具有高電壓保護與警示的多功能指針電表的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種具有高電壓保護與警示的多功能指針電表，包括指針電表、比較電路以及警示裝置，還可以進一步包括保護電路、信號源電路以及一頻率運算電路。本實用新型的目的在于增進指針電表使用的安全性，并為指針電表擴充更多的量測功能。傳統(tǒng)的指針電表在量測高電壓時，若轉(zhuǎn)盤沒有切換至正確的位置，則表頭容易燒毀，甚至發(fā)生危險。本實用新型提供了一個具有高電壓保護的指針電表，當量測高電壓時，即使用戶轉(zhuǎn)盤沒有切換至正確位置，仍得以確保使用者安全。另外，傳統(tǒng)的指針電表的量測功能僅局限在DC電壓、AC電壓、電阻與DC電流，本實用新型的指針電表則可提供AC電流、頻率、電容等常用的功能。
【專利說明】
具有高電壓保護與警示的多功能指針電表
技術領域
[0001]本實用新型關于一種電表，特別是一種具有高電壓保護與警示的多功能指針電表。
【背景技術】
[0002]指針電表是一種傳統(tǒng)的量測工具。近年來，由于數(shù)字萬用表(Digitalmultimeter)的興起，指針電表有漸漸沒落的趨勢。但是目前依然有部分使用者習慣以指針偏轉(zhuǎn)的幅度來判定待測物的大小，因此指針電表仍然占有一定的市場。相較于數(shù)字萬用表，指針電表主要的缺點有二:第一，高電壓防護力不足:數(shù)字萬用表在各種量測模式與文件位，均可承受數(shù)百伏特的高電壓，而指針電表在量測高電壓時，若選錯模式或文件位，稍一不慎，輕則電表內(nèi)部的保險絲熔斷，重則造成表頭損毀，甚至造成待測的電器設備損毀，或發(fā)生危險;第二，功能不足:目前市售的指針電表，主要包含DC電壓、AC電壓、電阻、DC電流等四種功能，數(shù)字電表當中的其他功能包括AC電流、電容、頻率等功能均無法提供，而數(shù)字萬用表則可通過內(nèi)部的集成電路(IC)中的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)與頻率運算電路執(zhí)行各種量測功能。
[0003]指針電表對高電壓的防護力較差的原因，可舉圖1的DC電壓電路組態(tài)來做說明。指針電表在執(zhí)行電壓量測時，是將待測信號通過輸入端(I NPUT I)與指針表頭之間的電阻，轉(zhuǎn)換成電流來驅(qū)動指針使其偏轉(zhuǎn)，在越低的檔位，該電阻必須越小，如此方能使低電壓信號產(chǎn)生足夠的電流來驅(qū)使指針偏轉(zhuǎn)。在圖1中，以0.25V這個檔位為例，輸入端(I NPUT I)至表頭間的電阻僅5KW(3KW+2KW)，若以此檔位量測數(shù)百伏特的待測信號，例如220V的市電，便可能因為電流過大，在保險絲尚未熔斷之前，便已造成表頭的損毀。電阻的量測亦是如此，在越低的檔位，輸入阻抗越低，若用戶要量測高電壓，卻將量測模式切換至低電阻文件，此時也有可能造成表頭損毀或電表內(nèi)部電阻燒毀。其中，圖1中INPUT I為輸入端，fuse為電阻絲，COM為接地端。
[0004]而反觀數(shù)字萬用表，以電壓文件量測為例，輸入端通常會以1Mff的大電阻做保護，電壓量程的各個檔位再通過1MW與電子開關與分壓電阻做分壓；而執(zhí)行電阻或電容量測時，信號源會通過PTC熱敏電阻再接至待測物，當外部有高電壓輸入時，PTC電阻的阻值會因電流變大而迅速變大，進而對電表提供保護。
[0005]指針電表的功能雖然較少，對于一個對電性知識不是很廣泛熟悉的使用者而言，或是對于實際使用上所可能面對的各種未知狀況而言，在量測的過程中，使用者對未知電源或是未知待測物進行測量，還是有可能一開始就誤判待測物所帶的電性。再加上若其使用的方式不正確，甚至使用以指針電表電性耦合到待測物后，臨時有其他事務而將電表持續(xù)連接在未知電性的待測物上，若此時的待測物具有高電壓，而待測物連接的又是廠區(qū)或建筑物電源，此狀況所導致的，輕則造成儀表燒毀，重則造成建筑物或廠區(qū)的電源的電壓瞬間下降，甚至可能造成跳電。又例如，若一待測物為一個交流(AC)的電壓源(voltagesource)，而使用者并不知道，基于錯誤認知或是錯誤操作，而將電表切換至直流電壓的測量文件位，以對此信號源進行量測。此時測量到的可能是一個趨近于零的數(shù)值。若此，則不僅量測的值是錯誤的(誤以為是一個趨近于零的直流電壓)，也會讓用戶誤以為該待測物沒有電壓(或電壓趨近于零)，導致其誤以為身體接觸也不會有危險，但事實上此交流電壓的振幅可能相當大，會讓接觸者有被電傷的危險，甚至危及人身安全。
[0006]又例如，在電表中，量測電流的輸入端通常亦為低阻抗，若用戶在量測電壓時，誤將量測用的探棒插在量測電流用的插槽上，當量測時間太久時，容易造成保險絲熔斷，亦容易造成電表的損壞。
[0007]因此，如何對于此類未知電性的測量對象，在指針電表內(nèi)提供警示功能，當偵測到異于其檔位所要測量的值的電壓時，就可以立即對使用者發(fā)出警示，以提升使用者進行量測時的安全性，而此也有幫助于延長電表的使用壽命;此外，如何讓指針電表也具備數(shù)字電表的多種不同功能(如量測AC電流、電容、頻率等功能)，成為指針電表開發(fā)的新方向。
【實用新型內(nèi)容】
[0008]本實用新型提供一種具有高電壓保護與警示的多功能指針電表，運用數(shù)字電表的技術，來轉(zhuǎn)用至指針電表，進而賦予指針電表多種數(shù)字電表所擁有的功能，以及具有對高電壓的防護能力。
[0009]本實用新型提供一種具有高電壓保護與警示的多功能指針電表，在該具有高電壓保護與警示的多功能指針電表的多個輸入端的其中之一電性耦合到一待測物時，若該待測物的一電位的絕對值超過一預設極限值的絕對值時產(chǎn)生警示，包括:
[0010]—指針電路，以相應的一轉(zhuǎn)盤開關將該待測物上的電性通過該輸入端耦合饋入，通過一電子開關與一分壓器分壓取得一相應輸入電位，饋入一模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器處理后，經(jīng)由一控制器計算得出一數(shù)值，該控制器再依據(jù)該數(shù)值控制一數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為一指針電流，并轉(zhuǎn)動一指針，該控制器預設一最大指針電流，當數(shù)值轉(zhuǎn)換的該指針電流大于該最大指針電流時，輸出該最大指針電流;以及
[0011]—比較電路，比較該相應輸入電位的絕對值與該預設極限值的絕對值，在該相應輸入電位的絕對值比該預設極限值的絕對值大時，產(chǎn)生一高壓提示信號；以及
[0012]—警示裝置，該控制器接收到該高壓提示信號時啟動該警示裝置。
[0013]其中該比較電路包含:
[0014]至少一比較器，電性耦合到該電子開關以取得該相應輸入電位，據(jù)以和該預設極限值的絕對值比較；以及
[0015]—邏輯閘，電性耦合到該比較器的輸出端而產(chǎn)生該高壓提示信號，產(chǎn)生該高壓提不信號。
[0016]其中該比較器至少包含一窗型比較器，該窗型比較器的兩個輸出端至少有一個呈現(xiàn)一高邏輯準位。
[0017]其中該邏輯閘為一邏輯或門，接受該比較器的輸出，并在該相應輸入電位的絕對值大于該預設極限值的絕對值時，使得該比較器的輸出至少有一高邏輯準位，并輸出該高邏輯準位的該高壓提示信號。
[0018]其中該多功能指針電表還包括:
[0019]—保護電路、一信號源電路以及一頻率運算電路，該信號源電路于該轉(zhuǎn)盤開關的檔次為一電阻量測檔次或一電容量測檔次時，產(chǎn)生一電流源，以通過該保護電路而對應地產(chǎn)生該相應輸入電位;該電子開關、該信號源電路、該比較電路、該數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器、該模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器、該控制器以及該頻率運算電路以集成電路的型式制作而成。
[0020]其中該警示裝置為一 LED或一蜂鳴器。
[0021]本實用新型還提供一種具有高電壓保護與警示的多功能指針電表，該具有高電壓保護與警示的多功能指針電表的多個輸入端的其中之一電性耦合到一待測物時，若該待測物的一電位的絕對值超過一預設極限值的絕對值時產(chǎn)生警示，包括:
[0022]—指針電路，以相應的一轉(zhuǎn)盤開關將該待測物上的電性通過該輸入端耦合饋入，通過一電子開關與一分壓器分壓取得一相應輸入電位，饋入一模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器處理后，經(jīng)由一控制器計算得出一數(shù)值，該控制器再依據(jù)該數(shù)值控制一數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為一指針電流，并轉(zhuǎn)動一指針，該控制器預設一最大指針電流，當數(shù)值轉(zhuǎn)換的該指針電流大于該最大指針電流時，輸出該最大指針電流;以及
[0023]—比較電路，用于將該相應輸入電位的絕對值與該預設極限值的絕對值比較，在該相應輸入電位的絕對值比該預設極限值的絕對值大時，產(chǎn)生一高壓提示信號，該比較電路至少還包括一窗型比較器，該窗型比較器的兩個輸出端中至少有一個產(chǎn)生該高壓提示信號；以及
[0024]—警示裝置，該控制器接收到該高壓提示信號時啟動該警示裝置。
[0025]其中所述多功能指針電表還包括:
[0026]—保護電路、一信號源電路以及一頻率運算電路，該信號源電路于該轉(zhuǎn)盤開關的檔次為一電阻量測檔次或一電容量測檔次時，產(chǎn)生一電流源，以通過該保護電路而對應地產(chǎn)生該相應輸入電位;該電子開關、該信號源電路、該比較電路、該數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器、該模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器、該控制器以及該頻率運算電路以集成電路的型式制作而成。
[0027]其中該警示裝置為一 LED或一蜂鳴器。
[0028]其中該高壓提示信號為高邏輯準位或高電壓準位的高壓提示信號。
[0029]本實用新型具有的優(yōu)點在于:
[0030]本實用新型提供的具有高電壓保護與警示的多功能指針電表，當量測高電壓時，即使用戶轉(zhuǎn)盤沒有切換至正確位置，仍得以確保使用者安全。另外，傳統(tǒng)的指針電表的量測功能僅局限在DC電壓、AC電壓、電阻與DC電流，而本實用新型的指針電表則可提供AC電流、頻率、電容等常用的功能。
【附圖說明】
[0031]圖1為現(xiàn)有技術的DC電壓電路組態(tài)圖；
[0032]圖2為依據(jù)本實用新型的具有高電壓保護與警示的多功能指針電表的功能方塊圖；
[0033]圖3為依據(jù)本實用新型的具有高電壓保護與警示的多功能指針電表的一實施例，其中顯示部分電路位階的電路結(jié)構(gòu)圖；
[0034]圖4A為依據(jù)本實用新型的具有高電壓保護與警示的多功能指針電表的一實施例在執(zhí)行電壓量測時，執(zhí)行信號分壓與偵測分壓點電位的實施例；
[0035]圖4B為依據(jù)本實用新型的具有高電壓保護與警示的多功能指針電表的一實施例在執(zhí)行電壓量測時，執(zhí)行信號分壓與偵測分壓點電位的又一實施例；
[0036]圖5A為依據(jù)本實用新型的具有高電壓保護與警示的多功能指針電表的一實施例在執(zhí)行電阻量測時，偵測待測物電位的實施例；以及
[0037]圖5B為依據(jù)本實用新型的具有高電壓保護與警示的多功能指針電表的一實施例在執(zhí)行電容量測時，偵測待測物電位的實施例。
[0038]圖中:
[0039]INPUTl ?INPUT2:第一?第二輸入端；
[0040]COM:接地端；
[0041 ] Rdl?Rd4:分壓電阻；
[0042]Rtl:電壓轉(zhuǎn)換電阻；
[0043]nl ?n9:節(jié)點；
[0044]Rl?R4:保護電路的電阻；Dl、D2:電壓轉(zhuǎn)換電路的電阻；
[0045]SWl ?SW7 開關；
[0046]CMPl:第一比較器；CMP2:第二比較器；
[0047]PMOSl:P型金氧半場效晶體管； 0P1:第一運算放大器；
[0048]Rsl:源極電阻；
[0049]HV:高壓提示信號；
[0050]R*:電阻；C*:電容；
[0051]F1、F2:保險絲；
[0052]100:轉(zhuǎn)盤開關；200:輸入端；
[0053]300:保護電路；400:分壓器；
[0054]500:電壓轉(zhuǎn)換電路；600:模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器；
[0055]700:控制器；800:電子開關；
[0056]900:信號源電路；950:指針；
[0057]1000:比較電路；1100:警示裝置；
[0058]1105: LED ；1107:蜂鳴器；
[0059]1150:集成電路；
[0060]1120:頻率運算電路；1130:數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器。
【具體實施方式】
[0061]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步說明，以使本領域的技術人員可以更好的理解本實用新型并能予以實施，但所舉實施例不作為對本實用新型的限定。
[0062]由圖2，在指針電表中，包含多個輸入端(INPUTI, INPUT 2)，使用者借由切換轉(zhuǎn)盤開關100來選擇其所要執(zhí)行的量測模式及文件位。切換轉(zhuǎn)盤開關100的過程中，會帶動指針電表內(nèi)部的機械式開關來選擇該量測模式相對應的輸入端子及相關的開關動作。用戶選定的量測模式及文件位的信息會傳送至控制器700，控制器700依據(jù)量程及文件位來控制電子開關800。電子開關800是一組連接保護電路與分壓電阻之間的開關，分壓電阻則是一組不同大小的電阻，如圖3所示。通過電子開關800，可使輸入模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器600的信號能分壓至一個適當?shù)碾娢?，以利量測。模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器600將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成量測數(shù)值送至控制器700。在DC電壓或DC電流模式，模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器600運算所得到的數(shù)值即為待測物的電壓值或電流值，控制器700將此數(shù)值傳送至數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器1130，數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器1130再依據(jù)數(shù)值的大小轉(zhuǎn)換成指針電流輸出至指針950，推動指針950偏轉(zhuǎn)。輸出電流的大小與該數(shù)值成正比。
[0063]在AC電壓或AC電流模式，模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器600將轉(zhuǎn)換得到的數(shù)值傳送至控制器700后，控制器700將多筆數(shù)值換算成RMS值，將其取平均之后，再傳送至數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器113 O轉(zhuǎn)換成驅(qū)動指針9 5 O的指針電流。當量測電阻、電容等被動組件時，由于被動組件不會產(chǎn)生信號，此時控制器700會驅(qū)使信號源電路900，通過電子開關800，送一個電流源至待測物產(chǎn)生電壓，以進行量測。在量測電阻時，是通過模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器600，求得待測物兩端的電壓差，控制器700將此電壓差除以電流源的大小，便可得到電阻值，此數(shù)值再傳送至數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器1130轉(zhuǎn)換成驅(qū)動指針950偏轉(zhuǎn)的電流。在量測電容時，電流源傳送至待測電容時，待測電容上的電壓會隨時間產(chǎn)生線性的變化，控制器700則根據(jù)此電壓對時間的變化關系，可換算出待測物的電容值，此數(shù)值再傳送至數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器1130轉(zhuǎn)換成驅(qū)動指針950的指針電流。在進行頻率量測時，頻率運算電路1120會擷取信號周期，并計算其周期的數(shù)值，將周期值傳送至控制器700，控制器700將周期值換算成頻率值，此數(shù)值再傳送至數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器1130轉(zhuǎn)換成驅(qū)動指針950偏轉(zhuǎn)的電流。
[0064]在各種量測模式，控制器700傳送至數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器1130的數(shù)值會訂一個上限，即使輸入的信號很大，傳送至數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器1130的數(shù)值最多就是到這個上限(最大指針電流)，由此限制驅(qū)動指針950的電流，便可以保護指針不被燒毀。
[0065]在量測的過程中，若比較電路1000偵測到輸入模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器600的電位異常偏大，則會送出HV信號到控制器700，此時控制器700會驅(qū)使蜂鳴器1107鳴叫，并點亮LEDl 105，以警示使用者，進一步提升使用的安全性。
[0066]以下，將詳細說明本實用新型的各個方塊與執(zhí)行步驟。
[0067]首先，圖2為依據(jù)本實用新型的一較佳實施例運用在指針電表中的功能方塊圖，用戶以轉(zhuǎn)盤開關100選擇其認為要測量的待測物的電性，將指針電表中的輸入端200電性耦合(或連接到)到待測物上，此時保護電路300即通過轉(zhuǎn)盤開關100中被選定的一組模式開關(DC電壓、AC電壓、電阻(歐姆)、DC電流、AC電流、頻率、電容等)，與輸入端200形成電路導通。分壓器400與電壓轉(zhuǎn)換器500，則是依據(jù)輸入端的電壓值，提供相應的輸入電壓到模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器600，然后傳輸?shù)娇刂破?00。相應輸入電壓取分壓之后，使其不超過模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器600滿刻度(full scale)電壓值，這樣才能讓供模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器600處理而產(chǎn)生一數(shù)值。通過信號源900到保護電路300的sense端到電子開關800的是一些被動組件量測模式下的相應輸入電位，其被傳送到模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器600也可以提供其轉(zhuǎn)換成一數(shù)值。然后將前述數(shù)值經(jīng)由數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器1130轉(zhuǎn)換為指針電流，再驅(qū)動指針950轉(zhuǎn)動，用戶即可讀取到指針950所對應的數(shù)值。若有偵測到異常電壓，也可以在LED1105或蜂鳴器1107警示，或者，由指針950轉(zhuǎn)到底的方式提醒使用者。以上所述為依據(jù)本實用新型的一較佳實施例的電表用于測量待測物時的運作方式，而在其如何偵測出待測物是否具有超過本電表被選定要進行測量的模式所預設要處理的極限電壓值時，其運作原理如下一段所述。
[0068]本實用新型的較佳實施例中，是以一組比較電路1000來偵測分壓點(亦即轉(zhuǎn)盤開關100的輸出端上)的電壓大小，而比較基準電位可以依據(jù)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器600的滿刻度(full scale)電壓值而訂定，取一個較該滿刻度電壓值還要大的值來做為比較的基準電位。例如若該滿刻度電壓值為I伏特，則可以取比較基準電位的絕對值為大者，例如1.5伏特。當分壓點的電位的絕對值大于1.5伏特，則比較電路100輸出信號HV變成高電位，并且此高電位使得控制器700將警示裝置1100啟動，以警告使用者，讓使用者知道此時輸入端的電壓值已經(jīng)超過此系統(tǒng)所能處理的極限。
[0069]而在本實用新型的一較佳實施例中，此警示裝置1100可以包含LED1105、蜂鳴器1107。因為本實用新型的一較佳實施例的指針電表可以在接觸待測物之后極短的時間(不到一毫秒)內(nèi)，判別該待測物是否具有超過本多功能指針電表被選定要進行測量模式所預設要處理的最高電壓值，若有，則立即對使用者提出各種警示，并且讓指針950轉(zhuǎn)到底。所以依據(jù)本實用新型的較佳實施例的多功能指針電表，在使用上就不會有傳統(tǒng)指針電表的潛在危險性。在圖2中，本實用新型的多功能指針電表運用數(shù)字電表的技術加以運用至指針電表。而本實用新型的一較佳實施例即運用比較電路1000與警示裝置1100，以達成本實用新型所要做到的警示功能。
[0070]以下將用圖3做進一步的描述，其中的電路圖所顯示的電路組件(如電阻器、電容器和二極管等電路組件和裝置)及其連接方式只是用于解說本實用新型的一較佳實施例之用，本實用新型的施行方式并不限定于此圖所揭露。
[0071]如圖3中所示，(第一輸入端INPUTl/第二輸入端INPUT2/C0M對應到第2圖的輸入端200，1?1?1?4/01/02/^1/^2對應到圖2的保護電路300，其中？1與？2為保險絲，開關311?洲2對應到圖2的轉(zhuǎn)盤開關100，Rdl?Rd4對應到圖2的分壓器400，RtI與Rt2對應到圖2的電壓轉(zhuǎn)換器500。其中，電壓/頻率/電阻/電容則使用第一輸入端INPUTl做輸入，電流量測(A)使用輸入插孔第二輸入端INPUT2做輸入。
[0072]為節(jié)省電路的體積與成本，實現(xiàn)部分功能的電路可以用集成電路來構(gòu)成，在本實施例中，這些電路可以包括:控制器700、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器600、電子開關800、信號源電路900、比較電路1000、數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器1130與頻率運算電路1120，以上可以用同一個集成電路(IC) 1150來制作，如圖3中的虛線框所包含的組件。
[0073]請參考圖3，當依據(jù)本實用新型的具有高電壓保護與警示的多功能指針電表的一實施例在執(zhí)行待測物的電壓量測時，待測物上的待測信號由第一輸入端INPUTl輸入，開關SWl、SW2皆為關閉(0FF)，電壓信號經(jīng)由電阻Rl輸入。由于一般的電壓信號大小容易超過模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器600可以處理的范圍，因此輸入信號需要先做分壓。在電表中，電壓量測常用的分壓比例有1/10、1/100、1/1000以及1/10000，分壓后的電位須低于模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器600的滿刻度(full scale)，否則將超出可量測范圍，其轉(zhuǎn)換后的數(shù)值將會使指針950偏轉(zhuǎn)到底。
[0074]在電壓量測模式(檔次)，控制器700會通過電子開關800，在分壓器400的分壓電阻Rdl-Rd4中選擇適當?shù)姆謮弘娮柽B接至Rl，以在n2節(jié)點產(chǎn)生適當?shù)姆謮弘娢?，之后進一步通過電子開關800的切換，將n2節(jié)點的電位傳送至模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器600中，以轉(zhuǎn)換成數(shù)值。茲以本實用新型的一實施例中的部分電路圖顯示于圖4A、圖4B中，對上述動作做進一步說明。當執(zhí)行電壓量測時，控制器700會驅(qū)使電子開關800(包含開關SW3?SW7)中的一個，例如開關SW3導通(ON)，此時若要在節(jié)點n2取得原信號1/10的分壓，控制器700會進一步驅(qū)使開關SW7導通，此時由于電阻比例的關系，n2節(jié)點的電位變?yōu)檩斎胄盘柕?/10。
[0075]以上述量測電壓的例子而言，一般運作的方式如下:若模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器600的滿刻度為IV，而輸入的待測信號為一個200V的信號，一開始，量測的范圍設定在最低檔位，此時分壓比例為1/10，此分壓后的n2節(jié)點電位為20V。由于20V超過模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器600的滿刻度IV，轉(zhuǎn)換后的數(shù)值會0L，此時控制器700會驅(qū)使量測的檔位往上跳一檔。此時控制器700亦會控制電子開關800做切換，將圖4A中原本連接Rl與Rdl的開關SW7關閉(0FF)，并將連接Rl與Rd2的開關SW4導通，使得此檔位的分壓比例變?yōu)?/100，此時輸入模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的電位縮小為2V。此時輸入的待測信號在相應輸入節(jié)點n2的電位即為2V，依然超過模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器600的滿刻度IV，因此必須再往上跳一檔。此時控制器700會再控制電子開關800做切換，將SW6關閉(0FF)，并將SW4導通(ON)，將信號分壓為原本的1/1000，產(chǎn)生一個200mV的信號。此時輸入的待測信號在相應輸入節(jié)點n2的電位200mV已經(jīng)低于模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器600的滿刻度IV，這時候?qū)⒋穗娢凰椭聊M/數(shù)字轉(zhuǎn)換器600做轉(zhuǎn)換，才會得到一個正確的數(shù)值。一般傳統(tǒng)的電表雖然都有此自動跳檔以選擇適當分壓電阻的功能，但最重要的是，其使用者必須自行在電表上以按鈕或轉(zhuǎn)盤選定要進行的測量模式是直流電壓抑或交流電壓。若用戶選錯量測模式，例如，在電表上選定交流電壓模式以進行測量，但是使用者卻不知道要被測量的待測物其實是一個具有+200V的直流電壓信號，則測量結(jié)果顯示的可能是一個接近零的數(shù)值，而讓使用者忽略了潛在的危險。若用戶因此以為該待測物沒有電壓而去碰觸，便有可能被電傷。
[0076]以上傳統(tǒng)電表的缺點，在本實用新型中并不會發(fā)生，因為在本實用新型是以一組比較電路1000來偵測分壓點(相應輸入節(jié)點)n2?n6的信號大小(電壓準位)，將其與比較基準電位做比較。比較基準電位可以根據(jù)所欲采用的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器600的滿刻度(fullseal e)的電壓值而訂，并且取一組比該電壓值的絕對值還要大的值。舉例而言，若其滿刻度(full scale)的電壓值為IV，則可以使用兩個比較器，將其比較電位分別訂在+1.5￥與_1.5V，若分壓點的電位高于+1.5V，或低于-1.5V時。換言之，若分壓點(相應輸入節(jié)點)的電位絕對值大于1.5時，則比較電路1 O O的輸出信號，亦即H V，會變?yōu)楦哌壿嫓饰?L ο g i cHigh)，此狀態(tài)的信號送至控制器700后，請參照圖3，會啟動(Enable)警示裝置1100。換言之，控制器700在當HV信號為High時，會驅(qū)使蜂鳴器1107鳴叫，并點亮LED1105。
[0077]茲以本實用新型的一實施例中顯示于圖4A、圖4B的部分，對實際進行電壓量測時，其動作的方式做進一步說明。當執(zhí)行電壓量測時，控制器700會傳送一組比較基準電位至比較電路1000，在此例中的比較電位為+1.5V與-1.5V(絕對值1.5)。在電壓量測模式(檔次)時，若待測物所具有的電壓是+200V，換言之，輸入信號為+200V的直流電壓，但用戶卻誤用交流電壓模式(檔次)進行量測，此時量測到的數(shù)值接近零，由于此接近零的數(shù)值并沒有OL(Overload)，因此控制器700并不會驅(qū)使檔位往上跳檔，量測的范圍會停在最低檔位，最低檔位的分壓比例為1/10，此時相應的分壓點(n2節(jié)點)為一個20V的直流電壓信號，此電位絕對值(20V)由于高于+1.5V (絕對值1.5)的比較電位，此時第一比較器CMPI的輸出會變?yōu)镠igh，進一步使得HV信號變?yōu)镠igh，HV信號送回(圖4中的)控制器700，控制器700則會驅(qū)使蜂鳴器1107鳴叫，并點亮LED1105，因此可達到警示的效果。
[0078]簡言之，依據(jù)本實用新型圖4A的一較佳實施例，比較電路1000包含了一窗型比較器(包含第一比較器CMPl與第二比較器CMP2)以及一邏輯或門(OR gate)。其中第一比較器CMPl的非反相輸入端電性耦合到第二比較器CMP2的反相輸入端，而第一比較器CMPl的反相輸入端，則被饋入以本電表被選定要進行測量的模式所預設要處理的最高電壓值(如1.5V)的正值+1.5V(也就是，上臨界電壓)；并且第二比較器CMP2的非反相輸入端則被饋入以本指針電表被選定要進行測量的模式所預設要處理的最高電壓值(如1.5V)的負值-1.5V(也就是，下臨界電壓)。當傳輸?shù)酱靶捅容^器的輸入端的電壓的絕對值，比要進行測量的模式所預設要處理的最高電壓的絕對值還小時，第一比較器CMPl與第二比較器CMP2才會都是負飽和，換言之，輸出才會都是低邏輯準位(L)，所以邏輯或門OR的兩個輸入都是低邏輯準位(L)，所以邏輯或門OR的輸出信號HV就是低邏輯準位(L)。
[0079 ]當傳輸?shù)奖容^電路1000中的窗型比較器的輸入端的電壓的絕對值，比要進行測量的模式所預設要處理的最高電壓的絕對值還大時，第一比較器CMPl與第二比較器CMP2至少有一個會是正飽和。換言之，輸出至少有一個是高邏輯準位(H)，所以邏輯或門OR的兩個輸入當中至少有一個是高邏輯準位(H)，所以邏輯或門OR的輸出信號HV就是高邏輯準位(H)。當HV為高邏輯準位(H)時，請參照圖3，控制器700就會啟動蜂鳴器1107以及/或發(fā)光二極管1105以對使用者提出警示。
[0080] 換言之，因為窗型比較器具有窗型的范圍限制特性，因此，可以偵測到當直流電壓、交流電壓的值超過指針電表所能處理的臨界電壓值(上臨界電壓與下臨界電壓)，即可由窗型比較器產(chǎn)生高邏輯準位的信號。因此，解決了以往無法于直流電壓文件位測量到交流電壓過高，或者，于交流電壓文件位無法測量到直流電壓過高的技術問題。
[0081 ] 接著，依據(jù)本實用新型圖4B的一較佳實施例，比較電路1000包含了一窗型比較器(包含第一比較器CMPl與第二比較器CMP2)以及兩二極管D3、D4。與圖4A比較可發(fā)現(xiàn)，圖4B的實施例是采用二極管D3、D4來做為輸出信號HV的輸出端。當傳輸?shù)奖容^電路1000中的窗型比較器的輸入端的電壓的絕對值，比要進行測量的模式所預設要處理的最高電壓的絕對值還大時，第一比較器CMPl與第二比較器CMP2至少有一個會是正飽和。換言之，輸出至少有一個是高邏輯準位(H)，所以二極管D3或二極管D4的兩個輸入當中至少有一個是高邏輯準位
(H)，所以最終的輸出信號HV就是高電壓準位(High Voltage Level, HVL)。
[0082]圖4A與圖4B說明了本實用新型的兩個運用窗型比較器的實施例，其最終的輸出可以是高邏輯準位或高電壓準位。然而，就本實用新型技術領域具有通常知識者當了解，高電壓準位或高邏輯準位作為高壓提示信號并非唯一選擇，通過反向器將高邏輯準位變?yōu)榈瓦壿嫓饰煌瑯涌勺鰹榭刂破?00的高壓提示信號；同樣地，將高電壓準位轉(zhuǎn)換為低電壓準位后，再變?yōu)榭刂破鞯母邏禾崾拘盘?，同樣可為本實用新型的多功能指針電表所接受。換言之，電壓準位或邏輯準位的型態(tài)，并非用以限制本實用新型。
[0083]以下說明當待測物為被動組件(電阻/電容)時，依據(jù)本實用新型的一較佳實施例的指針電表，其運作的方式究系如何，以致有能力在待測物電位超過本電表被選定要進行測量的模式所預設要處理的極限電壓值時，能自動對使用者發(fā)出警示。請繼續(xù)參考圖4A，當執(zhí)行被動組件(電阻/電容)量測時，待測物由第一輸入端INPUT I輸入，在被動組件量測模式中，相應輸入節(jié)點為n3與n4，節(jié)點n3為force端，節(jié)點n4為sense端。當進行量測時，信號源電路900會通過熱敏電阻(Positive Temperature Coefficient Resistor: PTC)R3，向待測物施加一個電壓或電流，R2為保護集成電路用的電阻。在電路的設計上，電流并沒有流經(jīng)電阻R2，因此n4節(jié)點的電位等于待測物上的電位，比較電路1000則通過節(jié)點n4來偵測待測物的電位，若偵測到異常的電壓，相應輸入節(jié)點n4的電位值的絕對值大于1.5，則HV信號會變?yōu)镠igh，此時控制器700會驅(qū)使蜂鳴器1107鳴叫，并點亮LED1105，因此可達到警示的效果。
[0084]當依據(jù)本實用新型的具有高電壓保護與警示的多功能指針電表的一實施例在執(zhí)行待測物為電阻的量測時，請參照圖5A，其中第一運算放大器0P1、P型金氧半場效晶體管PMOSl、源極電阻Rsl，這些都是信號源電路900的一部分，其構(gòu)成一個典型的電流源電路。其中，改變源極電阻Rsl的大小可以改變電流源的輸出大小，以因應不同的電阻量測范圍。電流源流經(jīng)源極電阻R3與待測電阻R*，并在待測電阻R*上產(chǎn)生一個電位，n4節(jié)點為偵測端，n4節(jié)點的電位等于待測物上的電位。在本實施例中，亦即相應輸入節(jié)點的電位，此電位值被電子開關800傳送至模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器600，則可得到待測物R*上的電壓數(shù)值?？刂破?00將電壓數(shù)值除以電流源的大小可以換算出待測物R*的電阻值，便可由控制器700計算得到待測電流的數(shù)值，然后再將此數(shù)值傳送到數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器1130轉(zhuǎn)換為指針電流后，再驅(qū)動指針950轉(zhuǎn)動。
[0085]以上為依據(jù)本實用新型的一較佳實施例的電表用于測量待測物為電阻時的運作方式，而在其如何偵測出待測物是否具有超過本電表被選定要進行測量的模式所預設要處理的極限電壓值時，其運作原理如下所述:在此模式下，若在OPl的正輸入端加一個+IV的電位，η 1節(jié)點的電位則因為OP負回授的特性，將極為接近+ IV。若η9節(jié)點的電位為+3V且Rs I的電阻為200Κ歐姆，則此時電流源的電流大小為10uA。在正常的量測狀態(tài)下，待測物上的電位應為正值，且最大不應超過電流源的電位，+IV，最小則為接近0V。依據(jù)本實用新型的一較佳實施例的指針電表，在電阻量測模式(檔次)中，控制器700會驅(qū)使比較電路1000中的開關做切換，此時比較電路1000中的比較器將偵測n4節(jié)點的電位是否異常，若n4節(jié)點的電位高出電流源的電位甚多，或者低于OV甚多，則視為異常，代表此時的輸入端的探棒可能碰觸到一個異常的電壓。換言之，此時輸入端所電性耦合的待測物R*的電性已經(jīng)超過本指針電表被選定要進行測量的模式所預設要處理的最高電壓值。在圖5A所舉的例子中，比較電位為+1.5V與-1.5V，若n4節(jié)點的電位高于+1.5V或低于-1.5V，換言之，絕對值大于1.5，則HV信號會變?yōu)镠igh，此時控制器700會依據(jù)比較電路1000的輸出信號為高邏輯準位而啟動警示機制。
[0086]當依據(jù)本實用新型的具有高電壓保護與警示的多功能指針電表的一實施例在執(zhí)行待測物為電容的量測時，請參照圖5B，電流源流經(jīng)電阻R3與待測電容C*，電容電位隨著電流的流入，會逐漸地變大。此電位經(jīng)由(圖3中)電子開關800傳送至模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器600，控制器700則根據(jù)電位對時間的變化關系，可換算出待測物C*的電容值，然后控制器700再將此數(shù)值傳送到數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器1130轉(zhuǎn)換為指針電流后，再驅(qū)動指針950轉(zhuǎn)動。
[0087]以上為依據(jù)本實用新型的一較佳實施例的電表用于測量待測物為電容時的運作方式，而在其如何偵測出待測物是否具有超過本電表被選定要進行測量的模式所預設要處理的極限電壓值時，其運作原理如下所述:在此模式下，在電容量測模式(檔次)中，控制器700會驅(qū)使比較電路1000中的開關做切換，此時比較電路1000中的比較器將偵測n4節(jié)點的電位是否異常，若n4節(jié)點的電位高出電流源的電位甚多，或者低于OV甚多，則視為異常，代表此時的輸入端的探棒可能碰觸到一個異常的電壓。換言之，此時輸入端所電性耦合的待測物C*的電性已經(jīng)超過本電表被選定要進行測量的模式所預設要處理的最高電壓值，代表此時輸入端的探棒可能碰觸到一個電壓源，或者電容上存在異常的電位。在圖5B所舉的例子中，比較電位為+1.5V與-1.5V，若n4節(jié)點的電位高于+1.5V或低于-1.5V，則HV信號會變?yōu)镠igh，此時控制器700會依據(jù)比較電路1000的輸出信號為高邏輯準位而啟動警示機制。
[0088]當依據(jù)本實用新型的具有高電壓保護與警示的多功能指針電表的一實施例在執(zhí)行待測物上的信號的頻率量測時，請參照圖3，待測信號由INPUTl輸入，開關SWl為0N，開關SW2為0FF，而比較電路1000在此量測模式主要是偵測電阻R5的電位有無異常。二極管Dl與D2在一般的量測時，皆為OFF，此時由于R5上沒有電流，n5節(jié)點與接地端之間沒有電壓差，因此其電壓等于0V。當?shù)谝惠斎攵薎NHJTl輸入一個很大的正電壓時，二極管D2會產(chǎn)生崩潰(break down)，二極管Dl也會導通，此時電阻R5會流入電流使得相應輸入節(jié)點n5產(chǎn)生一個正電壓;而當?shù)谝惠斎攵薎NPUTl輸入一個很大的負電壓時，二極管Dl會產(chǎn)生break down，二極管D2也會導通，此時電阻R6會流出電流使得相應輸入節(jié)點n5產(chǎn)生一個負電壓。
[0089]而在依照本實用新型的一較佳實施例如何在此量測模式下，偵測出待測物是否具有超過本電表被選定要進行測量的模式所預設要處理的極限電壓值時，其運作原理如下所述:在此模式下，在頻率量測模式下，控制器700會驅(qū)使比較電路1000中的開關做切換，此時比較電路1000中的比較器將偵測相應輸入節(jié)點n5的電位是否異常，例如高于+1.5V或低于-1.5V時，換言之，絕對值大于1.5時，則視為異常，此時HV信號變?yōu)镠igh，控制器700會依據(jù)比較電路1000的輸出信號為高邏輯準位而啟動警示裝置1100。
[0090]當依據(jù)本實用新型的具有高電壓保護與警示的多功能指針電表的一實施例在執(zhí)行待測物上的電流量測時，請參考圖3，待測信號由第二輸入端INPUT2輸入。R4為保護IC用的電阻，與R4連接的節(jié)點n6為偵測端，亦為執(zhí)行待電流量測時的相應輸入節(jié)點。待測的電流信號流經(jīng)保險絲Fl與電阻Rtl，此電流并在Rtl上轉(zhuǎn)換成一個電壓信號，此電壓通過節(jié)點n6傳送至電子開關800，再通過電子開關800將此電位傳送至模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器600，可轉(zhuǎn)換得到此電壓的數(shù)值。此數(shù)值傳送到控制器700，控制器700將電壓數(shù)值除以Rtl的大小可以換算出待測電流的數(shù)值，然后再將此數(shù)值傳送到數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器1130轉(zhuǎn)換為指針電流后，再驅(qū)動指針950轉(zhuǎn)動。
[0091]以上為依據(jù)本實用新型的一較佳實施例的電表用于測量電流的運作方式，而在其如何偵測出待測物是否具有超過本電表被選定要進行測量的模式所預設要處理的極限電壓值時，其運作原理如下所述:在此模式下，控制器700會驅(qū)使比較電路1000中的開關做切換，此時比較電路1000中的比較器將偵測n6節(jié)點，亦即，相應此量測模式的電壓輸入節(jié)點n6上的電位是否異常，例如高于比較電路1000中的比較器的比較基準電位(+1.5V)或低于比較電路1000中的比較器的比較基準電位(-1.5V)時，換言之，相應輸入節(jié)點n6上的電位絕對值大于預設值1.5V時(前述預設值即為比較電路1000中的比較器的比較基準電位的絕對值)，則視為異常，這種狀況發(fā)生時，若不是有異常大的電流，就是用戶在電流測量模式(檔次)下誤用，拿去量電壓所致，此時HV信號變?yōu)镠igh，控制器700會依據(jù)比較電路1000的輸出信號為高邏輯準位而啟動警示裝置1100。
[0092]以上所述實施例僅是為充分說明本實用新型而所舉的較佳的實施例，本實用新型的保護范圍不限于此。本技術領域的技術人員在本實用新型基礎上所作的等同替代或變換，均在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。本實用新型的保護范圍以權利要求書為準。
【主權項】
1.一種具有高電壓保護與警示的多功能指針電表，在該具有高電壓保護與警示的多功能指針電表的多個輸入端的其中之一電性耦合到一待測物時，若該待測物的一電位的絕對值超過一預設極限值的絕對值時產(chǎn)生警示，其特征在于，包括: 一指針電路，以相應的一轉(zhuǎn)盤開關將該待測物上的電性通過該輸入端耦合饋入，通過一電子開關與一分壓器分壓取得一相應輸入電位，饋入一模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器處理后，經(jīng)由一控制器計算得出一數(shù)值，該控制器再依據(jù)該數(shù)值控制一數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為一指針電流，并轉(zhuǎn)動一指針，該控制器預設一最大指針電流，當數(shù)值轉(zhuǎn)換的該指針電流大于該最大指針電流時，輸出該最大指針電流;以及 一比較電路，比較該相應輸入電位的絕對值與該預設極限值的絕對值，在該相應輸入電位的絕對值比該預設極限值的絕對值大時，產(chǎn)生一高壓提示信號；以及 一警示裝置，該控制器接收到該高壓提示信號時啟動該警示裝置。2.根據(jù)權利要求1所述的具有高電壓保護與警示的多功能指針電表，其特征在于，其中該比較電路包含: 至少一比較器，電性耦合到該電子開關以取得該相應輸入電位，據(jù)以和該預設極限值的絕對值比較；以及 一邏輯閘，電性耦合到該比較器的輸出端而產(chǎn)生該高壓提示信號，產(chǎn)生該高壓提示信號。3.根據(jù)權利要求2所述的具有高電壓保護與警示的多功能指針電表，其特征在于，其中該比較器至少包含一窗型比較器，該窗型比較器的兩個輸出端至少有一個呈現(xiàn)一高邏輯準位。4.根據(jù)權利要求2所述的具有高電壓保護與警示的多功能指針電表，其特征在于，其中該邏輯閘為一邏輯或門，接受該比較器的輸出，并在該相應輸入電位的絕對值大于該預設極限值的絕對值時，使得該比較器的輸出至少有一高邏輯準位，并輸出該高邏輯準位的該高壓提示信號。5.根據(jù)權利要求1所述的具有高電壓保護與警示的多功能指針電表，其特征在于，其中該多功能指針電表還包括: 一保護電路、一信號源電路以及一頻率運算電路，該信號源電路于該轉(zhuǎn)盤開關的檔次為一電阻量測檔次或一電容量測檔次時，產(chǎn)生一電流源，以通過該保護電路而對應地產(chǎn)生該相應輸入電位;該電子開關、該信號源電路、該比較電路、該數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器、該模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器、該控制器以及該頻率運算電路以集成電路的型式制作而成。6.根據(jù)權利要求1所述的具有高電壓保護與警示的多功能指針電表，其特征在于，其中該警示裝置為一 LED或一蜂鳴器。7.—種具有高電壓保護與警示的多功能指針電表，該具有高電壓保護與警示的多功能指針電表的多個輸入端的其中之一電性耦合到一待測物時，若該待測物的一電位的絕對值超過一預設極限值的絕對值時產(chǎn)生警示，其特征在于，包括: 一指針電路，以相應的一轉(zhuǎn)盤開關將該待測物上的電性通過該輸入端耦合饋入，通過一電子開關與一分壓器分壓取得一相應輸入電位，饋入一模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器處理后，經(jīng)由一控制器計算得出一數(shù)值，該控制器再依據(jù)該數(shù)值控制一數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為一指針電流，并轉(zhuǎn)動一指針，該控制器預設一最大指針電流，當數(shù)值轉(zhuǎn)換的該指針電流大于該最大指針電流時，輸出該最大指針電流;以及 一比較電路，用于將該相應輸入電位的絕對值與該預設極限值的絕對值比較，在該相應輸入電位的絕對值比該預設極限值的絕對值大時，產(chǎn)生一高壓提示信號，該比較電路至少還包括一窗型比較器，該窗型比較器的兩個輸出端中至少有一個產(chǎn)生該高壓提示信號；以及 一警示裝置，該控制器接收到該高壓提示信號時啟動該警示裝置。8.根據(jù)權利要求7所述的具有高電壓保護與警示的多功能指針電表，其特征在于，其中所述多功能指針電表還包括: 一保護電路、一信號源電路以及一頻率運算電路，該信號源電路于該轉(zhuǎn)盤開關的檔次為一電阻量測檔次或一電容量測檔次時，產(chǎn)生一電流源，以通過該保護電路而對應地產(chǎn)生該相應輸入電位;該電子開關、該信號源電路、該比較電路、該數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器、該模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器、該控制器以及該頻率運算電路以集成電路的型式制作而成。9.根據(jù)權利要求7所述的具有高電壓保護與警示的多功能指針電表，其特征在于，其中該警示裝置為一 LED或一蜂鳴器。10.根據(jù)權利要求7所述的具有高電壓保護與警示的多功能指針電表，其特征在于，其中該高壓提示信號為高邏輯準位或高電壓準位的高壓提示信號。
【文檔編號】G01R15/12GK205506897SQ201620024504
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年1月12日
【發(fā)明人】黎俊良
【申請人】承永資訊科技股份有限公司