Указатель напряжения

Заявляемое устройство относится к измерительным электротехническим устройствам. Предлагаемый указатель напряжения совмещает функций однополюсного и двухполюсного указателей напряжения. Конструктивно указатель напряжения содержит один корпус со встроенным и выносным контактными щупами. При этом в корпусе расположены: три контактные площадки, микроконтроллер, источник питания, блок световой индикации, состоящий из десяти световых индикаторов и блок звуковой сигнализации. При этом данный указатель напряжения дополнительно к вышеуказанным функциям выполняет функцию двухступенчатого контроля целостности электрической цепи, что обеспечивает повышение удобства контроля. Новизна конструкции заключается в том, что в корпусе установлен микроконтроллер, выполняющий функции контроля наличия или отсутствия напряжения на токоведущих частях, проверки целостности электрической цепи в двух диапазонах - низкоомном и высокоомном, определения фазного и нулевого проводов.

Заявляемое техническое решение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в измерительных приборах для визуальной и акустической проверки целостности электрических цепей, для визуального и акустического контроля наличия или отсутствия переменного или постоянного напряжения на токоведущих элементах, а также определения фазного и нулевого проводов электропроводной сети в цепях постоянного тока до 500 В и переменного тока до 380 В.

Согласно инструкции по применению и испытанию средств защиты, используемых в электроустановках, принятой по приказу Минэнерго РФ от 30.06,2003 261, указатели напряжения до 1000 В могут выполнять также дополнительные функции:

- проверка целостности электрических цепей;

- определение фазного провода;

- определение полярности в цепях постоянного тока.

При этом указатели не должны содержать коммутационных элементов, предназначенных для переключения режимов работы.

Известен указатель напряжения (См. RU (11) 2218576 (13) C1 (51) МПК⁷ G01R 19/155), содержащий два корпуса, имеющий два контактных щупа, соединенные с клеммами, расположенными на первом и втором корпусе, соответственно. В первом корпусе имеются соединенные с клеммами блок контроля наличия постоянного напряжения, источник питания, блок контроля наличия уровней переменного напряжения, и три световых индикатора визуального контроля наличия напряжений. При этом в первом корпусе установлены блок контроля наличия фазного и нулевого проводов и блок звуковой сигнализации. Блок контроля наличия фазного и нулевого проводов содержит преобразователь напряжение - ток, вход которого соединен через первую клемму с первым контактным щупом, а к выходу преобразователя напряжение - ток подключен световой индикатор фаза и третья клемма, соприкасающаяся с рукой оператора, блок звуковой сигнализации в виде генератора звуковых импульсов, снабженного акустическим элементом и импульсного преобразователя, вход которого соединен с блоком управления преобразователем, один вход которого соединен с первым контактным щупом - наконечником через первую входную клемму, второй вход соединен с источником питания, при этом блок контроля наличия уровней напряжения выполнен в виде блока сравнения, состоящего из компараторов, имеющего один вход, соединенный через делитель напряжения и вторую клемму со вторым выносным щупом, и четыре выхода, к каждому из которых присоединены три световых индикатора визуального контроля наличия уровней напряжения и дополнительный индикатор контроля целостности цепи, при этом между первой клеммой и делителем напряжения установлены два дополнительных световых индикатора, использованные как визуальный указатель наличия постоянного или переменного напряжения, который, при наличии постоянного напряжения, использован в качестве указателя полярности напряжения на проводах.

Недостатком данного указателя является неудобство работы с ним в связи того, что он изготовлен в двух корпусах, с его помощью нельзя осуществить контроль целостности электрической цепи - например, в две ступени от 0 Ом - до первого порогового значения и от первого порогового значения - до второго порогового значения, выполнить одновременно несколько замеров.

Перед разработчиками заявляемого указателя напряжения была поставлена задача - создать малогабаритное универсальное устройство, обеспечивающее многофункциональный контроль:

- наличия напряжений в сетях переменного и постоянного тока;

- сопротивления электрической цепи в режиме проверки ее целостности;

- определения фазного и нулевого проводов в сетях переменного тока;

- определения полярности проводов в сетях постоянного тока;

- уровня сопротивления цепи (либо цепь низкоомная, либо - высокоомная).

Технический результат заявленного решения - расширение области применения устройства - за счет введения в это устройство функции определения уровня сопротивления цепи (от 0 Ом до 1 КОм, от 1 Ком). Внедрение функции двухуровневого контроля целостности электрической цепи в приборе позволило создать унифицированный электроизмерительный прибор, в котором одновременно можно визуально и акустически контролировать наличие целостности цепи, наличие одного из шести уровней постоянного и переменного напряжения: 12 В, 24 В, 42 В, 127 В, 220 В, 380 В, определять фазный и нулевой провода в сети переменного тока и определять полярность напряжения на проводах в сети постоянного тока. В заявляемом устройстве иначе, по сравнению с аналогом, реализованы функции, имеющиеся в аналоге - обработка измеряемых сигналов наличия напряжений в сетях переменного и постоянного тока, определения фазного и нулевого проводов в сетях переменного тока, определения полярности проводов в сетях постоянного тока. Результат достигнут за счет применения в составе устройства микроконтроллера, реализующего следующие функциональные блоки: блок измерения напряжения, блок управления, блок источника тока, блок измерения тока. Через вышеуказанные блоки формируются соответствующие электрические цепи, по которым проходят измеряемые сигналы, идентифицируемые при помощи света или звука. При этом несколько цепей в устройстве могут формироваться одновременно. За счет этого в заявляемом устройстве совмещены операции контроля однополюсного и двухполюсного указателей напряжений.

Описание технического решения

Заявляемый указатель напряжения до 1000 В содержит щуп-наконечник, выносной щуп, источник питания, блок звуковой сигнализации, блок световой индикации, блоки, реализованные микроконтроллером: блок измерения напряжения, блок управления, блок источника тока, блока измерения тока, первую и вторую контактную площадки.

Соединения между вышеуказанными элементами указателя напряжения выполнены следующим образом.

Щуп-наконечник подключен к первой контактной площадке, выносной щуп подключен ко второй контактной площадке. Контактные площадки, в свою очередь, соединены с информационными входами микроконтроллера.

Выходы микроконтроллера, на которых формируются сигналы управления блоками звуковой сигнализации, световой индикации, подключены к соответствующим входам блоков звуковой сигнализации, световой индикации.

При контроле целостности электрической цепи в указателе напряжения одновременно создаются четыре цепи:

1) блок источника тока - первая контактная площадка - щуп-наконечник - токоведущая часть - выносной щуп - вторая контактная -блок источника;

2) блок измерения напряжения - первая контактная площадка - щуп-наконечник - токоведущая часть - выносной щуп - вторая контактная площадка - блок измерения напряжения;

3) блок измерения напряжения - блок управления - блок световой индикации;

4) блок управления - блок звуковой сигнализации.

Выходы блока источника тока подключены к первой и второй контактным площадкам соответственно. Вход блока измерения тока подключен к первой контактной площадке, а выход подключен к третьей контактной площадке.

В указателе напряжения в блоке световой индикации могут использоваться 10 световых индикаторов.

Сопротивление цепи (щуп-наконечник - блок измерения напряжения - выносной щуп) выбрано таким образом, чтобы при контроле напряжения 0,4 кВ ток не превышал 10 мА.

На фиг. 1 изображена функциональная схема указателя напряжения.

Указатель напряжения содержит: корпус 1, щуп-наконечник 2, выносной щуп 4, блок звуковой сигнализации 8, блок световой индикации 9, контактную площадку 12, микроконтроллер 13, выполняющий функции: блока измерения напряжения 6, блока управления 7, блока источника тока 10, блока измерения тока 11. Щуп-наконечник 2 подключен к первой контактной площадке 3, выносной щуп 4 подключен ко второй контактной площадке 5. Два входа блока измерения напряжения подключены к первой и второй контактным площадкам 3 и 5, а выход подключен к блоку управления 7. Выходы блока управления 7 подключены к входам блоков звуковой сигнализации 8, световой индикации 9, источника тока 10. Выходы блока источника тока подключены к первой и второй контактным площадкам 3 и 5. Вход блока измерения тока 11 подключен к первой контактной площадке 3, а выход подключен к третьей контактной площадке 12.

Указатель напряжения работает следующим образом.

В исходном состоянии, когда контактные щупы 2, 4 не замкнуты, блок управления находится в режиме покоя и не подает команд на включение блоков световой и звуковой индикации.

Для определения наличия напряжения и его полярности на проводах замыкают контактные щупы 2, 4 на контролируемую цепь, блок измерения напряжения 6, функция которого выполняется микроконтроллером, производит измерение напряжения.

В режиме контроля сопротивления электрической цепи блок управления микроконтроллера подает команду на включение блока источника тока, связанного через контактные площадки с контактными щупами. При этом ток проходит по следующей цепи: (блок источника тока - щуп-наконечник - токоведущая часть - выносной щуп - блок источника тока). Ток, протекающий в токоведущей части, создает напряжение, безопасное для оператора, измеряемое блоком измерения напряжения.

Блок измерения напряжения передает информацию на блок управления, который сравнивает показания с пороговым значением. При значении показаний выше порогового уровня подается команда на включение блока световой индикации. При значении ниже порогового -одновременно подается команда на включение блоков световой индикации и звуковой сигнализации.

Сопротивление цепи (щуп-наконечник - блок измерения напряжения - выносной щуп 6) выбрано таким образом, чтобы при контроле напряжения 0,4 кВ ток не превышал 10 мА. Затем в микроконтроллере программно формируется сигнал блока измерения напряжения 6, который передает информацию на соединенный с ним блок управления 7, подающий команды на включение блока световой индикации 9 и блока звуковой сигнализации 8. В блоке световой индикации загораются светодиоды:

- VD1, если к щупу 2 приложен положительный потенциал,

- VD2, если к щупу 2 приложен отрицательный потенциал.

Одновременное свечение светодиодов VD1 и VD2 показывает наличие переменного напряжения в контролируемой цепи. При этом, при уровне напряжения в исследуемой цепи от 10 В в блоке управления, программно генерируемом микропроцессором, формируется сигнал разрешения на работу блока звуковой сигнализации 8.

- при наличии в цепи переменного напряжения 12 В загорается светодиод VD3;

- при наличии в цепи переменного напряжения 20 В и более, загорается светодиод VD4,

- при наличии переменного напряжения 30 В и более загорается светодиод VD5,

- при наличии в цепи переменного напряжения 100 В и более, загорается светодиод VD6,

- при наличии переменного напряжения 200 В и более загорается светодиод VD7,

- при наличии переменного напряжения 300 В и более (до 1000 В) загорается светодиод VD8.

В режиме двухуровневого определения целостности цепи блок управления 7 подает команду на включение блока источника тока 10, связанного через контактные площадки 3, 5 с контактными щупами 2, 4 соответственно. При этом ток проходит по следующей цепи: (блок источника тока 10 - щуп-наконечник 2 - токоведущая часть - выносной щуп 4 - блок источника тока 10).

Ток, протекающий в токоведущей части, создает напряжение, безопасное для оператора, измеряемое блоком измерения напряжения 6. Затем блок измерения напряжения 6 передает информацию на блок управления 7, который сравнивает показания с пороговым значением. При значении показаний выше порогового уровня подается команда на включение блока световой индикации 9, при этом включается светодиод VD9. При значении ниже порогового - одновременно подается команда на включение блоков световой индикации 9, где включается светодиод VD9 и звуковой сигнализации 8.

В режиме однополюсного варианта при определении фазного провода по цепи «контактный щуп 2 - блок измерения тока 11 - третья контактная площадка 12 - рука оператора» протекает емкостной ток, наличие которого фиксирует блок измерения тока 11 и передает информацию на блок управления 7. При этом блок управления 7 подает команду на включение блока звуковой сигнализации 8 и блока световой индикации 9, где зажигается светодиод VD10.

Пример выполнения

Указатель напряжения выполнен в виде прибора в пластиковом корпусе, внутри которого установлены: резисторы, микроконтроллер MSP430, светодиоды МТК-3528К14WC, звуковой излучатель KSS-75. В корпус имеется один встроенный щуп, а второй выносной щуп-наконечник соединен через контактную площадку с платой внутри корпуса. Вес прибора около 300 г.

Указатель напряжения до 1000 В содержит: щуп-наконечник; выносной щуп; источник питания; блок звуковой сигнализации; блок световой индикации; первую и вторую контактные площадки; блок измерения напряжения; блок измерения тока, где щуп-наконечник подключен к первой контактной площадке, выносной щуп подключен ко второй контактной площадке, при этом могут создаваться следующие цепи: токоведущая часть - щуп-наконечник - блок измерения напряжения - выносной щуп; щуп-наконечник - первая контактная площадка - блок измерения тока - третья контактная площадка, отличающийся тем, что блок измерения напряжения, блок измерения тока, блок источника тока и блок управления реализованы в микроконтроллере, при этом контактные площадки соединены с информационными входами микроконтроллера, а его выходы, на которых формируются сигналы управления блоками звуковой сигнализации и световой индикации - подключены к соответствующим входам блоков звуковой сигнализации, световой индикации; при контроле целостности электрической цепи в указателе напряжения одновременно создаются четыре цепи: блок источника тока - первая контактная площадка - щуп-наконечник - токоведущая часть - выносной щуп - вторая контактная - блок источника; блок измерения напряжения - первая контактная площадка - щуп-наконечник -токоведущая часть - выносной щуп - вторая контактная площадка - блок измерения напряжения; блок измерения напряжения - блок управления - блок световой индикации; блок управления - блок звуковой сигнализации.