于被測試交流插座的中性線與接地線連接之間，且其包含D5、R7、R8、C3、D7、R9、Q4及LED D6(黃)。當交流插座正確地被接線時，沒有電位差存在于此二點(中性及接地)之間，且此第三振蕩器不工作。若該中性線開路，自第一振蕩器電路共同點CC流出之電流現(xiàn)在必須經(jīng)由D5及其他元件而通過第三張弛振蕩器，以達到接地電位。因此，第一振蕩器與第三振蕩器以串聯(lián)形式被置放跨于插座的火線與接地線之間。由于第二張弛振蕩器的運作使該第一張弛振蕩器為無作用的，二個綠色、黃色LEDD4及D6將以一預定頻率而閃光或被點亮。
火線與中性線顛倒的狀態(tài)一旦檢測出此狀態(tài)，沒有電位差將存在跨于該第二振蕩器，且Q3將不會觸發(fā)或導通從而允許紅色LED D2以一預定頻率閃光或被點亮。該中性線現(xiàn)為火線且火線現(xiàn)為中性線之事實，對第一振蕩器而言并無差別。由于該第三振蕩器現(xiàn)將被跨接于交流120伏特且因為該中性線現(xiàn)將為火線，所以該黃色LED D6亦將以一預定頻率而閃光。
火線在中性線位置上而中性線開路的狀態(tài)由于僅有第三振蕩器電路將具有120伏特跨于其上，所以僅有黃色LED D6將以一預定頻率而發(fā)亮或閃光。在此假設該交流插座之火線部分/接線系開路的，且無接線被連接至其上。
無燈閃光的狀態(tài)為了發(fā)生此狀態(tài)，該交流插座18將必須為“無效的(dead)”(無火線連接)或該中性線與接地線連接皆將必須同時為“開路”。
從前述揭示中可看出，本發(fā)明提供了超越熟知現(xiàn)有技術的眾多優(yōu)點，且本發(fā)明單元的眾多故障檢測工作通過單個自足的、小型手持、插入式、封閉裝置來完成，其由包含于被測試交流插座中的交流線路供電。
關于前述及顯示于第一圖中的電路元件除了另外標注外，所有電阻器以歐姆(+/-5％)為單位并為1/4瓦特，且所述電容器以微法拉第(μfd)為單位。
雖然本發(fā)明已參考一較佳實施例而被敘述，此說明并無意以一限定意義而被解釋。一旦參考本發(fā)明之說明，該被揭示實施例之不同修改及本發(fā)明之其他實施例，對于本領域的熟練技術人員而言將變得顯而易知。可預期的是，隨后之權利要求書將涵蓋該等屬于本發(fā)明之真正范疇的修改。
權利要求
1.一種用以測試具有火線、中性線、及接地線連接的標準交流插座的火線載流能力及完全性接地回路的自足、手持、插入式裝置，其特征在于，包含用以檢測所述交流插座之火線、中性線與接地線連接的任何誤接線之發(fā)生及用以可見地指示該等發(fā)生的電路機構，所述電路機構具有一單一的指示燈機構，該指示燈機構可致動以指示所述交流插座的適當接線狀態(tài)，并指示所述火線及接地線連接之總電阻低于一預定的歐姆電阻極限之狀態(tài)，并且所述電路機構由被測試交流插座之火線連接所供電且不需要為所述裝置提供內(nèi)部電源。
2.如權利要求1所述之裝置，其特征在于，所述電路機構包括一第一張弛振蕩器電路和所述單一的指示燈機構，所述第一張弛振蕩器電路可連接于被測試交流插座的火線與中性線連接之間，且所述電路機構還包括一第二指示燈機構，其可致動以指示一接地故障狀態(tài)的發(fā)生以及所述被測試交流插座的火線與中性線連接顛倒狀態(tài)之發(fā)生。
3.如權利要求2所述之裝置，其特征在于，所述電路機構還包括一第二張弛振蕩器電路，其可連接于所述火線與接地線連接之間，且被跨接于所述第一張弛振蕩器電路，其中所述第二張弛振蕩器控制所述單一指示燈之閃光脈沖頻率。
4.如權利要求3所述之裝置，其特征在于，所述電路機構還包括一第三張弛振蕩器電路，其可連接于所述被測試交流插座的接地線與中性線連接間且具有一第三指示燈機構，該第三指示燈機構可致動以指示中性線開路狀態(tài)、火線與中性線顛倒狀態(tài)、及火線處于中性線位置而中性線開路狀態(tài)之發(fā)生。
5.如權利要求4所述之裝置，其特征在于，所述電路機構及其張弛振蕩器電路和數(shù)個指示燈機構在檢測出火線開路狀態(tài)、或接地線和中性線開路狀態(tài)時是不工作的，這禁止任何所述指示燈機構工作，從而指示被測試交流插座接線發(fā)生故障。
6.如權利要求5所述之裝置，其特征在于，所述電路機構及其第二與第三張弛振蕩器電路在檢測出中性線開路狀態(tài)時工作，以致動所述單一的指示燈機構和所述第三指示燈機構，且在檢測出所述火線與中性線顛倒狀態(tài)時也工作，以致動所述第二與第三指示燈機構。
7.一種用以測試具有火線、中性線與接地線連接的一標準交流插座之火線載流能力以及安全性接地回路的方法，其特征在于，包含步驟a)通過電路機構檢測所述交流插座之火線、中性線與接地線連接的任何錯誤接線的發(fā)生，且可見地指示出該等發(fā)生；b)通過一單一指示燈機構檢測并指示出二種狀態(tài)，一為所述交流插座之正確接線狀態(tài)，一為所述火線連接與所述接地線連接之總電阻低于一預定的歐姆電阻極限之狀態(tài)；以及c)自所述被測試交流插座之火線連接為所述電路機構與所述指示燈機構供電。
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于，當所述被測試交流插座中發(fā)生以下每種狀態(tài)時，所述方法還包括檢測并指示出接地故障狀態(tài)、中性線開路狀態(tài)、火線與中性線顛倒狀態(tài)、火線處在中性線位置而中性線開路狀態(tài)、火線開路之狀態(tài)、及接地線與中性線開路狀態(tài)的發(fā)生之步驟。
全文摘要
一種用以測試具有火線、中性線與接地線連接之標準交流插座的火線載流能力以及安全性接地回路的自足的、插入、手持式裝置。該測試電路裝置還通過設于測試單元中的閃燈檢測交流插座中的一般誤接線及開路連接。若交流插座正確接線且火線及安全性接地之總電阻低于一預定極限，則僅代表“良好”的“綠”燈閃光，僅用一燈指示一切均適當接線可使對電氣測試裝置及過程所知甚少的用戶也能方便使用該裝置。本發(fā)明還提供了其他發(fā)生的各種檢測狀態(tài)及指示。
文檔編號G01R31/04GK1161748SQ95194506
公開日1997年10月8日 申請日期1996年5月29日 優(yōu)先權日1995年6月1日
發(fā)明者萊瑞·A·維爾吉利奧 申請人:A·W·斯佩里儀器股份有限公司