气体放电管自动老练检测方法及系统的制作方法

专利名称：气体放电管自动老练检测方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明属于气体放电管电气性能试验装置，具体涉及一种气体放电管自动老练检测方法及系统。背景技术：
金属陶瓷气体放电管是一种开关型的防雷保护器件，一般采用陶瓷作为封装外壳，放电管内充满电气性能稳定的惰性气体，放电管的电极一般有两个电极、三个电极和五个电极三种结构。当在放电管的极间施加一定的电压时，便在极间产生不均勻的电场，在电场的作用下，气体开始游离，当外加电压达到极间场强并超过惰性气体的绝缘强度时，两极间就会产生电弧，电离气体，产生“负阻特性”，从而马上由绝缘状态转为导电状态。即电场强度超过气体的击穿强度时，就引起间隙放电，从而限制了极间电压。也就是说，当外来浪涌电压未达其动作电压时，放电管呈高阻(绝缘电阻达1000M Ω以上)状态，而一旦浪涌电压达到其动作电压时，放电管内部放电间隙立即发生电击穿现象，此时放电管相当于一良导体，浪涌电压在50ns时间内即被迅速短路至接近零电压，浪涌电流被迅速导入地，从而对设备起到保护作用。当浪涌电压消失时，放电管则立即熄灭并恢复为高阻状态，静待下一次的动作。
金属陶瓷放电管被广泛应用于邮电通信、铁路信号、广播电视、计算机、家用电器、仪表等领域，它具有体积小、功率大、寿命长、冲击放电延时短、绝缘好、极间电容小等优点，是目前最为理想的过电压防雷保护器件。由于现在信息高速公路的发展，计算机联网以及有线电视的普及，对传输线路的防雷及过电压保护的要求越来越高，这样，就必须要求放电管具有稳定的直流击穿电压及较小的冲击击穿电压，也需要有较大的耐冲击电流的能力，也就是说，对于气体放电管的品质提出了更高的要求。
气体放电管的生产流程大致可分为以下几个阶段一、部件准备、二、装配和制造、三、 老练和检验(失效分析)、四、表面处理、五、质量最终确认和发货处理。从上面的五个阶段可以看出，第三阶段也就是老练和检验(失效分析)阶段在整个生产环节中占据着非常重要的位置，其目的在于提高电子发射，保证产品电参数的稳定性，这也是每家生产放电管的企业均不敢忽视的重要的环节。目前，一般企业均采用人工逐一老练的方式，也就是说，由操作工手持高压测试棒站在绝缘垫上对每一个放电管进行广4秒的高压大电流冲击，同时，根据放电管在受到高压电流冲击时发出的弧光颜色和仪表台上面的电流表读数，对放电管质量是否合格做出初步的判断。然而，对于产量以百万计的放电管行业而言，这是一个效率极其低下而且对于工人人身很不安全的一种方法。专利号为200810018003发明专利在如何能减少传统交流老练装置的体积和容量方面做了有益的探索，公开了一种微机控制气体放电管老练的装置，它按列对气体放电管从起始位置逐一老练直到每列最后一个，然后开始下一列。另外，由于相邻二列老练的时间间隔为固定值，容易引发试验班的局部过热现象， 这样一次老练过程可能会对相邻的气体放电管产生影响。

发明内容
本发明主要解决的问题是提供一种高效气体放电管自动老练检测方法及系统。为解决上述问题，本发明提出的气体放电管的自动老练检测方法，包括以下几个步骤
第一步在切断高压大电流的状态下将数只放电管放入相应尺寸的工装夹具中，并用相应规格和数量的高压测试棒卡位，以确保管子和老练夹具的连接可靠。第二步目测上一步的连接可靠性，若发现有管子未充分可靠的连接，返回第一步重新连接，若合格，进入下一步操作。第三步根据具体的生产工艺，确认本系统面板显示的老练参数是否符合实际需要，即每个基本老练组的工作时间以及实际放入工装夹具的基本老练组的数目是否正确， 每个基本老练组之间的时间间隔是否合理，也可根据需要，通过系统面板上的设置键将老练参数重新设定，或者将预先设定好的参数调出使用。第四步启动本系统。第五步本系统的微处理器根据第三步的参数设定，逐组进行老练，每完成一个基本老练组的老练工作就对该组的每个气体放电管流过的电流参数进行自动判断，合格的就点亮相应位置的LED灯，不合格的管子则不点亮相应的灯。第六步本系统的微处理器根据第三步的参数设定，每完成一个基本老练组的老练工作就进行计数，当累计实际工作数目达到预先设定数字，就完成本次流程，切断高压电流，否则回到第五步继续。第七步结束。进一步，在上述步骤的第一步中，可以8个气体放电管为一个基本老练组，以48个基本老练组构成一个老练单元，即最多一次可检测384只放电管。再进一步，在上述步骤的第三步中还可以自动判断放电管是否有漏气等质量问题，同时在老练结束后用LED灯指示，以方便操作工在安全的状态下剔除有问题产品。又进一步，在上述步骤的第五步中，可以根据需要灵活控制老练工作单元之间的时间间隔。上述气体放电管自动老练检测方法中使用的气体放电管自动老练检测系统，主要包括高压电流源，电流取样模块，系统电源工作模块，键盘输入和参数显示模块，还包括LED 灯显示模块，继电器控制模块，数据分配模块，微处理器模块，译码模块。其中，系统电源工作模块用于完成对于市电的交-直流转换，提供本系统微处理器和其他芯片的5V工作电源，同时还为电流取样模块和继电器控制模块提供工作电源；电流取样模块用于获取气体放电管老练时通过的电流参数，当测得流过放电管的老练电流正常时，本模块输出高电平， 电流低于设定值时输出低电平，并将这个电平输出到LED灯显示模块以驱动相对应的LED 灯；高压电流源用于对气体放电管老练时提供高压大电流；微处理器模块为本系统的核心模块，用于控制本系统的程序运行；译码模块用于获取从微处理器模块输出的数据进行译码，并将译码结果输出到数据分配模块；为避免译码模块输出的数据被LED显示模块和继电器控制模块干扰，本系统特别加入了数据分配模块，用于将译码模块输出的数据进行隔离和放大后分别输出到LED显示模块和继电器控制模块。继电器控制模块用于控制高压电流源的导通时间和间隔时间。键盘输入参数显示模块在微处理器模块的控制下，用于完成运行参数的显示和用户参数的输入和其他的键盘操作功能。作为本气体放电管自动老练检测系统的优选方案，上述LED显示模块有48列，对应48个基本老练组，每列8个LED，以对应每个基本老练组的8个气体放电管。进一步，本系统的LED显示模块可以单独为每一个基本老练组设置了一个LED指示灯，以方便观察各个基本老练组的工作次序，也可根据实际需要单独设定某一个或几个基本老练组单独工作而其他工作组不工作。又进一步，本系统的LED显示模块中与基本老练组相对应的每个单元均含有锁存芯片和驱动芯片构成，用于对每一个基本老练组的8个气体放电管的检测信号进行显示并锁存，以利于老练结束后操作工的后续操作。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于
1)本系统采用了以8个气体放电管为一个基本老练组，以48个基本老练组构成一个老练单位的方式对产品进行老练，极大的提高了产品的老练效率。2)本系统采用了 PIC微处理器为核心对老练时间进行精确控制(实际控制时间精度提高到0.01秒)，克服了传统的时间继电器精度控制不足的问题(传统控制方式的最大精度为0. 1秒)。3)本系统采用了 LED灯作为指示方式，克服了传统老练过程中依靠操作工肉眼观察的问题，避免了气体放电管在老练过程中发出的强烈辉光和弧光对于操作工人肉眼的伤害。4)本系统在使用过程中，完全依据工厂预先设定参数进行运作，在整个运行过程中无需操作工干预，克服了传统老练过程中操作工带电操作的问题，避免了操作工在老练过程中由于误操作而触电的危险，同时也避免了高压大电流在工作过程中产生的电磁场对于操作工的不可见伤害。5)本系统采用的高效微处理器全程监控整个老练过程，避免了操作工在长时间繁重工作后产生的操作误差，极大地提高了产品质量。
四

图1为本发明的流程示意图。图2为本发明的电路结构框图。图3为微处理器控制及译码电路原理图。图4为精密电流检测及信号判断电路原理图。图5为老练台LED灯锁存及显示电路原理图。五具体实施例方式
下面结合附图和具体实施方式
对于本发明作进一步的阐述。气体放电管自动老练检测方法如下，如图1所示，气体放电管自动老练检测方法包括以下几步
第一步由操作工在切断高压大电流的状态下将最多384 (8X48)只放电管放入相应尺寸的工装夹具中，并用相应规格和数量的高压测试棒卡位，以确保管子和老练夹具的连接可靠。
第二步由操作工目测上一步的连接可靠性，若发现有管子未充分可靠的连接，返回第一步重新连接，若合格，进入下一步操作。第三步由操作工根据具体的生产工艺，确认本系统面板显示的老练参数是否符合实际需要(即每个基本老练组的工作时间以及实际放入工装夹具的基本老练组的数目是否正确，每个基本老练组之间的时间间隔是否合理)，也可根据需要，通过系统面板上的设置键将老练参数重新设定，或者将预先设定好的参数调出使用。第四步启动本系统。第五步本系统的微处理器根据第三步的参数设定，逐组进行老练，每完成一个基本老练组的老练工作就对该组的每个气体放电管流过的电流参数进行自动判断，合格的就点亮相应位置的LED灯，不合格的管子则不点亮相应的灯。第六步本系统的微处理器根据第三步的参数设定，每完成一个基本老练组的老练工作就进行计数，当累计实际工作数目达到预先设定数字，就完成本次流程，切断高压电流，否则回到第五步继续。在上述步骤的第三部中还可以自动判断放电管是否有漏气等质量问题。
图2为气体放电管自动老练检测系统的电路结构框图。本系统包括高压电流源，电流取样模块，LED灯显示模块，继电器控制模块，数据分配模块，系统电源工作模块，微处理器模块，译码模块，键盘输入和参数显示模块。其中，系统电源工作模块用于完成对于市电的交-直流转换，提供本系统微处理器和其他芯片的5V工作电源，同时还为电流取样模块和继电器控制模块提供工作电源；电流取样模块用于获取气体放电管老练时通过的电流参数，当测得流过放电管的老练电流正常时，本模块输出高电平，电流低于设定值时输出低电平，并将这个电平输出到LED灯显示模块以驱动相对应的LED灯；高压电流源用于对气体放电管老练时提供高压大电流；微处理器模块为本系统的核心模块，用于控制本系统的程序运行；译码模块用于获取从微处理器模块输出的数据进行译码，并将译码结果输出到数据分配模块；为避免译码模块输出的数据被LED显示模块和继电器控制模块干扰，本系统特别加入了数据分配模块，用于将译码模块输出的数据进行隔离和放大后分别输出到LED显示模块和继电器控制模块。LED显示模块共计48列(对应48个基本老练组)，每列8个LED (以对应每个基本老练组的8个气体放电管)；继电器控制模块用于控制高压电流源的导通时间和间隔时间。键盘输入参数显示模块在微处理器模块的控制下，用于完成运行参数的显示和用户参数的输入和其他的键盘操作功能。图3为微处理器控制及译码电路原理图。整机电源部分将整机电源变压器输出的低压交流电通过全桥整流、滤波后送入高精度稳压器件Ul和U2，Ul输出+12V的直流电并通过Cl和C4的再次滤波，去除残余的交流成分后送入继电器控制模块。U2输出+5V的直流电并通过C7，C8的再次滤波后为整个系统提供工作电源；PO为整机内部的复位接口， 以供内部测试用；W1，W2为整个系统和上位PC机通讯接口控制端。译码器输出信号判断部分由48个显示回路组成(即本电路的译码器输出信号判断部分)，每个回路包括一个限流电阻和一个LED灯，限流电阻的一端连接+5V电源，另一端连接LED正极，LED的负极和译码电路的输出端相连，若译码电路的输出为高电平，则LED灯不工作，若译码电路的输出为低电平，则LED灯工作。这部分的限流电阻的选择为关键，若限流电阻过大，则LED的发光很暗，影响效果。若限流电阻过小，则通过LED的电流会很大，会影响LED的寿命并且有可能烧毁译码电路。微处理器控制部分为系统的核心，其主要有一片microchip公司的微处理器U3组成，译码部分主要有3片独立的译码芯片U4，U5, U6组成，这3片译码芯片为相同型号，其23，22，21，20脚均为输入端，Γ17脚均为输出端，18，19为片选使能端。微处理器U3 的13，14脚外接高品质晶振，为整个系统的精确计时提供可能。微处理器U3的8，9，10脚为译码芯片的控制端，各自控制一片译码芯片，当控制端为高电平时，译码芯片开始工作， 若为低电平，则译码芯片停止工作。微处理器U3的15，16，17’ 18脚为编码输出端口和译码芯片U4的输入端口 23，22，21，20相对应连接，微处理器U3的23，24，25，26脚为编码输出端口和译码芯片U5的输入端口 23，22，21，20相对应连接，微处理器U3的38，39，40，30脚为编码输出端口和译码芯片U5的输入端口 23，22，21，20相对应连接。当本系统开机后， U3, U4, U5, U6均处于初始化状态，在程序运行后，根据预先设定的程序参数，首先通过微处理器U3的8，9，10脚控制相应的译码芯片使其进入工作状态，同时，微处理器U3的编码输出端口输出编码，再有译码器编译以后通过译码器输出端输出。微处理器U3的2 7脚以及 1纩22、2719脚为数码显示位控制及显示接口。图4为精密电流检测及信号判断电路原理图。从微处理器控制及译码电路原理图(图3)中的译码电路输出的译码信号在这里被分别送入U9 U14和U15 U20。U9 U14为 6片反相放大器组，每片反相放大器均有8个输出端口，共累计48个输出端口，P9>14为6 个8位插座，每一位插座均和反相放大器的输出端相连接，组成了 48位的中间继电器接口电路，由这48个中间继电器控制48个大功率交流接触器，每个大功率交流接触器控制一个基本老练组，这样就完成了对了每一个基本老练组的单独控制，同时也避免了大功率交流接触器对于本系统的干扰。U15 U20为控制信号到显示的接口芯片，其主要目的是对于译码信号的进一步放大和去除干扰。电流检测部分共有8个相同单元组成，每个单元均通过接插件Pl>8和高精度电流互感器相连，将通过气体放电管的高压大电流取样并通过一个二极管DfDS进行半波整流后输入到光耦U1-1 U8-1的输入端，光耦的内部三极管和外接的NPN三极管Q1 Q8组成一个达林顿结构。这8个单元和一个基本老练单元的8个气体放电管相一一对应，以实现电流大小的检查。现在选取第一个单元解释这个电路的工作原理当高精度电流互感器检测到有电流流过气体放电管时，输出一个小电流信号，这个信号通过二极管Dl的半波整流以后输入到光耦Ul-I中，光耦Ul-I的内部三极管感应到输入端的光电耦合信号后就驱动外接三极管Ql，外接三极管Ql的集电极连接+5V电源，发射极就输出高电平，可以驱动后面的LED灯。图5为老练台LED灯锁存及显示电路原理图。这是有48个完全相同的单元组成， 和48个基本老练组相对应。每个单元均有锁存芯片和驱动芯片构成，用于对每一个基本老练组的8个气体放电管的检测信号进行显示并锁存，以利于老练结束后操作工的后续操作。现以第一单元为例解释工作原理整个单元有锁存芯片Ul和驱动芯片U2组成，从精密电流检测及信号判断电路(图4)的“控制信号到显示的”接口芯片U15的第18脚输出的控制信号连接到本单元锁存芯片Ul的11脚并且将1脚接地，当Ul的11脚为高电平，则锁存芯片的输出电平跟随输入电平变化，当Ul的11脚转为低电平，则锁存芯片的输出电平锁存住Ul的11脚电平由高到低变化时各个输入端的电平。被锁存住的电平经驱动芯片U2的放大后直接驱动LED灯。
权利要求
1.一种气体放电管自动老练检测方法，其特征是包括以下几个步骤第一步、在切断高压大电流的状态下将数只放电管放入相应尺寸的工装夹具中，并用相应规格和数量的高压测试棒卡位，以确保管子和老练夹具的连接可靠；第二步、目测上一步的连接可靠性，若发现有管子未充分可靠的连接，返回第一步重新连接，若合格，进入下一步操作；第三步、根据具体的生产工艺，确认本系统面板显示的老练参数是否符合实际需要， 即每个基本老练组的工作时间以及实际放入工装夹具的基本老练组的数目是否正确，每个基本老练组之间的时间间隔是否合理，也可根据需要，通过系统面板上的设置键将老练参数重新设定，或者将预先设定好的参数调出使用； 第四步、启动本系统；第五步、本系统的微处理器根据第三步的参数设定，逐组进行老练，每完成一个基本老练组的老练工作就对该组的每个气体放电管流过的电流参数进行自动判断，合格的就点亮相应位置的LED灯，不合格的管子则不点亮相应的灯；第六步、本系统的微处理器根据第三步的参数设定，每完成一个基本老练组的老练工作就进行计数，当累计实际工作数目达到预先设定数字，就完成本次流程，切断高压电流， 否则回到第五步继续； 第七步结束。
2.如权利要求1所述的气体放电管自动老练检测方法，其特征是在上述步骤的第一步中，可以将8个气体放电管作为一个基本老练组，以48个基本老练组构成一个老练单元，即最多一次可检测384只放电管。
3.如权利要求1所述的气体放电管自动老练检测方法，其特征是在上述步骤的第三步中还可以自动判断放电管是否有漏气等质量问题，同时在老练结束后用LED灯指示，以方便操作工在安全的状态下剔除有问题产品。
4.如权利要求1所述的气体放电管自动老练检测方法，其特征是在上述步骤的第五步中，可以根据需要灵活控制老练工作单元之间的时间间隔。
5.一种如权利要求1所述的气体放电管自动老练检测方法中使用的气体放电管自动老练检测系统，包括高压电流源，电流取样模块，系统电源工作模块，键盘输入和参数显示模块，所述系统电源工作模块用于完成对于市电的交-直流转换，提供本系统微处理器和其他芯片的5V工作电源，同时还为电流取样模块和继电器控制模块提供工作电源；所述电流取样模块用于获取气体放电管老练时通过的电流参数，当测得流过放电管的老练电流正常时，本模块输出高电平，电流低于设定值时输出低电平，并将这个电平输出到 LED灯显示模块以驱动相对应的LED灯；所述高压电流源用于对气体放电管老练时提供高压大电流；微处理器模块为本系统的核心模块，用于控制本系统的程序运行；所述键盘输入和参数显示模块在微处理器模块的控制下，用于完成运行参数的显示和用户参数的输入和其他的键盘操作功能，其特征是还包括LED灯显示模块，继电器控制模块，数据分配模块，微处理器模块，译码模块，所述LED灯显示模块接收经数据分配模块隔离的译码模块输出并显示； 所述微处理器模块根据键盘输入和参数显示模块的指令进行编码处理，输出给译码模块；所述译码模块用于获取从微处理器模块输出的数据进行译码，并将译码结果输出到数据分配模块；所述数据分配模块是为避免译码模块输出的数据被LED显示模块和继电器控制模块干扰，其将译码模块输出的数据进行隔离和放大后分别输出到LED显示模块和继电器控制模块；所述继电器控制模块用于控制高压电流源的导通时间和间隔时间。
6.如权利要求5所述的气体放电管自动老练检测系统，其特征是所述LED显示模块有 48列，对应48个基本老练组，每列8个LED，以对应每个基本老练组的8个气体放电管。
7.如权利要求5或6所述的气体放电管自动老练检测系统，其特征是所述LED显示模块可以单独为每一个基本老练组设置了一个LED指示灯，以方便观察各个基本老练组的工作次序，也可根据实际需要单独设定某一个或几个基本老练组单独工作而其他工作组不工作。
8.如权利要求5或6所述的气体放电管自动老练检测系统，其特征是所述LED显示模块中与基本老练组相对应的每个单元均含有锁存芯片和驱动芯片构成。
全文摘要
本发明公开了一种气体放电管自动老练检测方法及系统，自动老练检测方法包括以下几个步骤第一步将数只放电管放入工装夹具中，用高压测试棒卡位。第二步确保所有管子充分可靠连接。第三步设定老练参数。第四步启动老练。第五步逐组进行老练。第六步累计实际工作数目达到第三部预先设定数字时完成本次流程。自动老练检测系统包括高压电流源，电流取样模块，系统电源工作模块，键盘输入和参数显示模块，还包括LED灯显示模块，继电器控制，数据分配模块，微处理器，译码模块。本发明的有益效果主要在于以8个气体放电管为一个基本老练组，以48个基本老练组构成一个老练单位的方式对产品进行老练，极大的提高了产品的老练效率。
文档编号H01J9/44GK102468097SQ20101054812
公开日2012年5月23日 申请日期2010年11月18日 优先权日2010年11月18日
发明者李瑾晓 申请人:无锡市索福科技有限公司