TWM517823U - 具有高電壓保護與警示的多功能指針電表 - Google Patents

Description

具有高電壓保護與警示的多功能指針電表

本新型係關於一種電表，特別是一種具有高電壓保護與警示的多功能指針電表。

指針電表是一種傳統的量測工具。近年來，由於數位萬用表(Digital multimeter)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的幅度來判定待測物的大小，因此指針電表仍然佔有一定的市場。相較於數位萬用表，指針電表主要的缺點有二：第一，高電壓防護力不足：數位萬用表在各種量測模式與檔位，皆可承受數百伏特的高電壓，而指針電表在量測高電壓時，若選錯模式或檔位，稍一不慎，輕則電表內部的保險絲熔斷，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，數位電表當中的其他功能包括AC電流、電容、頻率等功能皆無法提供，而數位萬用表則可透過內部的積體電路(IC)中的類比/數位轉換器(ADC)與頻率運算電路執行各種量測功能。

指針電表對高電壓的防護力較差的原因，可舉第1圖的DC電壓電路組態來做說明。指針電表在執行電壓量測時，是將待測訊號透過 輸入端(Input 1)與指針表頭之間的電阻，轉換成電流來驅動指針使其偏轉，在越低的檔位，該電阻必須越小，如此方能使低電壓訊號產生足夠的電流來驅使指針偏轉。在第1圖中，以0.25V這個檔位為例，輸入端(Input 1)至表頭間的電阻僅5KΩ(3KΩ+2KΩ)，若以此檔位量測數百伏特的待測訊號，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，若使用者要量測高電壓，卻將量測模式切換至低電阻檔，此時亦有可能造成表頭損毀或電表內部電阻燒毀。

而反觀數位萬用表，以電壓檔量測為例，輸入端通常會以10MΩ的大電阻做保護，電壓量程的各個檔位再透過10MΩ與電子開關與分壓電阻做分壓；而執行電阻或電容量測時，訊號源會透過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。

指針電表的功能雖然較少，對於一個對電性知識不是很廣泛熟悉的使用者而言，或是對於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後，臨時有其他事務而將電表持續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或建築物電源，此狀況所導致的，輕則造成儀錶燒毀，重則造成建築物或廠區的電源之電壓瞬間下降，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(voltage source)，而使用者並不知道，基 於錯誤認知或是錯誤操作，而將電表切換至直流電壓的測量檔位，以對此訊號源進行量測。此時測量到的可能是一個趨近於零的數值。若此，則不僅量測的值是錯誤的(誤以為是一個趨近於零的直流電壓)，也會讓使用者誤以為該待測物沒有電壓(或電壓趨近於零)，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之危險，甚至危及人身安全。

又例如，在電表中，量測電流的輸入端通常亦為低阻抗，若使用者在量測電壓時，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。

因此，如何對於此類未知電性的測量對象，在指針電表內提供警示功能，當偵測到異於其檔位所要測量的值之電壓時，就可以立即對使用者發出警示，以提升使用者進行量測時的安全性，而此也有助益於延長電表的使用壽命；此外，如何讓指針電表也具備數位電表的多種不同功能(如量測AC電流、電容、頻率等功能)，成為指針電表開發的新方向。

本新型運用數位電表的技術，來轉用至指針電表，進而賦予指針電表多種數位電表所擁有的功能，以及具有對高電壓的防護能力。

依據本新型的一較佳實施例之具有高電壓保護與警示的多功能指針電表，在使用者以多功能指針電表的多個輸入端其中之一電性耦合到一待測物時，若待測物的電位之絕對值超過預設極限值的絕對值時致能(Enable)警示裝置，提醒該使用者注意，包含下列：指針電表、比較電路與警示裝置。其中，指針電表係用於依據使用者選擇的量測模式，以相應 的轉盤開關將待測物上的電性透過輸入端耦合饋入，透過電子開關與分壓器分壓取得相應輸入電位，饋入數位/類比轉換器處理後，經由控制器計算得出數值，控制器再依據數值控制類比/數位轉換器轉換為一指針電流，並轉動一指針，控制器並預設一最大指針電流，當數值轉換之指針電流大於最大指針電流時，輸出最大指針電流。比較電路係用於將相應輸入電位之絕對值與預設極限值的絕對值比較，在相應輸入電位之絕對值比預設極限值的絕對值大時，產生高壓提示訊號，預設極限值之絕對值係為比類比/數位轉換器的滿刻度(Full Scale)電壓值的絕對值還大的值。警示裝置於控制器接收到高壓提示訊號時致能(Enable)，提醒使用者注意。

依據本新型的一較佳實施例之具有高電壓保護與警示的多功能指針電表，在使用者以多功能指針電表的多個輸入端其中之電性耦合到待測物時，若待測物的電位之絕對值超過預設極限值的絕對值時產生警示，提醒該使用者注意，包含：指針電表、比較電路與警示裝置。其中，指針電表係用於依據使用者選擇的量測模式，以相應的轉盤開關將待測物上的電性透過輸入端耦合饋入，透過電子開關與分壓器分壓取得相應輸入電位，饋入類比/數位轉換器處理後，經由控制器計算得出數值，控制器再依據數值控制數位/類比轉換器轉換為指針電流，並轉動一指針，控制器並預設最大指針電流，當數值轉換之指針電流大於最大指針電流時，輸出最大指針電流。比較電路，係用於將相應輸入電位之絕對值與預設極限值的絕對值比較，在相應輸入電位之絕對值比預設極限值的絕對值大時，產生一高壓提示訊號，預設極限值之絕對值係為比類比/數位轉換器的滿刻度(Full Scale)電壓值的絕對值還大的值，比較電路至少包含窗型比較器，以預 設極限值之正值作為上臨界電壓，以預設極限值之負值作為下臨界電壓，當相應輸入電位大於上臨界電壓或小於下臨界電壓時，即為相應輸入電位之絕對值大於預設極限值之絕對值，窗型比較器的兩個輸出端至少有一個會產生該高壓提示訊號。警示裝置在控制器接收到高壓提示訊號時致能(Enable)，提醒使用者注意。

為讓本新型之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉數個較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下(實施方式)。

INPUT1~INPUT2‧‧‧第一~第二輸入端

COM‧‧‧接地端

Rd1~Rd4‧‧‧分壓電阻

Rt1‧‧‧電壓轉換電阻

n1~n9‧‧‧節點

R1~R4‧‧‧保護電路之電阻

D1,D2‧‧‧電壓轉換電路之電阻

SW1~SW7‧‧‧開關

CMP1‧‧‧第一比較器

CMP2‧‧‧第二比較器

PMOS1‧‧‧P型金氧半場效電晶體

OP1‧‧‧第一運算放大器

Rs1‧‧‧源極電阻

HV‧‧‧高壓提示訊號

R*‧‧‧電阻

C*‧‧‧電容

F1 F2‧‧‧保險絲

100‧‧‧轉盤開關

200‧‧‧輸入端

300‧‧‧保護電路

400‧‧‧分壓器

500‧‧‧電壓轉換電路

600‧‧‧類比/數位轉換器

700‧‧‧控制器

800‧‧‧電子開關

900‧‧‧訊號源電路

950‧‧‧指針

1000‧‧‧比較電路

1100‧‧‧警示裝置

1105‧‧‧LED

1107‧‧‧蜂鳴器

1150‧‧‧積體電路

1120‧‧‧頻率運算電路

1130‧‧‧數位/類比轉換器

第1圖係習知技術的DC電壓電路組態圖；第2圖係依據本新型之具有高電壓保護與警示的多功能指針電表之功能方塊圖；第3圖係依據本新型之具有高電壓保護與警示的多功能指針電表之一實施例，其中顯示部分電路位階之電路結構圖；第4A圖係依據本新型之具有高電壓保護與警示的多功能指針電表之一實施例在執行電壓量測時，執行訊號分壓與偵測分壓點電位之實施例；第4B圖係依據本新型之具有高電壓保護與警示的多功能指針電表之一實施例在執行電壓量測時，執行訊號分壓與偵測分壓點電位之又一實施例；第5A圖係依據本新型之具有高電壓保護與警示的多功能指針電表之一實施例在執行電阻量測時，偵測待測物電位之實施例；以及第5B圖係依據本新型之具有高電壓保護與警示的多功能指針電表之一 實施例在執行電容量測時，偵測待測物電位之實施例。

在此，本新型將參照後續的特定實施例加以詳細說明，而這些實施例只是用來解說本新型，反之，本新型並不限於這些實施例的範圍之內。

由第2圖，在指針電表中，包含複數個輸入端(INPUT 1,INPUT 2)，使用者藉由切換轉盤開關100來選擇其所要執行的量測模式及檔位。切換轉盤開關100的過程中，會帶動指針電表內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。使用者選定的量測模式及檔位的資訊會傳送至控制器700，控制器700依據量程及檔位來控制電子開關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之電阻，如第3圖所示者。透過電子開關800，可使輸入類比/數位轉換器600的訊號能分壓至一個適當的電位，以利量測。類比/數位轉換器600將輸入的類比訊號轉換成量測數值送至控制器700。在DC電壓或DC電流模式，類比/數位轉換器600運算所得到的數值即為待測物的電壓值或電流值，控制器700將此數值傳送至數位/類比轉換器1130，數位/類比轉換器1130再依據數值的大小轉換成指針電流輸出至指針950，推動指針950偏轉。輸出電流的大小與該數值成正比。

在AC電壓或AC電流模式，類比/數位轉換器600將轉換得到的數值傳送至控制器700後，控制器700將多筆數值換算成RMS值，將其取平均之後，再傳送至數位/類比轉換器1130轉換成驅動指針950的指針電流。當量測電阻、電容等被動元件時，由於被動元件不會產生訊號，此時控制 器700會驅使訊號源電路900，透過電子開關800，送一個電流源至待測物產生電壓，以進行量測。在量測電阻時，是透過類比/數位轉換器600，求得待測物兩端之電壓差，控制器700將此電壓差除以電流源的大小，便可得到電阻值，此數值再傳送至數位/類比轉換器1130轉換成驅動指針950偏轉的電流。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生線性的變化，控制器700則根據此電壓對時間的變化關係，可換算出待測物之電容值，此數值再傳送至數位/類比轉換器1130轉換成驅動指針950的指針電流。在進行頻率量測時，頻率運算電路1120會擷取訊號週期，並計算其週期的數值，將週期值傳送至控制器700，控制器700將週期值換算成頻率值，此數值再傳送至數位/類比轉換器1130轉換成驅動指針950偏轉的電流。

在各種量測模式，控制器700傳送至數位/類比轉換器1130的數值會訂一個上限，即使輸入的訊號很大，傳送至數位/類比轉換器1130的數值最多就是到這個上限(最大指針電流)，由此限制驅動指針950的電流，便可以保護指針不被燒毀。

在量測的過程中，若比較電路1000偵測到輸入類比/數位轉換器600的電位異常偏大，則會送出HV訊號到控制器700，此時控制器700會驅使蜂鳴器1107鳴叫，並點亮LED1105，以警示使用者，進一步提升使用的安全性。

以下，將詳細說明本新型的各個方塊與執行步驟。

首先，第2圖為依據本新型的一較佳實施例運用在指針電表中之功能方塊圖，使用者以轉盤開關100選擇其認為要測量之待測物之電 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即透過轉盤開關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與電壓轉換器500，則是依據輸入端的電壓值，提供相應的輸入電壓到類比/數位轉換器600，然後傳輸到控制器700。相應輸入電壓取分壓之後，使其不超過類比/數位轉換器600滿刻度(full scale)電壓值，這樣才能讓供類比/數位轉換器600處理而產生一數值。透過訊號源900到保護電路300的sense端到電子開關800的是一些被動元件量測模式下的相應輸入電位，其被傳送到類比/數位轉換器600也可以提供其轉換成一數值。然後將前述數值經由數位/類比轉換器1130轉換為指針電流，再驅動指針950轉動，使用者即可讀取到指針950所對應的數值。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轉到底的方式提醒使用者。以上所述為依據本新型的一較佳實施例之電表用於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。

本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類比/數位轉換器600之滿刻度(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1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。當分壓點的電位之絕對值大於1.5伏特，則比較電路1000輸出訊號HV變成高電位，並且此高電位使得控制器700將警示裝置1100致能，以警告使用者，讓使用者知道此時 輸入端的電壓值已經超過此系統所能處理的極限。

而在本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。因為本新型的一較佳實施例的指針電表可以在接觸待測物之後極短的時間(不到一毫秒)內，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，並且讓指針950轉到底。所以依據本新型的較佳實施例之多功能指針電表，在使用上就不會有傳統指針電表的潛在危險性。在第2圖中，本新型的多功能指針電表係運用數位電表的技術加以運用至指針電表。而本新型的一較佳實施例即運用比較電路1000與警示裝置1100，以達成本新型所要做到的警示功能。

以下將用第3圖做進一步的描述，其中的電路圖所顯示的電路元件(如電阻器、電容器和二極體...等電路元件和裝置)及其連接方式只是用於解說本新型的一較佳實施例之用，本新型的施行方式並不限定於此圖所揭露者。

如第3圖中所示，(第一輸入端INPUT1/第二輸入端INPUT2/COM對應到第2圖的輸入端200，R1~R4/D1/D2/F1/F2對應到第2圖的保護電路300，其中F1與F2為保險絲，開關SW1~SW2對應到第2圖的轉盤開關100，Rd1~Rd4對應到第2圖的分壓器400，Rt1與Rt2對應到第2圖的電壓轉換器500。其中，電壓/頻率/電阻/電容則使用第一輸入端INPUT1做輸入，電流量測(A)使用輸入插孔第二輸入端INPUT2做輸入。

為節省電路的體積與成本，實現部分功能的電路可以用積體電路來構成，在本實施例中，這些電路可以包括：控制器700、類比/數位轉 換器600、電子開關800、訊號源電路900、比較電路1000、數位/類比轉換器1130與頻率運算電路1120，以上可以用同一個積體電路(IC)1150來製作，如第3圖中的虛線框所包含的元件。

請參考第3圖，當依據本新型之具有高電壓保護與警示的多功能指針電表之一實施例在執行待測物的電壓量測時，待測物上的待測訊號由第一輸入端INPUT1輸入，開關SW1、SW2皆為關閉(OFF)，電壓訊號經由電阻R1輸入。由於一般的電壓訊號大小容易超過類比/數位轉換器600可以處理的範圍，因此輸入訊號需要先做分壓。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，分壓後之電位須低於類比/數位轉換器600之滿刻度(full scale)，否則將超出可量測範圍，其轉換後之數值將會使指針950偏轉到底。

在電壓量測模式，控制器700會透過電子開關800，在分壓器400的分壓電阻Rd1-Rd4中選擇適當的分壓電阻連接至R1，以在n2節點產生適當之分壓電位，之後進一步透過電子開關800的切換，將n2節點之電位傳送至類比/數位轉換器600中，以轉換成數值。茲以本新型的一實施例中的部分電路圖顯示於第4A、4B圖中，對上述動作做進一步說明。當執行電壓量測時，控制器700會驅使電子開關800(包含開關SW3-SW7)中的一個，例如開關SW3導通(ON)，此時若要在節點n2取得原訊號1/10的分壓，控制器700會進一步驅使開關SW7導通，此時由於電阻比例的關係，n2節點之電位變為輸入訊號的1/10。

以上述量測電壓的例子而言，一般運作的方式如下：若類比/數位轉換器600之滿刻度為1V，而輸入之待測訊號為一個200V之訊號，一 開始，量測的範圍設定在最低檔位，此時分壓比例為1/10，此分壓後之n2節點電位為20V。由於20V超過類比/數位轉換器600之滿刻度1V，轉換後的數值會OL，此時控制器700會驅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，將第4A圖中原本連接R1與Rd1的開關SW7關閉(OFF)，並將連接R1與Rd2的開關SW4導通，使得此檔位的分壓比例變為1/100，此時輸入類比/數位轉換器之電位縮小為2V。此時輸入之待測訊號在相應輸入節點n2之電位即為2V，依然超過類比/數位轉換器600之滿刻度1V，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(OFF)，並將SW4導通(ON)，將訊號分壓為原本的1/1000，產生一個200mV之訊號。此時輸入之待測訊號在相應輸入節點n2之電位200mV已經低於類比/數位轉換器600之滿刻度1V，這時候將此電位送至類比/數位轉換器600做轉換，才會得到一個正確的數值。一般傳統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盤選定要進行的測量模式是直流電壓抑或交流電壓。若使用者選錯量測模式，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的直流電壓訊號，則測量結果顯示的可能是一個接近零的數值，而讓使用者忽略了潛在的危險。若使用者因此以為該待測物沒有電壓而去碰觸，便有可能被電傷。

以上傳統電表的缺點，在本新型中並不會發生，因為在本新型是以一組比較電路1000來偵測分壓點(相應輸入節點)n2-n6的訊號大小(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所欲採用的 類比/數位轉換器600之滿刻度(full scale)的電壓值而訂，並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)之電壓值為1V，則可以使用兩個比較器，將其比較電位分別訂在+1.5V與-1.5V，若分壓點之電位高於+1.5V，或低於-1.5V時。換言之，若分壓點(相應輸入節點)之電位絕對值大於1.5時，則比較電路1000的輸出訊號，亦即HV，會變為高邏輯準位(Logic High)，此狀態的訊號送至控制器700後，請參照第3圖，會致能(Enable)警示裝置1100。換言之，控制器700在當HV訊號為High時，會驅使蜂鳴器1107鳴叫，並點亮LED1105。

茲以本新型的一實施例中顯示於第4A、4B圖的部分，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)。在電壓量測模式時，若待測物所具有的電壓是+200V，換言之，輸入訊號為+200V的直流電壓，但使用者卻誤用交流電壓模式進行量測，此時量測到的數值接近零，由於此接近零的數值並沒有OL(Overload)，因此控制器700並不會驅使檔位往上跳檔，量測的範圍會停在最低檔位，最低檔位的分壓比例為1/10，此時相應的分壓點(n2節點)為一個20V的直流電壓訊號，此電位絕對值(20V)由於高於+1.5V(絕對值1.5)的比較電位，此時第一比較器CMP1的輸出會變為High，進一步使得HV訊號變為High，HV訊號送回(第4圖中的)控制器700，控制器700則會驅使蜂鳴器1107鳴叫，並點亮LED1105，因此可達到警示的效果。

簡言之，依據本新型第4A圖的一較佳實施例，比較電路1000包含了一窗型比較器(包含第一比較器CMP1與第二比較器CMP2)以及一邏 輯或閘(OR gate)。其中第一比較器CMP1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CMP1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)；並且第二比較器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)。當傳輸到窗型比較器的輸入端之電壓的絕對值，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CMP1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)，所以邏輯或閘OR的兩個輸入都是低邏輯準位(L)，所以邏輯或閘OR的輸出訊號HV就是低邏輯準位(L)。

當傳輸到比較電路1000中的窗型比較器的輸入端之電壓的絕對值，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CMP1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)，所以邏輯或閘OR的兩個輸入當中至少有一個是高邏輯準位(H)，所以邏輯或閘OR的輸出訊號HV就是高邏輯準位(H)。當HV為高邏輯準位(H)時，請參照第3圖，控制器700就會致能蜂鳴器1107以及/或發光二極體1105以對使用者提出警示。

換言之，因為窗型比較器具有窗型的範圍限制特性，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生高邏輯準位的訊號。因此，解決了以往無法於直流電壓檔位測量到交流電壓過高，或者，於交流電壓檔位無法測量到直流電壓過高的技術問題。

接著，依據本新型第4B圖的一較佳實施例，比較電路1000包含了一窗型比較器(包含第一比較器CMP1與第二比較器CMP2)以及兩二極體D3、D4。與第4A圖比較可發現，第4B圖的實施例是採用二極體D3、D4來做為輸出訊號HV的輸出端。當傳輸到比較電路1000中的窗型比較器的輸入端之電壓的絕對值，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CMP1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)，所以二極體D3或二極體D4的兩個輸入當中至少有一個是高邏輯準位(H)，所以最終的輸出訊號HV就是高電壓準位(High Voltage Level,HVL)。

第4A圖與第4B圖說明了本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，就本新型技術領域具有通常知識者當瞭解，高電壓準位或高邏輯準位作為高壓提示訊號並非唯一選擇，透過反向器將高邏輯準位變為低邏輯準位同樣可做為控制器700的高壓提示訊號；同樣地，將高電壓準位轉換為低電壓準位後，再變為控制器的高壓提示訊號，同樣可為本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，並非用以限制本新型。

以下說明當待測物為被動元件(電阻/電容)時，依據本新型的一較佳實施例之指針電表，其運作的方式究係如何，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，能自動對使用者發出警示。請繼續參考第4A圖，當執行被動元件(電阻/電容)量測時，待測物由第一輸入端INPUT1輸入，在被動元件量測模式中，相應輸入節點為n3與n4，節點n3為force端，節點n4為sense端。當進行 量測時，訊號源電路900會透過熱敏電阻(Positive Temperature Coefficient Resistor：PTC)R3，向待測物施加一個電壓或電流，R2為保護積體電路用的電阻。在電路的設計上，電流並沒有流經電阻R2，因此n4節點的電位等於待測物上的電位，比較電路1000則透過節點n4來偵測待測物之電位，若偵測到異常之電壓，相應輸入節點n4的電位值之絕對值大於1.5，則HV訊號會變為High，此時控制器700會驅使蜂鳴器1107鳴叫，並點亮LED1105，因此可達到警示的效果。

當依據本新型之具有高電壓保護與警示的多功能指針電表之一實施例在執行待測物為電阻的量測時，請參照第5A圖，其中第一運算放大器OP1、P型金氧半場效電晶體PMOS1、源極電阻Rs1，這些都是訊號源電路900的一部份，其構成一個典型的電流源電路。其中，改變源極電阻Rs1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範圍。電流源流經源極電阻R3與待測電阻R*，並在待測電阻R*上產生一個電位，n4節點為偵測端，n4節點的電位等於待測物上的電位。在本實施例中，亦即相應輸入節點之電位，此電位值被電子開關800傳送至類比/數位轉換器600，則可得到待測物R*上的電壓數值。控制器700將電壓數值除以電流源之大小可以換算出待測物R*之電阻值，便可由控制器700計算得到待測電流的數值，然後再將此數值傳送到數位/類比轉換器1130轉換為指針電流後，再驅動指針950轉動。

以上為依據本新型的一較佳實施例之電表用於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OP1的正輸入端加一個+1V的電位，n10節點的電位則因為OP負回授的特性，將極為接近+1V。若n9節點的電位為+3V且Rs1之電阻為200K歐姆，則此時電流源的電流大小為10uA。在正常的量測狀態下，待測物上之電位應為正值，且最大不應超過電流源之電位，+1V，最小則為接近0V。依據本新型的一較佳實施例之指針電表，在電阻量測模式中，控制器700會驅使比較電路1000中的開關做切換，此時比較電路1000中的比較器將偵測n4節點的電位是否異常，若n4節點的電位高出電流源的電位甚多，或者低於0V甚多，則視為異常，代表此時的輸入端之探棒可能碰觸到一個異常之電壓。換言之，此時輸入端所電性耦合的待測物R*之電性已經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。在第5A圖所舉的例子中，比較電位為+1.5V與-1.5V，若n4節點的電位高於+1.5V或低於-1.5V，換言之，絕對值大於1.5，則HV訊號會變為High，此時控制器700會依據比較電路1000之輸出訊號為高邏輯準位而啟動警示機制。

當依據本新型之具有高電壓保護與警示的多功能指針電表之一實施例在執行待測物為電容的量測時，請參照第5B圖，電流源流經電阻R3與待測電容C*，電容電位隨著電流之流入，會逐漸地變大。此電位經由(第3圖中)電子開關800傳送至類比/數位轉換器600，控制器700則根據電位對時間的變化關係，可換算出待測物C*之電容值，然後控制器700再將此數值傳送到數位/類比轉換器1130轉換為指針電流後，再驅動指針950轉動。

以上為依據本新型的一較佳實施例之電表用於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，在電容量測模式中，控制器700會驅使比較電路1000中的開關做切換，此時比較電路1000中的比較器將偵測n4節點的電位是否異常，若n4節點的電位高出電流源的電位甚多，或者低於0V甚多，則視為異常，代表此時的輸入端之探棒可能碰觸到一個異常之電壓。換言之，此時輸入端所電性耦合的待測物C*之電性已經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之電位。在第5B圖所舉的例子中，比較電位為+1.5V與-1.5V，若n4節點的電位高於+1.5V或低於-1.5V，則HV訊號會變為High，此時控制器700會依據比較電路1000之輸出訊號為高邏輯準位而啟動警示機制。

當依據本新型之具有高電壓保護與警示的多功能指針電表之一實施例在執行待測物上的訊號之頻率量測時，請參照第3圖，待測訊號由INPUT1輸入，開關SW1為ON，開關SW2為OFF，而比較電路1000在此量測模式主要是偵測電阻R5之電位有無異常。二極體D1與D2在一般的量測時，皆為OFF，此時由於R5上沒有電流，n5節點與接地端之間沒有電壓差，因此其電壓等於0V。當第一輸入端INPUT1輸入一個很大的正電壓時，二極體D2會產生崩潰(break down)，二極體D1也會導通，此時電阻R5會流入電流使得相應輸入節點n5產生一個正電壓；而當第一輸入端INPUT1輸入一個很大的負電壓時，二極體D1會產生break down，二極體D2也會導通，此時電阻R6會流出電流使得相應輸入節點n5產生一個負電壓。

而在依照本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點n5的電位是否異常，例如高於+1.5V或低於-1.5V時，換言之，絕對值大於1.5時，則視為異常，此時HV訊號變為High，控制器700會依據比較電路1000之輸出訊號為高邏輯準位而啟動警示裝置1100。

當依據本新型之具有高電壓保護與警示的多功能指針電表之一實施例在執行待測物上的電流量測時，請參考第3圖，待測訊號由第二輸入端INPUT2輸入。R4為保護IC用的電阻，與R4連接的節點n6為偵測端，亦為執行待電流量測時的相應輸入節點。待測之電流訊號流經保險絲F1與電阻Rt1，此電流並在Rt1上轉換成一個電壓訊號，此電壓透過節點n6傳送至電子開關800，再透過電子開關800將此電位傳送至類比/數位轉換器600，可轉換得到此電壓的數值。此數值傳送到控制器700，控制器700將電壓數值除以Rt1的大小可以換算出待測電流的數值，然後再將此數值傳送到數位/類比轉換器1130轉換為指針電流後，再驅動指針950轉動。

以上為依據本新型的一較佳實施例之電表用於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節點，亦即，相應此量測模式的電壓輸入節點n6上的電位是否異常，例如高於比較電路1000中的比較器之比較基準電位(+1.5V)或低於比較電路1000中的比較器之比較基準電位(-1.5V)時，換言之，相應輸入節點n6上的電位絕對值大於預設值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之絕對值)，則視為異常，這種狀況發生時，若不是有異常大的電流，就是使用者在電流模式下誤用，拿去量電壓所致，此時HV訊號變為High，控制器700會依據比較電路1000之輸出訊號為高邏輯準位而啟動警示裝置1100。

以上所舉的實施例涵蓋了一般指針電表的量測功能以及部分數位電表的量測功能，都可以應用本新型的較佳實施例，而使指針電表能夠不論在何種量測模式下都能具有高電壓自動警示功能。也因此只要是可能造成電表損壞，或者有危險的狀況都可以對使用者發出各種途徑的警示，如此可增進量測時的安全性，並延長指針電表的使用壽命。

顯然地，依照上面實施例中的描述，本新型可能進行許多的修改以造成小差異。因此需要在其附加的權利要求項之範圍內加以理解，除了上述詳細的描述外，本新型還可以廣泛地在其他的實施例中施行。上述僅為本新型之較佳實施例而已，並非用以限定本新型之申請專利範圍；凡其它未脫離本新型所揭示之精神下所完成的等效改變或修飾，均應包含在下述申請專利範圍內。雖然前述已經對本新型的幾個實施例提出具有某些程度特定性或是參照了一個以上的實施例之說明，但是那些熟知該項技藝者，可能規避前述實施例所提及之元件或電路連接方式，替代以其他屬於較不重要元件或電路連接方式之修改，但這些都應該屬於下列的申請專利範圍的範疇內。

100‧‧‧轉盤開關

200‧‧‧輸入端

300‧‧‧保護電路

400‧‧‧分壓器

500‧‧‧電壓轉換電路

600‧‧‧類比/數位轉換器

700‧‧‧控制器

800‧‧‧電子開關

900‧‧‧訊號源電路

950‧‧‧指針

1000‧‧‧比較電路

1100‧‧‧警示裝置

1105‧‧‧LED

1106‧‧‧聽覺警示裝置

1107‧‧‧觸覺警示裝置

1120‧‧‧頻率運算電路

1130‧‧‧數位/類比轉換器

Claims (10)

1. 一種具有高電壓保護與警示的多功能指針電表，在一使用者以該具有高電壓保護與警示的多功能指針電表的複數個輸入端其中之一電性耦合到一待測物時，若該待測物的一電位之絕對值超過一預設極限值的絕對值時產生警示，提醒該使用者注意，包含：一指針電表，係用於依據該使用者選擇的一量測模式，以相應的一轉盤開關將該待測物上的電性透過該輸入端耦合饋入，透過一電子開關與一分壓器分壓取得一相應輸入電位，饋入一類比/數位轉換器處理後，經由一控制器計算得出一數值，該控制器再依據該數值控制一數位/類比轉換器轉換為一指針電流，並轉動一指針，該控制器並預設一最大指針電流，當該數值轉換之該指針電流大於該最大指針電流時，輸出該最大指針電流；以及一比較電路，係用於將該相應輸入電位之絕對值與該預設極限值的絕對值比較，在該相應輸入電位之絕對值比該預設極限值的絕對值大時，產生一高壓提示訊號，該預設極限值之絕對值係為比該類比/數位轉換器的滿刻度(Full Scale)電壓值的絕對值還大的值；以及 一警示裝置，該控制器接收到該高壓提示訊號時致能(Enable)該警示裝置，提醒該使用者注意。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具有高電壓保護與警示的多功能指針電表，其中該比較電路包含：至少一比較器，係用電性耦合到該電子開關以取得該相應輸入電位，據以和該預設極限值之絕對值比較；以及一邏輯閘，係用電性耦合到該比較器的輸出而產生該高壓提示訊號，只有在該相應輸入電位的絕對值大於該預設極限值的絕對值時，產生該高壓提示訊號。
3. 如申請專利範圍第2項所述之具有高電壓保護與警示的多功能指針電表，其中該比較器至少包含一窗型比較器，在該相應輸入電位的絕對值大於該預設極限值的絕對值時，該窗型比較器的兩個輸出端至少有一個會呈現一高邏輯準位。
4. 如申請專利範圍第2項所述之具有高電壓保護與警示的多功能指針電表，其中該邏輯閘為一邏輯或閘，係被用以接受該比較器的輸出，並在該相應輸入電位的絕對值大於該預設極限值的絕對值時，使得該 比較器的輸出至少有一為一高邏輯準位，並輸出該高邏輯準位的該高壓提示訊號。
5. 如申請專利範圍第1項所述之自動警示電表，其中上述之自動警示電表更包含：一保護電路、一訊號源電路以及一頻率運算電路，該訊號源電路係用於該使用者選擇量測模式為一電阻量測模式或一電容量測模式時，做為一電流源之用，以透過該保護電路而對應地產生該相應輸入電位，該電子開關、該訊號源電路、該比較電路、該數位/類比轉換器、該類比/數位轉換器、該控制器以及該頻率運算電路係以積體電路的型式製作而成。
6. 如申請專利範圍第1項所述之具有高電壓保護與警示的多功能指針電表，其中該警示裝置係選自：一LED、一蜂鳴器。
7. 一種具有高電壓保護與警示的多功能指針電表，在一使用者以該具有高電壓保護與警示的多功能指針電表的複數個輸入端其中之一電性耦合到一待測物時，若該待測物的一電位之絕對值超過一預設極限值的絕對值時產生警示，提醒該使用者注意，包含：一指針電表，係用於依據該使用者選擇的一量測 模式，以相應的一轉盤開關將該待測物上的電性透過該輸入端耦合饋入，透過一電子開關與一分壓器分壓取得一相應輸入電位，饋入一類比/數位轉換器處理後，經由一控制器計算得出一數值，該控制器再依據該數值控制一數位/類比轉換器轉換為一指針電流，並轉動一指針，該控制器並預設一最大指針電流，當該數值轉換之該指針電流大於該最大指針電流時，輸出該最大指針電流；以及一比較電路，係用於將該相應輸入電位之絕對值與該預設極限值的絕對值比較，在該相應輸入電位之絕對值比該預設極限值的絕對值大時，產生一高壓提示訊號，該預設極限值之絕對值係為比該類比/數位轉換器的滿刻度(Full Scale)電壓值的絕對值還大的值，該比較電路至少包含一窗型比較器，以該預設極限值之正值作為一上臨界電壓，以該預設極限值之負值作為一下臨界電壓，當該相應輸入電位大於該上臨界電壓或小於該下臨界電壓時，即為該相應輸入電位之絕對值大於該預設極限值之絕對值，該窗型比較器的兩個輸出端至少有一個會產生該高壓提示訊號；以及一警示裝置，該控制器接收到該高壓提示訊號時 致能(Enable)該警示裝置，提醒該使用者注意。
8. 如申請專利範圍第7項所述之具有高電壓保護與警示的多功能指針電表，其中上述之自動警示電表更包含：一保護電路、一訊號源電路以及一頻率運算電路，該訊號源電路係用於該使用者選擇量測模式為一電阻量測模式或一電容量測模式時，做為電流源之用，以透過該保護電路而對應地產生該相應輸入電位，該電子開關、該訊號源電路、該比較電路、該數位/類比轉換器、該類比/數位轉換器、該控制器以及該頻率運算電路係以積體電路的型式製作而成。
9. 如申請專利範圍第7項所述之具有高電壓保護與警示的多功能指針電表，其中該警示裝置係選自：一LED、一蜂鳴器。
10. 如申請專利範圍第7項所述之具有高電壓保護與警示的多功能指針電表，其中該高壓提示訊號係為高邏輯準位之該高壓提示訊號或高電壓準位之該高壓提示訊號。