專利名稱:測電筆的制作方法
本發(fā)明是一種測電工具，特別是一種既能接觸測電又能感應測電的測電筆。
原來的測電筆有多種多樣的實用形式，目前使用最廣泛的是接觸式測電筆，如市場上常見的505型測電筆，111型筆型測電鑿等低壓測電筆就是屬于這種類型，其結構特點是由塑料制成鑿桿或筆桿，頭部用金屬制成，配以鑿帽或筆尖，內裝電阻、氖氣管和彈簧，尾部設有手觸電極并依次電氣相連。這種類型的測電筆，通過金屬觸頭接觸被測導體，尾部與人體接觸，同時觀察氖氣管是否發(fā)光來測試導體是否帶電，這種類型的測電筆只能通過接觸來檢測低壓帶電體。原來的接觸式測電筆中還有一種能識別安危電壓的試電筆，如中文書籍《你想得到專利嗎-專利工作便覽》(南開大學出版社1985年6月出版)第128頁介紹的名稱為“識別安危電壓的試電筆”的申請文件參考樣本中所描述的識別安危電壓的試電筆。這種試電筆是在如前面所述的由測試觸頭、金屬彈簧、限流電阻、氖氣管和手觸電極串聯(lián)而成的接觸式測電筆的基礎上增加一個一端與測電觸頭連接的分流電阻，其分流電阻的另一端連接一個人體可接觸的識別電極所構成，在作測電使用時，方法與前述接觸式測電筆相同，作安危電識別時是在人體接觸手觸電極的同時，用手接觸識別電極，使分流電阻接入測電回路中，如果被測金屬體是帶不危險的高電勢時，該電勢源的內阻很大，分流電阻的接入降低了被測金屬體的帶電電位，使氖氣管熄滅。如果被測金屬體是帶有危險的觸電電壓，那么由于其內阻小，分流電阻的接入不會降低被測金屬體的帶電電位，氖氣管保持起輝，于是就達到了區(qū)分安危電壓的目的。該試電筆雖然能識別安危電壓，但不能進行感應測電，因而實用范圍仍受到一定局限。原來的測電筆還有既能作接觸測電，又能作感應測電的測電筆，如中國專利GG85202961“能隔著絕緣層測定導體帶電情況的試電筆”，該測電筆由外殼、金屬螺絲刀頭、氖氣管、放大器組合件、電池、手觸電極、開關等構成，測電筆的電氣元件均電氣連通，放大器組合件由具有高輸入阻抗場效應晶體管及電阻、三極管和顯示元件等構成，當接通電源時如果輸入端的電壓足夠高時，場效應管處于夾斷狀態(tài)，三極管導通，顯示元件指示被測導體帶電，從而完成感應測電。當斷開試電筆電源時，由于放大器組合件阻抗很大，相當于普通試電筆的限流電阻，即可以進行接觸測電。但是這種試電筆，對感應式測電的測電靈敏度不能隨意控制，使測電工作受測電距離和測電環(huán)境的局限，也不能辨別所測電壓是對人體有危害的觸電電壓，還是對人體沒有危害的感生電勢。
本發(fā)明的目的是提供一種既能感應測電且能較為方便地控制感應測電靈敏度，又能接觸測電，還能辨別導體所帶的電壓對人體是否有危害的測電筆。本發(fā)明的另一個目的是提供一種可達到上述目的測電電極的結構。
本發(fā)明的測電筆(附圖1-7)由測電電極〔1〕，空間電場信號檢測，處理及顯示控制電子線路〔2〕，顯示器件〔3〕，電池〔4〕和外殼〔13〕等組成。本發(fā)明的特點是測電電極〔1〕由與空間電場信號檢測、處理及顯示控制電子線路〔2〕電氣相連的感應電極〔7〕和與感應電極〔7〕相互絕緣的并且與感應電極〔7〕最近端的距離小于30毫米的金屬制成的接觸/感應電極〔5〕以及與上述感應電極〔7〕和接觸/感應電極〔5〕相互絕緣的并且與該兩電極最近端的距離都小于30毫米的感應/控制電極〔6〕等組成。上述接觸/感應電極〔5〕可以由金屬探測觸頭〔8〕和其一端與之電氣連接的其阻值大于2兆歐的電阻器〔10〕、與電阻器〔10〕另一端電氣連接的辨別手觸電極〔11〕組成。如果不設置辨別手觸電極〔11〕時，則不使用電阻器〔10〕，上述接觸/感應電極〔5〕即是金屬探測觸頭〔8〕。上述感應/控制電極〔6〕可以由感應/控制電極罩〔9〕和控制手觸電極〔12〕組成。當不設置控制手觸電極〔12〕時則上述感應/控制電極〔6〕可由靠近相應于接觸/感應電極〔5〕，感應電極(7〕位置的測電筆外殼〔13〕的外周面的適當部位的人體手指〔S〕來形成。
本發(fā)明的測電筆的空間電場信號檢測、處理及顯示控制電子線路〔2〕可由半導體元件及其它電子元件組成，也可由集成電路及少數外圍元件組成，其輸入端一般都是由具有高輸入阻抗的半導體器件，如CMOS集成電路或場效應晶體管等組成，顯示器件〔3〕可采用發(fā)光二極管、壓電陶瓷片或其它發(fā)聲、發(fā)光器件組成。電池〔4〕可根據外殼〔13〕的情況選用型號為XG-45或G-16或XY-07Ⅱ等的微型電池或其它微型、小型電池，外殼〔13〕可選用市售低壓測電筆或筆形測電鑿改制，也可另行設計塑料外殼。
使用本發(fā)明的測電筆進行感應測電工作時，接通由電池〔4〕等組成的供電回路后，用手握住外殼〔13〕的尾部，其手指不觸及辨別手觸電極〔11〕和控制手觸電極〔12〕，這時接觸/感應電極〔5〕，感應/控制電極〔6〕和感應電極〔7〕均處于感應測電的工作狀態(tài)，它們一起組成的測電電極〔1〕也處于感應測電工作狀態(tài)，當測電電極〔1〕感應到空間電場時，可在感應電極〔7〕上形成微弱的信號電壓，這個微弱的信號電壓輸送到空間電場信號檢測、處理及顯示控制電子線路〔2〕中，經過空間電場信號檢測、處理及顯示控制電子線路〔2〕識別處理后，由發(fā)光二極管或發(fā)光二極管與壓電陶瓷片等構成的顯示器件作光顯示或光、聲顯示。
本發(fā)明的測電筆的靈敏度的調節(jié)，是這樣來完成的，在上述測電過程中需要對感應測電靈敏度進行調節(jié)時，用手指在絕緣外殼〔13〕外面，控制手觸電極〔12〕與后蓋〔14〕之間作相對位置變化來達到，如當手指〔S〕從外殼〔13〕的尾部向感應/控制電極〔6〕的方向移動時，手指〔S〕將屏蔽一部分雜散的空間電場，這時測電電極〔1〕的感應靈敏度逐漸降低。
使用本發(fā)明的測電筆進行接觸測電，除上述操作手法外，還需用手指〔S〕接觸到感應/控制電極〔6〕的控制手觸電極〔12〕，這時感應/控制電極〔6〕成為一個屏蔽電極，而使測電電極〔1〕的靈敏度進一步降低，通過設計和在生產過程中調節(jié)并確定好接觸/感應電極〔5〕，感應控制電極〔6〕和感應電極〔7〕三者相互的位置，就可使測電電極〔1〕的測電靈敏度達到接觸測電的需要。在作接觸測電時，接觸/感應電極〔5〕的金屬探測觸頭〔8〕接觸到帶電導體后，在接觸/感應電極〔5〕的靠近感應電極〔7〕的一端也產生了空間電場，感應電極〔7〕感應到這個空間電場后形成了微弱的信號電壓，由于感應控制電極〔6〕屏蔽了大部分由其它方向的非被測帶電導體所產生的雜散的空間電場，所以這些雜散的空間電場對信號電壓的影響不大，這個信號電壓經空間電場信號檢測，處理及顯示控制電子線路〔2〕識別處理后，控制顯示器件工作。
使用本發(fā)明的測電筆辨別安危電是在上述操作手法中，手指繼續(xù)保持接觸控制手觸電極〔12〕，同時還需接觸辨別手觸電極〔11〕，這時，便將電阻器〔10〕接入測電回路中，對金屬探測觸頭〔8〕所接觸的帶電導體的電壓進行分流，若帶電導體所帶的是對人體無害的感生電勢時，則該電勢的內阻很大，這時分流電阻的接入使該電勢大部分降落在電勢源的內阻上，從而使帶電導體的電位大大降低，這時感應電極〔7〕上感應不到能使空間電場信號檢測、處理及顯示控制電子線路〔2〕工作的信號電壓，從而顯示器件〔3〕不作顯示。若帶電導體所帶的是對人體有危險的觸電電壓時，則該電壓源的內阻就很小，這時分流電阻的接入不能降低其電壓，從而感應電極〔7〕上仍能感應到足夠的空間電場而形成能使空間電場信號檢測、處理及顯示控制電子線路〔2〕工作的信號電壓，并控制顯示器件〔3〕作出顯示，表示被測的帶電導體所帶的是對人體有危險的觸電電壓。
綜上所述，本發(fā)明的測電筆從測電原理上來看應屬于感應測電的類型由于巧妙地利用了感應與屏蔽的相互關系而設計了一種既能感應，又能接觸測電的測電電極〔1〕而達到了本發(fā)明的目的，而本發(fā)明的測電電極〔1〕實際上是由相互絕緣的分段感應電極構成，其中感應/控制電極〔6〕既是其分段感應電極之一，又能利用人體的作用使之作為屏蔽控制電極，而達到調節(jié)和控制測電靈敏度的目的。其中接觸/感應電極〔5〕既是其分段感應電極之一，又能作為接觸測電電極，作接觸測電時，接觸/感應電極〔5〕的一端與被測帶電導體接觸而將電壓導入測電筆外殼〔13〕內，并在另一端產生了空間電場信號，這個空間電場信號由感應電極〔7〕通過感應接收到后送到空間電場信號檢測、處理及顯示控制電子線路〔2〕，經其處理后控制顯示器件工作，從而顯示出測電的結果。
本發(fā)明的測電筆有如下優(yōu)點1.可以感應測電，這對于檢測被絕緣復蓋的導體是否帶電是很有用的，并且可在距電力部門規(guī)定的安全距離以外對沒有屏蔽的高壓帶電體進行快速驗電。作為檢修供電電網的斷路故障、作為檢修電視機的高壓部分，檢修電熱墊的斷線故障等都是很方便的。
2.可以作接觸測電，而成為電氣工作人員及家庭安全用電的常備工具。
3.可以辨別被測帶電導體所帶電壓是對人體有危險的觸電電壓，還是對人體沒有危險的感生電勢。
4.作感應測電時可用手指在絕緣外殼上進行小范圍移動而控制感應測電的靈敏度。以適應在距帶電導體不同的距離范圍內或帶電導體在不同環(huán)境中(如靠近建筑物的墻壁或其它屏蔽體旁邊)對測電筆靈敏度的不同要求。
5.可以探測靜電電場。
6.做上述所有的操作及控制，只需要使用人移動手指在外殼上的位置便能準確可靠的完成，使用非常方便。
7.體積小巧、可將測電筆的外形尺寸設計成相當于目前市售的111型筆形測電鑿。
8.結構簡單、成本較為低廉。如，可以在前述原有的感應測電筆的基礎上，增加幾分錢的成本就能制成本發(fā)明的測電筆。如果制成本發(fā)明的實施例3(圖6)那樣的測電筆，其生產成本可以與目前普通市售的接觸式低壓測電筆相差無幾。
下面，再用實施例，并對照附圖對本發(fā)明的測電筆作進一步說明。
附圖的簡單說明如下圖1是本發(fā)明的方框圖。虛線方框內是測電電極〔1〕。
圖2是本發(fā)明的能檢測交流電及靜電電場的測電筆的電路原理圖，虛線方框內是測電電極〔1〕，點劃線方框內是空間電場信號檢測、處理及顯示控制電子線路〔2〕，圖中E+201是電池正極供電端。
圖3是圖2的結構示意圖。
圖4是帶發(fā)聲、發(fā)光顯示的測電筆的結構示意圖。圖中20是連接環(huán)，24是絕緣導管。
圖5是圖4的電路原理圖。圖中E+301是電池正極供電端。
圖6是由場效應管等組成的測電筆的電路原理圖。
圖7是由一個CMoS非門等構成的測電筆的電路原理圖。
實施例1(圖1-3)本實施例是一種能檢測交流電和靜電電場的測電筆，該測電筆由測電電極1.空間電場信號檢測、處理及顯示控制電子線路2.顯示器件3.電池部分4及外殼13等組成，結構方面的情況是這樣的在透明塑料制成筆形的絕緣外殼13的前端，嵌有金屬制成的伸出外殼外的金屬探測觸頭8，在外殼13內的該金屬探測觸頭8的一端接有電阻器10，電阻器10的另一端接在嵌入外殼13并有一部分露出外殼13的、由金屬制成的園環(huán)形的辨別手觸電極11上，上述金屬探測觸頭8，電阻器10、辨別手觸電極11構成接觸/感應電極5，在電阻器10的下方相距4-10毫米處的外殼13內設置有一金屬制成的圓筒形的感應/控制電極罩9，感應/控制電極罩9與嵌入外殼的并且相距辨別手觸電極11下方約2-15毫米處的控制手觸電極12相連。上述感應/控制電極罩9、控制手觸電極12構成感應/控制電極6，從而使其接觸/感應電極5與感應/控制電極6相互絕緣，且最近端距離小于30毫米。在感應/控制電極罩9的大致中心軸線位置設有金屬制成的呈園柱狀或圓筒形的感應電極7，感應電極7的上端指向金屬探測觸頭8，但并不與金屬探測觸頭8及感應/控制電極罩9接觸，感應/控制電極6分別與接觸/感應電極5、感應電極7相互絕緣且最近端的距離都小于30毫米，感應電極7的下端聯(lián)接到空間電場信號檢測、處理及顯示控制電子線路2的輸入端，該空間電場信號檢測、處理及顯示控制電子線路2安裝在外殼內的中下部，在外殼13內感應/控制電極罩9與空間電場信號檢測、處理及顯示控制電子線路2的組裝件之間安裝有兩個不同顏色的發(fā)光二極管3，在外殼13下端固設有與空間電場信號檢測、處理及顯示控制電子線路2的組裝件的一極點電氣相連的并與電池4接觸的電池極板16，呈筆尾形的后蓋14可轉動的與外殼13下端螺旋(或鎖凸)相連，在后蓋14的尾部設置有其一端伸入后蓋14的金屬筆掛18，在該筆掛18的伸入端固設有與之電氣相連的金屬螺旋彈簧15和彈簧片19，電池4夾裝在電池極板16和彈簧15之間，金屬筆掛18的另一端伸出后蓋14并指向設置在外殼13下部的并外露的導電片17，該導電片17與空間電場信號檢測、處理及顯示控制電子線路2的另一極點電氣相連，當后蓋14與外殼13作相對轉動時，可使金屬筆掛18的端部的指向外殼13方向的凸起部與導電片17接觸或脫離即形成電源開關，從而使電池4與空間電場信號檢測、處理及顯示控制電子線路2接通或斷開。進行測電時的工作情況如下當接通電池供電回路后，用手握住外殼13的下方部位，這時接觸/感應電極5，感應/控制電路6和感應電極7均處于感應測電工作狀態(tài)，當在這個測電筆周圍存在有被測帶電導體產生的空間電場時，就能在感應電極7上形成一個微弱的信號電壓，這個信號電壓經電阻器R201送入CMOS電路JC201，在CMOS電路JC201的輸出端送出一個較強的信號電壓，這個信號電壓中的交流成份經過電容器C201、C202晶體二極管D201、D202等組成的倍壓整流電路后，在CMOS電路JC203的輸入端形成一個較高的直流電壓，這時CMOS電路JC203翻轉、輸出端呈低電平而使紅色發(fā)光二極管LT202導通發(fā)光，顯示被測導體帶交流電。同時CMOS電路JC201輸出端的信號電壓中的直流成份經電阻器R202、穩(wěn)壓二極管DW201送入CMOS電路JC202，使CMOS電路JC202的輸出端呈低電平而使綠色發(fā)光二極管LT201導通發(fā)光，當測電電極1只測到靜電場時僅只綠色發(fā)光二極管LT201發(fā)光，顯示測電器已測到靜電場。電容器C203是作為交流旁路電容，穩(wěn)壓二極管DW201起到電壓延遲的作用，電阻器R203是泄放電阻。當握持外殼13下方部位的手指向感應/控制電極6的方向逐漸移動時，手指就不同程度地屏蔽掉一部分雜散的空間電場，從而可以控制測電靈敏度，而且當人體手指接觸到控制手觸電極12時，則感應/控制電極6屏蔽掉大部分雜散的空間電場，這時將金屬探測觸頭8與被測帶電導體接觸，則其下方產生空間電場，這個空間電場在感應電極7上形成信號電壓并送入空間電場信號檢測、處理及顯示控制電子線路2，經過空間電場信號檢測、處理及顯示控制電子線路2進行如前所述的識別處理后由發(fā)光二極管發(fā)光進行顯示。本測電筆通過在設計和生產過程中調節(jié)并確定好金屬探測觸頭8，感應/控制電極罩9及感應電極7等相互之間的相對距離及位置可使測電電極達到適應接觸測電所需要的靈敏度。在保持人體手指接觸控制手觸電極12的同時手指再稍向前端移動，即可接觸到辨別手觸電極11，這時即將電阻器10接入測電回路中，若金屬探測頭8所觸及的是感生電勢時，則顯示器件3無發(fā)光顯示動作，表示測得的是對人體沒有危險的感生電勢，若金屬探測頭8所觸及是于人體有危險的觸電電壓時，顯示器件3發(fā)光顯示，表示被測電壓是于人體有危險的觸電電壓。若顯示器件3采用變色發(fā)光二極管，可在JC202JC203各自的輸出端增加一個反向器并按該變色發(fā)光二極管導通極性的需要聯(lián)接即可。
實施例2(圖4-5)本實施例是具有發(fā)聲，發(fā)光顯示的測電筆，其工作原理與實施例1相似，不同的地方主要有兩點，一是電路部分增加有由CMOS電路JC503、JC504和微型壓電陶瓷片T501和電阻器R504等組成發(fā)聲報訊部分并同發(fā)光二極管LT501等組成顯示器件3。二是外殼13的結構方面有些變化，外殼13下部設置有放音孔23，外殼13內部設有壓電陶瓷片21的固定壓板22等。使用方法也基本相似。本實施例的測電筆在檢測到交流電時聲、光同時報訊，在檢測到靜電場時，僅由發(fā)光二極管LT501作發(fā)光顯示。
實施例3(圖6)本實施例是由場效應晶體管組成的測電筆，其測電方法與實施例1，實施例2相似，不同之處在于測電電極1中沒有設置安危電辨別部分，因而接觸/感應電極5是金屬探測觸頭8，其電子線路部分由場效應晶體管BG601電阻器R601等構成。當本測電筆沒有檢測到交流電或靜電場時場效應管的輸出端呈低電平，發(fā)光二極管LT601不發(fā)光，當本測電筆檢測到交流電或靜電場時場效應晶體管BG601的輸出端呈高電平狀態(tài)，發(fā)光二極管LT601發(fā)光。圖中E601是電池，AN601是電源開關。
實施例3(圖7)本實施例是由一個CMOS非門組成的測電筆，其感應測電電極1由金屬探測觸頭8和感應電極7組成，而僅由手指在絕緣外殼上的位置變化來控制測電靈敏度，當調節(jié)金屬探測觸頭8與感應電極7至適當距離及位置后，并且手指握在外殼上的位置在感應電極7的附近時，就可使測電靈敏度達到接觸測電的需要，當手指遠離由金屬探測觸頭8和感應電極7組成的測電電極時，就可以進行感應測電?？臻g電場信號檢測、處理及顯示控制電子線路2由電阻器R701和發(fā)電二極管LT701等組成，并由CMOS電路JC701輸出狀態(tài)的改變控制發(fā)光二極管LT701作出顯示。圖中S表示使用人員的手指。
權利要求
1.測電筆由測電電極[1]，空間電場信號檢測、處理及顯示控制電子線路[2]，顯示器件[3]，電池[4]和外殼[13]等組成，其特征在于所述測電電極[1]由與空間電場信號檢測、處理及顯示控制電子線路[2]電氣相連的感應電極[7]，和與感應電極[7]相互絕緣的并且與感應電極[7]最近端的距離小于30毫米的金屬制成的接觸感應電極[5]，以及與上述感應電極[7]和接觸感應電極[5]相互絕緣的并且與該兩電極最近端的距離都小于30毫米的感應/控制電極[6]等組成。
2.根據權利要求
1的測電筆，其特征在于所述接觸/感應電極〔5〕依次由金屬探測觸頭〔8〕，一端與金屬探測觸頭〔8〕電氣相連的其阻值大于2兆歐的電阻器〔10〕和與電阻器〔10〕另一端電氣相連的辨別手觸電極〔11〕等組成。
3.根據權利要求
1或2的測電筆，其特征在于所述接觸/感應電極〔5〕是金屬探測觸頭〔8〕。
4.根據權利要求
1的測電筆，其特征在于所述感應/控制電極〔6〕由感應/控制電極罩〔9〕和與之電氣相連的控制手觸電極〔12〕組成。
5.根據權利要求
1或4的測電筆，其特征在于所述感應/控制電極〔6〕由靠近相應于接觸/感應電極〔5〕，感應電極〔7〕位置的測電筆外殼〔13〕的外周面的適當部位的人體手指〔S〕來形成。
專利摘要
本發(fā)明的測電筆是一種測電工具，由測電電極、電子線路、顯示器件、電池及外殼等組成，其測電電極依次由相互絕緣的接觸/感應電極、感應/控制電極和感應電極等構成。本發(fā)明的測電筆可測交流電、靜電場，可接觸測電、也可感應測電，可調節(jié)測電靈敏度，還可以辨別被測電壓是否安全等。上述各種操作只需要使用者的手指在外殼上移動便能準確可靠地完成。其測電電極結構非常簡單，成本低廉。
文檔編號G01R19/145GK86106781SQ86106781
公開日1988年4月6日 申請日期1986年9月26日
發(fā)明者劉漢森 申請人:劉漢森導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan