专利名称:测电笔的制作方法
本发明是一种测电工具，特别是一种既能接触测电又能感应测电的测电笔。
原来的测电笔有多种多样的实用形式，目前使用最广泛的是接触式测电笔，如市场上常见的505型测电笔，111型笔型测电凿等低压测电笔就是属于这种类型，其结构特点是由塑料制成凿杆或笔杆，头部用金属制成，配以凿帽或笔尖，内装电阻、氖气管和弹簧，尾部设有手触电极并依次电气相连。这种类型的测电笔，通过金属触头接触被测导体，尾部与人体接触，同时观察氖气管是否发光来测试导体是否带电，这种类型的测电笔只能通过接触来检测低压带电体。原来的接触式测电笔中还有一种能识别安危电压的试电笔，如中文书籍《你想得到专利吗-专利工作便览》(南开大学出版社1985年6月出版)第128页介绍的名称为“识别安危电压的试电笔”的申请文件参考样本中所描述的识别安危电压的试电笔。这种试电笔是在如前面所述的由测试触头、金属弹簧、限流电阻、氖气管和手触电极串联而成的接触式测电笔的基础上增加一个一端与测电触头连接的分流电阻，其分流电阻的另一端连接一个人体可接触的识别电极所构成，在作测电使用时，方法与前述接触式测电笔相同，作安危电识别时是在人体接触手触电极的同时，用手接触识别电极，使分流电阻接入测电回路中，如果被测金属体是带不危险的高电势时，该电势源的内阻很大，分流电阻的接入降低了被测金属体的带电电位，使氖气管熄灭。如果被测金属体是带有危险的触电电压，那么由于其内阻小，分流电阻的接入不会降低被测金属体的带电电位，氖气管保持起辉，于是就达到了区分安危电压的目的。该试电笔虽然能识别安危电压，但不能进行感应测电，因而实用范围仍受到一定局限。原来的测电笔还有既能作接触测电，又能作感应测电的测电笔，如中国专利GG85202961“能隔着绝缘层测定导体带电情况的试电笔”，该测电笔由外壳、金属螺丝刀头、氖气管、放大器组合件、电池、手触电极、开关等构成，测电笔的电气元件均电气连通，放大器组合件由具有高输入阻抗场效应晶体管及电阻、三极管和显示元件等构成，当接通电源时如果输入端的电压足够高时，场效应管处于夹断状态，三极管导通，显示元件指示被测导体带电，从而完成感应测电。当断开试电笔电源时，由于放大器组合件阻抗很大，相当于普通试电笔的限流电阻，即可以进行接触测电。但是这种试电笔，对感应式测电的测电灵敏度不能随意控制，使测电工作受测电距离和测电环境的局限，也不能辨别所测电压是对人体有危害的触电电压，还是对人体没有危害的感生电势。
本发明的目的是提供一种既能感应测电且能较为方便地控制感应测电灵敏度，又能接触测电，还能辨别导体所带的电压对人体是否有危害的测电笔。本发明的另一个目的是提供一种可达到上述目的测电电极的结构。
本发明的测电笔(附图1-7)由测电电极〔1〕，空间电场信号检测，处理及显示控制电子线路〔2〕，显示器件〔3〕，电池〔4〕和外壳〔13〕等组成。本发明的特点是测电电极〔1〕由与空间电场信号检测、处理及显示控制电子线路〔2〕电气相连的感应电极〔7〕和与感应电极〔7〕相互绝缘的并且与感应电极〔7〕最近端的距离小于30毫米的金属制成的接触/感应电极〔5〕以及与上述感应电极〔7〕和接触/感应电极〔5〕相互绝缘的并且与该两电极最近端的距离都小于30毫米的感应/控制电极〔6〕等组成。上述接触/感应电极〔5〕可以由金属探测触头〔8〕和其一端与之电气连接的其阻值大于2兆欧的电阻器〔10〕、与电阻器〔10〕另一端电气连接的辨别手触电极〔11〕组成。如果不设置辨别手触电极〔11〕时，则不使用电阻器〔10〕，上述接触/感应电极〔5〕即是金属探测触头〔8〕。上述感应/控制电极〔6〕可以由感应/控制电极罩〔9〕和控制手触电极〔12〕组成。当不设置控制手触电极〔12〕时则上述感应/控制电极〔6〕可由靠近相应于接触/感应电极〔5〕，感应电极(7〕位置的测电笔外壳〔13〕的外周面的适当部位的人体手指〔S〕来形成。
本发明的测电笔的空间电场信号检测、处理及显示控制电子线路〔2〕可由半导体元件及其它电子元件组成，也可由集成电路及少数外围元件组成，其输入端一般都是由具有高输入阻抗的半导体器件，如CMOS集成电路或场效应晶体管等组成，显示器件〔3〕可采用发光二极管、压电陶瓷片或其它发声、发光器件组成。电池〔4〕可根据外壳〔13〕的情况选用型号为XG-45或G-16或XY-07Ⅱ等的微型电池或其它微型、小型电池，外壳〔13〕可选用市售低压测电笔或笔形测电凿改制，也可另行设计塑料外壳。
使用本发明的测电笔进行感应测电工作时，接通由电池〔4〕等组成的供电回路后，用手握住外壳〔13〕的尾部，其手指不触及辨别手触电极〔11〕和控制手触电极〔12〕，这时接触/感应电极〔5〕，感应/控制电极〔6〕和感应电极〔7〕均处于感应测电的工作状态，它们一起组成的测电电极〔1〕也处于感应测电工作状态，当测电电极〔1〕感应到空间电场时，可在感应电极〔7〕上形成微弱的信号电压，这个微弱的信号电压输送到空间电场信号检测、处理及显示控制电子线路〔2〕中，经过空间电场信号检测、处理及显示控制电子线路〔2〕识别处理后，由发光二极管或发光二极管与压电陶瓷片等构成的显示器件作光显示或光、声显示。
本发明的测电笔的灵敏度的调节，是这样来完成的，在上述测电过程中需要对感应测电灵敏度进行调节时，用手指在绝缘外壳〔13〕外面，控制手触电极〔12〕与后盖〔14〕之间作相对位置变化来达到，如当手指〔S〕从外壳〔13〕的尾部向感应/控制电极〔6〕的方向移动时，手指〔S〕将屏蔽一部分杂散的空间电场，这时测电电极〔1〕的感应灵敏度逐渐降低。
使用本发明的测电笔进行接触测电，除上述操作手法外，还需用手指〔S〕接触到感应/控制电极〔6〕的控制手触电极〔12〕，这时感应/控制电极〔6〕成为一个屏蔽电极，而使测电电极〔1〕的灵敏度进一步降低，通过设计和在生产过程中调节并确定好接触/感应电极〔5〕，感应控制电极〔6〕和感应电极〔7〕三者相互的位置，就可使测电电极〔1〕的测电灵敏度达到接触测电的需要。在作接触测电时，接触/感应电极〔5〕的金属探测触头〔8〕接触到带电导体后，在接触/感应电极〔5〕的靠近感应电极〔7〕的一端也产生了空间电场，感应电极〔7〕感应到这个空间电场后形成了微弱的信号电压，由于感应控制电极〔6〕屏蔽了大部分由其它方向的非被测带电导体所产生的杂散的空间电场，所以这些杂散的空间电场对信号电压的影响不大，这个信号电压经空间电场信号检测，处理及显示控制电子线路〔2〕识别处理后，控制显示器件工作。
使用本发明的测电笔辨别安危电是在上述操作手法中，手指继续保持接触控制手触电极〔12〕，同时还需接触辨别手触电极〔11〕，这时，便将电阻器〔10〕接入测电回路中，对金属探测触头〔8〕所接触的带电导体的电压进行分流，若带电导体所带的是对人体无害的感生电势时，则该电势的内阻很大，这时分流电阻的接入使该电势大部分降落在电势源的内阻上，从而使带电导体的电位大大降低，这时感应电极〔7〕上感应不到能使空间电场信号检测、处理及显示控制电子线路〔2〕工作的信号电压，从而显示器件〔3〕不作显示。若带电导体所带的是对人体有危险的触电电压时，则该电压源的内阻就很小，这时分流电阻的接入不能降低其电压，从而感应电极〔7〕上仍能感应到足够的空间电场而形成能使空间电场信号检测、处理及显示控制电子线路〔2〕工作的信号电压，并控制显示器件〔3〕作出显示，表示被测的带电导体所带的是对人体有危险的触电电压。
综上所述，本发明的测电笔从测电原理上来看应属于感应测电的类型由于巧妙地利用了感应与屏蔽的相互关系而设计了一种既能感应，又能接触测电的测电电极〔1〕而达到了本发明的目的，而本发明的测电电极〔1〕实际上是由相互绝缘的分段感应电极构成，其中感应/控制电极〔6〕既是其分段感应电极之一，又能利用人体的作用使之作为屏蔽控制电极，而达到调节和控制测电灵敏度的目的。其中接触/感应电极〔5〕既是其分段感应电极之一，又能作为接触测电电极，作接触测电时，接触/感应电极〔5〕的一端与被测带电导体接触而将电压导入测电笔外壳〔13〕内，并在另一端产生了空间电场信号，这个空间电场信号由感应电极〔7〕通过感应接收到后送到空间电场信号检测、处理及显示控制电子线路〔2〕，经其处理后控制显示器件工作，从而显示出测电的结果。
本发明的测电笔有如下优点1.可以感应测电，这对于检测被绝缘复盖的导体是否带电是很有用的，并且可在距电力部门规定的安全距离以外对没有屏蔽的高压带电体进行快速验电。作为检修供电电网的断路故障、作为检修电视机的高压部分，检修电热垫的断线故障等都是很方便的。
2.可以作接触测电，而成为电气工作人员及家庭安全用电的常备工具。
3.可以辨别被测带电导体所带电压是对人体有危险的触电电压，还是对人体没有危险的感生电势。
4.作感应测电时可用手指在绝缘外壳上进行小范围移动而控制感应测电的灵敏度。以适应在距带电导体不同的距离范围内或带电导体在不同环境中(如靠近建筑物的墙壁或其它屏蔽体旁边)对测电笔灵敏度的不同要求。
5.可以探测静电电场。
6.做上述所有的操作及控制，只需要使用人移动手指在外壳上的位置便能准确可靠的完成，使用非常方便。
7.体积小巧、可将测电笔的外形尺寸设计成相当于目前市售的111型笔形测电凿。
8.结构简单、成本较为低廉。如，可以在前述原有的感应测电笔的基础上，增加几分钱的成本就能制成本发明的测电笔。如果制成本发明的实施例3(图6)那样的测电笔，其生产成本可以与目前普通市售的接触式低压测电笔相差无几。
下面，再用实施例，并对照附图对本发明的测电笔作进一步说明。
附图的简单说明如下图1是本发明的方框图。虚线方框内是测电电极〔1〕。
图2是本发明的能检测交流电及静电电场的测电笔的电路原理图，虚线方框内是测电电极〔1〕，点划线方框内是空间电场信号检测、处理及显示控制电子线路〔2〕，图中E+201是电池正极供电端。
图3是图2的结构示意图。
图4是带发声、发光显示的测电笔的结构示意图。图中20是连接环，24是绝缘导管。
图5是图4的电路原理图。图中E+301是电池正极供电端。
图6是由场效应管等组成的测电笔的电路原理图。
图7是由一个CMoS非门等构成的测电笔的电路原理图。
实施例1(图1-3)本实施例是一种能检测交流电和静电电场的测电笔，该测电笔由测电电极1.空间电场信号检测、处理及显示控制电子线路2.显示器件3.电池部分4及外壳13等组成，结构方面的情况是这样的在透明塑料制成笔形的绝缘外壳13的前端，嵌有金属制成的伸出外壳外的金属探测触头8，在外壳13内的该金属探测触头8的一端接有电阻器10，电阻器10的另一端接在嵌入外壳13并有一部分露出外壳13的、由金属制成的园环形的辨别手触电极11上，上述金属探测触头8，电阻器10、辨别手触电极11构成接触/感应电极5，在电阻器10的下方相距4-10毫米处的外壳13内设置有一金属制成的圆筒形的感应/控制电极罩9，感应/控制电极罩9与嵌入外壳的并且相距辨别手触电极11下方约2-15毫米处的控制手触电极12相连。上述感应/控制电极罩9、控制手触电极12构成感应/控制电极6，从而使其接触/感应电极5与感应/控制电极6相互绝缘，且最近端距离小于30毫米。在感应/控制电极罩9的大致中心轴线位置设有金属制成的呈园柱状或圆筒形的感应电极7，感应电极7的上端指向金属探测触头8，但并不与金属探测触头8及感应/控制电极罩9接触，感应/控制电极6分别与接触/感应电极5、感应电极7相互绝缘且最近端的距离都小于30毫米，感应电极7的下端联接到空间电场信号检测、处理及显示控制电子线路2的输入端，该空间电场信号检测、处理及显示控制电子线路2安装在外壳内的中下部，在外壳13内感应/控制电极罩9与空间电场信号检测、处理及显示控制电子线路2的组装件之间安装有两个不同颜色的发光二极管3，在外壳13下端固设有与空间电场信号检测、处理及显示控制电子线路2的组装件的一极点电气相连的并与电池4接触的电池极板16，呈笔尾形的后盖14可转动的与外壳13下端螺旋(或锁凸)相连，在后盖14的尾部设置有其一端伸入后盖14的金属笔挂18，在该笔挂18的伸入端固设有与之电气相连的金属螺旋弹簧15和弹簧片19，电池4夹装在电池极板16和弹簧15之间，金属笔挂18的另一端伸出后盖14并指向设置在外壳13下部的并外露的导电片17，该导电片17与空间电场信号检测、处理及显示控制电子线路2的另一极点电气相连，当后盖14与外壳13作相对转动时，可使金属笔挂18的端部的指向外壳13方向的凸起部与导电片17接触或脱离即形成电源开关，从而使电池4与空间电场信号检测、处理及显示控制电子线路2接通或断开。进行测电时的工作情况如下当接通电池供电回路后，用手握住外壳13的下方部位，这时接触/感应电极5，感应/控制电路6和感应电极7均处于感应测电工作状态，当在这个测电笔周围存在有被测带电导体产生的空间电场时，就能在感应电极7上形成一个微弱的信号电压，这个信号电压经电阻器R201送入CMOS电路JC201，在CMOS电路JC201的输出端送出一个较强的信号电压，这个信号电压中的交流成份经过电容器C201、C202晶体二极管D201、D202等组成的倍压整流电路后，在CMOS电路JC203的输入端形成一个较高的直流电压，这时CMOS电路JC203翻转、输出端呈低电平而使红色发光二极管LT202导通发光，显示被测导体带交流电。同时CMOS电路JC201输出端的信号电压中的直流成份经电阻器R202、稳压二极管DW201送入CMOS电路JC202，使CMOS电路JC202的输出端呈低电平而使绿色发光二极管LT201导通发光，当测电电极1只测到静电场时仅只绿色发光二极管LT201发光，显示测电器已测到静电场。电容器C203是作为交流旁路电容，稳压二极管DW201起到电压延迟的作用，电阻器R203是泄放电阻。当握持外壳13下方部位的手指向感应/控制电极6的方向逐渐移动时，手指就不同程度地屏蔽掉一部分杂散的空间电场，从而可以控制测电灵敏度，而且当人体手指接触到控制手触电极12时，则感应/控制电极6屏蔽掉大部分杂散的空间电场，这时将金属探测触头8与被测带电导体接触，则其下方产生空间电场，这个空间电场在感应电极7上形成信号电压并送入空间电场信号检测、处理及显示控制电子线路2，经过空间电场信号检测、处理及显示控制电子线路2进行如前所述的识别处理后由发光二极管发光进行显示。本测电笔通过在设计和生产过程中调节并确定好金属探测触头8，感应/控制电极罩9及感应电极7等相互之间的相对距离及位置可使测电电极达到适应接触测电所需要的灵敏度。在保持人体手指接触控制手触电极12的同时手指再稍向前端移动，即可接触到辨别手触电极11，这时即将电阻器10接入测电回路中，若金属探测头8所触及的是感生电势时，则显示器件3无发光显示动作，表示测得的是对人体没有危险的感生电势，若金属探测头8所触及是于人体有危险的触电电压时，显示器件3发光显示，表示被测电压是于人体有危险的触电电压。若显示器件3采用变色发光二极管，可在JC202JC203各自的输出端增加一个反向器并按该变色发光二极管导通极性的需要联接即可。
实施例2(图4-5)本实施例是具有发声，发光显示的测电笔，其工作原理与实施例1相似，不同的地方主要有两点，一是电路部分增加有由CMOS电路JC503、JC504和微型压电陶瓷片T501和电阻器R504等组成发声报讯部分并同发光二极管LT501等组成显示器件3。二是外壳13的结构方面有些变化，外壳13下部设置有放音孔23，外壳13内部设有压电陶瓷片21的固定压板22等。使用方法也基本相似。本实施例的测电笔在检测到交流电时声、光同时报讯，在检测到静电场时，仅由发光二极管LT501作发光显示。
实施例3(图6)本实施例是由场效应晶体管组成的测电笔，其测电方法与实施例1，实施例2相似，不同之处在于测电电极1中没有设置安危电辨别部分，因而接触/感应电极5是金属探测触头8，其电子线路部分由场效应晶体管BG601电阻器R601等构成。当本测电笔没有检测到交流电或静电场时场效应管的输出端呈低电平，发光二极管LT601不发光，当本测电笔检测到交流电或静电场时场效应晶体管BG601的输出端呈高电平状态，发光二极管LT601发光。图中E601是电池，AN601是电源开关。
实施例3(图7)本实施例是由一个CMOS非门组成的测电笔，其感应测电电极1由金属探测触头8和感应电极7组成，而仅由手指在绝缘外壳上的位置变化来控制测电灵敏度，当调节金属探测触头8与感应电极7至适当距离及位置后，并且手指握在外壳上的位置在感应电极7的附近时，就可使测电灵敏度达到接触测电的需要，当手指远离由金属探测触头8和感应电极7组成的测电电极时，就可以进行感应测电。空间电场信号检测、处理及显示控制电子线路2由电阻器R701和发电二极管LT701等组成，并由CMOS电路JC701输出状态的改变控制发光二极管LT701作出显示。图中S表示使用人员的手指。
权利要求
1.测电笔由测电电极[1]，空间电场信号检测、处理及显示控制电子线路[2]，显示器件[3]，电池[4]和外壳[13]等组成，其特征在于所述测电电极[1]由与空间电场信号检测、处理及显示控制电子线路[2]电气相连的感应电极[7]，和与感应电极[7]相互绝缘的并且与感应电极[7]最近端的距离小于30毫米的金属制成的接触感应电极[5]，以及与上述感应电极[7]和接触感应电极[5]相互绝缘的并且与该两电极最近端的距离都小于30毫米的感应/控制电极[6]等组成。
2.根据权利要求
1的测电笔，其特征在于所述接触/感应电极〔5〕依次由金属探测触头〔8〕，一端与金属探测触头〔8〕电气相连的其阻值大于2兆欧的电阻器〔10〕和与电阻器〔10〕另一端电气相连的辨别手触电极〔11〕等组成。
3.根据权利要求
1或2的测电笔，其特征在于所述接触/感应电极〔5〕是金属探测触头〔8〕。
4.根据权利要求
1的测电笔，其特征在于所述感应/控制电极〔6〕由感应/控制电极罩〔9〕和与之电气相连的控制手触电极〔12〕组成。
5.根据权利要求
1或4的测电笔，其特征在于所述感应/控制电极〔6〕由靠近相应于接触/感应电极〔5〕，感应电极〔7〕位置的测电笔外壳〔13〕的外周面的适当部位的人体手指〔S〕来形成。
专利摘要
本发明的测电笔是一种测电工具，由测电电极、电子线路、显示器件、电池及外壳等组成，其测电电极依次由相互绝缘的接触/感应电极、感应/控制电极和感应电极等构成。本发明的测电笔可测交流电、静电场，可接触测电、也可感应测电，可调节测电灵敏度，还可以辨别被测电压是否安全等。上述各种操作只需要使用者的手指在外壳上移动便能准确可靠地完成。其测电电极结构非常简单，成本低廉。
文档编号G01R19/145GK86106781SQ86106781
公开日1988年4月6日 申请日期1986年9月26日
发明者刘汉森 申请人:刘汉森导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan