專利名稱：配電電路診斷系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種配電電路診斷系統(tǒng)，尤其涉及一種用于包括火線、中性線和地線的配電電路的診斷系統(tǒng)。
背景技術：
通常對家庭住宅和商用建筑配線，以經(jīng)電源插座供電。依據(jù)配線的范圍或布局檢查這種配線以識別故障可能是耗時的，費用高，和/或不切實際的。現(xiàn)有的診斷單元可跨配電電路的火線至中性線、火線至地線以及中性線至地線電連接電源。如果配線合適，則當跨火線至中性線或者火線至地線連接電源時，電源接通。如果配線不合適，則當跨中性線至地線連接電源時，電源接通。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于包括火線、中性線和地線的配電電路的診斷系統(tǒng)，所述診斷系統(tǒng)包括車輛，所述車輛包括用于感測火線和中性線的電學參數(shù)的傳感器、用于感測中性線和地線的電學參數(shù)的傳感器、用于基于感測的電學參數(shù)識別火線或中性線的故障情況的處理器。本發(fā)明提供了一種用于包括火線、中性線和地線的配電電路的診斷系統(tǒng)，所述診斷系統(tǒng)包括開關，電連接火線和中性線；第一傳感器，感測火線至中性線的電學參數(shù)；第二傳感器，感測中性線至地線的電學參數(shù)；處理器，基于感測的電學參數(shù)識別火線或中性線的故障情況。包括火線、中性線和地線的配電電路的特征可在于首先收集火線至中性線的電壓信息，或者火線至中性線的電流信息，并收集中性線至地線的電壓信息，或者中性線至地線的電流信息。然后，可基于收集到的信息來確定以下內(nèi)容中的至少一個中性線的長度、 中性線的線規(guī)(gauge)以及火線或中性線的故障情況。


圖1是示例的配電電路和配電電路測試系統(tǒng)的實施例的示意圖。圖2是車輛的實施例的框圖。圖1和圖2的相同標號可共享類似的描述，盡管該描述不必相同。作為示例，標號為10、110的部件可共享類似的描述。
具體實施例方式參照圖1，以已知方式配置用于建筑12的示例配電電路10，以經(jīng)電源插座16從電源14供電。電源插座16包括火線端18、中性線端20和地線端22?；鹁€端18、中性線端 20和地線端22分別與火線24、中性線沈和地線28電連接。火線M和中性線沈經(jīng)保險盒30與電源14電連接。當然，其他配置也是可以的。
電源14具有相關電阻Rs，火線M具有相關電阻R1,中性線沈具有相關電阻&。配電測試系統(tǒng)32的實施例可包括火線端34、中性線端36和地線端38。火線端 34、中性線端36和地線端38可被配置為插頭，所述插頭被插入到電源插座16中。電壓傳感器40電連接在火線端34和中性線端36之間，因此可感測從火線M至中性線沈的電壓降(火線至中性線的電學參數(shù))。另一電壓傳感器42電連接在中性線端36和地線端38之間，因此可感測從中性線沈至地線觀的電壓降(中性線至地線的電學參數(shù))。具有已知電阻&的負載44和開關46也電連接在火線端34和中性線端36之間?；蛘?，可使用電流傳感器。例如，電流傳感器(未示出)可電連接在火線端34和負載44之間，以感測通過火線對和中性線沈的電流(火線至中性線的電學參數(shù))；電流傳感器(未示出)和相關電壓源(未示出)可電連接在中性線端36和地線端38之間，以感測通過中性線沈和地線28的電流(中性線至地線的電學參數(shù))等。配電測試系統(tǒng)32還可包括顯示器48和微處理器50，所述微處理器50與電壓傳感器40、電壓傳感器42、開關46和顯示器48通信，和/或用于操作性地控制電壓傳感器40、 電壓傳感器42、開關46和顯示器48。在當前實施例中，配電測試系統(tǒng)32可被配置為壁疣(wall wart)，以提供獨立診斷性能。參照圖2，在其他實施例中，可將配電測試系統(tǒng)132與車輛135的車上(或外接) 電池充電器133集成，以在對車輛的電池137充電之前分析配電電路110。其他配置和方案也是可以的。如下面更詳細地解釋，微處理器50可基于電壓傳感器40、42報告的電壓(和/或電流，根據(jù)情況而定)來分析配電電路10的特性。例如，配電測試系統(tǒng)32可確定是否有電連接在火線M和中性線沈之間的附加負載52，確定火線M或中性線沈是否有故障，確定中性線沈的長度，和/或確定中性線沈的線規(guī)。例如，這種分析和/或故障識別可經(jīng)顯示器被報告，存儲在存儲器中用于稍后的訪問，或者經(jīng)合適的無線/有線發(fā)送系統(tǒng)(未示出) 被發(fā)送。電路上的附加負載為了確定配電電路10上是否存在另一負載52，微處理器50可基于分別來自電壓傳感器40、42的信息來確定VMt = Q(在閉合開關46之前火線至中性線的電壓降)和VNe@t = Q(在閉合開關46之前中性線至地線的電壓降)。然后，微處理器50可使開關46閉合，并基于來自電壓傳感器40、42的信息來確定Vum = ！和VNe@t = ！(分別為在閉合開關46之后火線至中性線的電壓降以及中性線至地線的電壓降)。接著，微處理器50可通過下面的關系確定通過火線M和中性線沈的電流I以及與中性線沈相關的電阻&。I = VLN@t = 1/RL(1)R2 = (VNG@t = 1-VNG@t = 0)/I (2)最后，微處理器50可通過下面的關系確定與負載52(如果存在)相關的電流Ial。Ial = VNG@t = 0/R2(3)大于某一預定閾值的Ial可指示在配電電路10上存在有效負載52?？墒褂么笥?σ (例如，0. 1Α)的閾值來對以上處理中的錯誤進行計數(shù)，所述閾值可基于測試、仿真等。中性線的長度為了確定中性線沈的長度L，微處理器50可首先例如從存儲器中存儲的用于各種
4線規(guī)的表中檢索每個單位長度的電阻信息β<；。然后，微處理器50可通過下面的關系確定于每個線規(guī)相關的長度L。L = R2/ β G(4)如果已經(jīng)知道或者另外確定了線規(guī)，則微處理器50可僅需要檢索用于該特定線規(guī)的每個單位長度的電阻信息。如果假定R1 &，則火線M的長度近似等于中性線沈的長度L。中件線的線規(guī),為了確定中性線沈的線規(guī)G，微處理器50可首先通過(2)確定在兩個時間實例的 R2(例如，R2@t和&@t+25Q ；即相隔250秒的兩個R2值。然而，還可使用其他時間段)。然后， 微處理器50可基于下面的關系確定電線溫度的變化。 Δ T = (R2@t+250"R2@t)/(α X R2J(5)這里，α是電線中使用的金屬(假定為銅)的溫度系數(shù)。可基于下面的關系使用這種溫度的變化Δ T來確定中性線沈的質(zhì)量m。m = Qw/ (c X Δ Τ)(6)其中，c是比熱容，比熱容是材料(在該示例中為銅)的特定常數(shù)，Qw是電線中存儲的能Qw = / (I2XR2)dt-QreJected(7)其中，Qrejected是從電線傳遞至周圍環(huán)境的任何的熱量。該術語可假定為正數(shù)。還可基于下面的關系來確定中性線26的質(zhì)量m。m = ζ XAXL(8)其中，ζ是電線的密度，A和L分別是電線的橫截面面積和長度。對于特定的線規(guī)，必須知道橫截面面積。對于特定線規(guī)，通過(4)來確定長度。針對每個可能的線規(guī)，可通過(8)來確定各自的質(zhì)量?？蓪⑦@些質(zhì)量中的每個質(zhì)量與通過(6)確定的質(zhì)量進行比較。通過假定(^jerted彡0，可將質(zhì)量等于或小于通過(6) 確定的質(zhì)量的線規(guī)假定為中性線26的線規(guī)。作為示例，如果通過(6)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量為^g，通過(8)發(fā)現(xiàn)對于12線規(guī)質(zhì)量是mcg，通過(8)發(fā)現(xiàn)對于14線規(guī)質(zhì)量是^g，則可假定中性線26的線規(guī)是14線規(guī)(以上二者中較小的一個)。這可提供如下優(yōu)點當確定配電電路的最大安全電流容量時，選擇具有較低的額定電流容量的電線?；鹁€和/或中性線的故障為了確定火線M和/或中性線沈中是否存在故障，微處理器50可檢查與電源14 相關的電阻&。因為不直接測量該電阻，所以微處理器50可通過下面的關系來確定該電阻。Vum = rVLN@t =。= IX ( + + + )(9)重新配置(9)以產(chǎn)生(10)。R^Rs = ((VLN@t = rVLNm = ο)/I) - (R2+Rl) (10)Rs = (R1+Rs)-R2 (假定 R1^K)(11)假定電源14供應的電能的95% (通常行業(yè)規(guī)定的平均值)到達電源插座16，并且配電測試系統(tǒng)32對配電電路10產(chǎn)生6A(即，在120V，& = 20 Ω )的負載，則配電測試系統(tǒng) 32應該消耗720W(120VX6A)。然而，為了使電源14提供720W，需要產(chǎn)生758W(720W/0. 95)。 對于普通技術人員而言清楚的是
在該示例中，Rs = 1 Ω (P = 38W，I = 6Α)。類似地，如果配電測試系統(tǒng)32對配電電路10產(chǎn)生12Α的負載，則& = 0. 5 Ω。因為由配電測試系統(tǒng)32所產(chǎn)生的負載是已知的， 所以微處理器50可確定用于&的合理的值。如果微處理器50從(11)發(fā)現(xiàn)&是負數(shù)(或者小于其期望值)，則微處理器50可通過顯示器48報告中性線沈內(nèi)潛在的故障情況，例如，不牢固的連接，斷線等。(在正常環(huán)境下，R1 ^ &。負的&指示& > R1+!^ )如果從(11)微處理器50發(fā)現(xiàn)&大于其期望值，則微處理器50可通過顯示器48報告火線M內(nèi)潛在的故障情況。(相對大的&可指示 R1 >> R2)。參照(5)和(6)，普通技術人員將認識到，通常在電源14和保險盒30之間使用的大且長的電線由于通過&的電流將經(jīng)歷輕微的溫度上升，所以&的任何變化將由于R1和 R2的變化所導致。微處理器50還可檢查確定的&的值是否隨時間顯著變化，以識別火線M或中性線26內(nèi)潛在的故障情況。電線的電阻隨電線變熱而增加。根據(jù)(11)，如果火線對和中性線沈以近似相同的速率變熱，則&將保持相對不變。如果因為火線M內(nèi)的故障，火線對比中性線沈變熱的快得多(一旦閉合開關46)，則&的值增加(因為Rl的值比R2的值增加的快)。如果因為中性線沈內(nèi)的故障，中性線沈比火線M變熱的快得多，則&的值減小(因為R2的值比Rl的值增加的快)。對于普通技術人員而言清楚的是，這里公開的算法對于處理裝置而言是可實現(xiàn)的，所述處理裝置可包括任何現(xiàn)有的電子控制單元或專用的電子控制單元，任何現(xiàn)有的電子控制單元或專用的電子控制單元以任何形式包括(但不限于)不可寫存儲介質(zhì)(例如， ROM裝置)上永久存儲的信息和可寫存儲介質(zhì)(例如，軟盤、磁盤、CD、RAM裝置和其他磁性和光學介質(zhì))上可變地存儲的信息?；蛘?，可通過使用合適的硬件組件(例如，專用集成電路(ASIC)、狀態(tài)機、控制器或其他硬件組件或裝置)或硬件、軟件和固件的組合。盡管已示出和描述了發(fā)明的實施例，但這些實施例沒有意圖示出和描述發(fā)明的所有可能形式。說明書中使用的詞是描述性而非限制性的詞，應該理解，在不脫離發(fā)明的精神和范圍的情況下，可進行各種變化。
權利要求
1.一種用于包括火線、中性線和地線的配電電路的診斷系統(tǒng)，所述診斷系統(tǒng)包括車輛，所述車輛包括用于感測火線和中性線的電學參數(shù)的傳感器、用于感測中性線和地線的電學參數(shù)的傳感器、用于基于感測的電學參數(shù)識別火線或中性線的故障情況的處理O
2.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，處理器還基于感測的電學參數(shù)確定中性線的長度。
3.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，處理器還基于感測的電學參數(shù)確定中性線的線規(guī)。
4.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，車輛還包括開關，所述開關電連接到火線和中性線。
5.如權利要求4所述的系統(tǒng)，其中，處理器還使得開關閉合。
6.如權利要求5所述的系統(tǒng)，其中，所述電學參數(shù)中的至少一些在開關閉合之前以及開關閉合之后被感測。
7.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，火線和中性線的電學參數(shù)是跨火線和中性線的電壓或者通過火線和中性線的電流。
8.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，中性線和地線的電學參數(shù)是跨中性線和地線的電壓或者通過中性線和地線的電流。
9.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，處理器還基于感測的電學參數(shù)確定附加負載是否與火線和中性線電連接。
10.一種用于包括火線、中性線和地線的配電電路的診斷系統(tǒng)，所述診斷系統(tǒng)包括開關，電連接火線和中性線；第一傳感器，感測火線至中性線的電學參數(shù)； 第二傳感器，感測中性線至地線的電學參數(shù)； 處理器，基于感測的電學參數(shù)識別火線或中性線的故障情況。
全文摘要
提供了一種配電電路診斷系統(tǒng)。一種用于包括火線、中性線和地線的配電電路的診斷系統(tǒng)，所述診斷系統(tǒng)可包括開關，電連接火線和中性線；第一傳感器，感測火線至中性線的電學參數(shù)；第二傳感器，感測中性線至地線的電學參數(shù)。所述診斷系統(tǒng)還可包括處理器，所述處理器閉合開關，監(jiān)視在開關閉合之前和開關閉合之后感測的至少一些電學參數(shù)，基于監(jiān)視的電學參數(shù)識別火線或中性線的故障情況。
文檔編號G01B7/02GK102253306SQ20111009241
公開日2011年11月23日 申請日期2011年4月11日 優(yōu)先權日2010年4月13日
發(fā)明者拉里·迪安·埃里, 艾倫·羅伊·蓋爾, 邁克爾·W·德格納 申請人:福特全球技術公司