专利名称：具有瞬态过压输入保护的电压测量仪器的制作方法
技术领域：
本发明总地涉及对于电压测量仪器的过压输入保护，并特别涉及具有瞬态过压输入保护的手持式数字万用表。
已实施了若干个国际标准，以便指导电子测试设备的安全使用。为在许多市场上销售产品，所述产品必须符合标准，即，产品必须遵守这些标准的基本要求。
这些国际安全标准之一是标题为“Insulation Co-ordination ForEquipment Within Low-Voltage Systems(低压系统内设备的绝缘配合)”的国际电工技术委员会的指导性标准(IEC)644-1(1992)。产品标准IEC-1010是由IEC 644-1派生出的，该标准在阐述对过压瞬态防护的要求时使用了过压种类的概念(CATI-CAT IV)，其中过压瞬态可能在测量电压源时出现在电子测量装置的输入端。过压瞬态通常是随机发生的、可能持续几纳秒到几毫秒的非正常高压尖峰或脉冲。IEC-1010设想的过压瞬态以上升时间为1.2微秒、衰减到峰值的50％的衰减时间为50纳秒的脉冲作模型，并以1.2×50μsec脉冲表示。这种过压瞬态可能是由闪电袭击、起电源作用的高压开关电路、交流电源故障或静电放电引起的。
过压种类用于根据过压瞬态能够造成危害的可能性来划分位置。CATIV是公用馈电系统，CAT III是主配电系统，CAT II是墙内的插头，而CAT I是受控能量电路。CAT III电路代表最危险的电路，因为在这些电路中使用了常见的测试设备。CAT III电路可提供相当大量的能量。如果测量装置是为测量电压和其它电现象而设计的手持式数字万用表(DMM)，那么出现在DMM内的、附带有随之流过的能量的电弧可能是灾难性的和/或有害的。因此，伴随CAT III电路的危险可能很大。
IEC-1010标准对于给定的最大输入额定电压、污染程度和过压种类规定导电表面之间的间距要求。这些间距被称做沿表面的“漏电”距离，和从点到点通过空气的“空隙”距离。当然，更大的距离使电子测量仪器能够承受更高的额定电压和可能存在于被测系统上的某些更高的过压瞬态。
手持式DMM一般是小型袖珍的，而电压输入端相互之间必然被以短距离进行物理定位。有必要提供一种不增加其复杂性、体积和成本就可实现的具有最高瞬态过压输入保护的电压测量仪器。
根据本发明，提供一种诸如数字万用表这样的电压测量仪器，它有瞬态过压输入保护。将内部壁与仪器的壳体模压成一体，并紧靠输入插座和端子设置，从而隔开导电表面并提供瞬态过压隔板。顶壁部分和底壁部分以企口的方式装配在一起，以增大漏电和空隙路径，而不增大导电表面之间的直线距离。这种设置还使仪器能够保持低的型面。
因此，本发明的一个目的是在电压测量仪器中提供瞬态过压输入保护。
本发明的另一目的是在手持式数字万用表中在导电表面之间提供过压隔壁，在其中使漏电和空隙路径变长，而不增加这些导电表面之间的直线距离。
本发明的又一个目的是提供满足国际安全标准IEC-1010，而又不增加体积、尺寸或复杂性的手持式数字万用表。
对于本领域普通技术人员来说，在阅读下面结合附图所做的说明后，本发明的其它目的、特征和优点将变得更明显。
图1是包含本发明的数字万用表的透视图；图2是包含本发明的数字万用表的分解透视图；图3A是根据本发明一个实施例的图1的数字万用表的剖视图；图3B是根据本发明第二实施例的图1的数字万用表的剖视图；图4是示出漏电和空隙路径的一个过压隔壁的剖视图；图5是另一结构的平面图，在其中过压隔壁被做成与电压电位或电路元件的布局相符合的形状。
参看附图的图1，其中示出了根据本发明具有过压保护的数字万用表10的透视图。万用表10具有由合适的塑性材料模压成的顶壳部分12和底壳部分14，用来为电子测量电路提供一个外壳。万用表10还有一个透明的塑料透镜或面板16，使得能够观察液晶显示器(LCD)上的字母数字字符；旋转式功能选择钮18；工作模式转换按钮20和22；以及排列成一排的输入插座24a，24b和24c。
这里的描述将把注意力集中在输入插座区域中。插座24a例如可以是10安培(10A)输入插座。类似地，插座24b可以是接地端或公共输入端(COM)，而插座24c可以是电压和电阻(Volts/Ohms)输入端。
为便于理解本发明和比较例图，在所有附图中同样的部件具有相同的参考标号。
图2是图1的数字万用表的分解透视图，其中顶壳部分12和底壳部分14被分开，以展示万用表外壳的内部细节。带有电子测量电路(未示出)的电路板28被安置在底壳部分14内部。输入插座24a，24b和24c与触点或端子30a，30b和30c配对，并电连接到端子30a，30b和30c上。因此，端子30a，30b和30c可分别与高电流、地和高电压相关联。离开端子30a，30b和30c向电子测量电路延伸的是电路轨迹线或导体32a，32b和32c。
分开并隔离端子30a-c和导体32a-c的过压隔壁36和38与底壳部分14的底部及其端壁34模压成一体，并离开端壁34至少沿电路轨迹线32a-c长度的一部分延伸。壁36和38可以用与用于顶壳部分12和底壳部分14上的塑料相同的塑料模压成，并有足够的厚度，以便在各端子30a-30c/导体32a-32c的导电表面之间提供隔离隔板。应该注意，还有类似的壁与顶壳部分12模压成一体，并在顶壳部分12和底壳部分14结合在一起时与壁36和38配合，如图3A和3B所示。
图3A是沿线X-X所作的并向万用表表体内看去的、根据本发明一个实施例的图1的数字万用表的剖视图。下部隔壁36和38从底壳部分14开始向上延伸，并分别与从顶壳部分12开始向下延伸的上部隔壁42和44以企口的方式配合，从而提供非线形的或迂回的漏电路径，将电路板28夹在其间。下部壁36和38各有在其上支撑电路板28的肩部，并包括向上延伸到每个上部隔壁42和44中的沟槽内的舌片部分36’、38’，组件以紧公差装配在一起，以使可能给过压瞬态提供电弧路径的任何空气隙减至最小。
图3B是沿线X-X所作的并向万用表表体内看去的、根据本发明第二实施例的图1的数字万用表的剖视图。在本实施例中，下部隔壁36和38从底壳部分14开始穿过支撑在底壳部分14上的电路板28中的插槽向上延伸。平行的上部隔壁46a，46b和48a，48b从顶壳部分12开始向下延伸，在上部壁46a和46b之间夹住下部壁36，在上部壁48a和48b之间夹住下部壁38。该组件象图3A中的组件一样以紧公差装配在一起，以使可能给过压瞬态提供电弧路径的任何空气隙减至最小。如上所述，导体之间的间距在国际安全标准IEC-1010中被称为沿表面的“漏电”距离和从点到点通过空气的“空隙”距离。经检验可看出，本实施例提供的漏电路径比图3A的实施例提供的漏电路径更长。
参看图4，其中示出了一个过压隔壁的剖视图，该过压隔壁包括将两个导体32a和32b分开的下部壁36和上部壁46a，46b，漏电和空隙路径(CCP)的尺寸可由在国际安全标准IEC-1010中给出的信息计算。表1对于15千伏和20千伏额定电压、对于50/60赫兹正弦波和1.2×50纳秒脉冲，并按二者的组合，以毫米为单位示出了的总漏电和空隙路径。
表1
漏电和空隙路径在图4中以粗线CCP示出，该粗线CCP通过在下部壁36的舌片部分36’周围的非线形、迂回的路径连接导体32a和32b，该下部壁36被上部壁46a和46b包围。CCP在隔开导体32a和32b的壁内的迂回特性使导体32a和32b能够比在其它可允许的情况下更靠近。令壁36的舌片部分36’的厚度尺寸t等于0.060英寸(1.524mm)，而尺寸dt等于0.1英寸(2.54mm)，这是从导体32a到舌片部分36’或从导体32b到舌片部分36’的距离。舌片部分36’的高度尺寸dh可以由CCP长度减去路径中的其它距离计算出来。即2dh＝CCP-(t+2dt)，因为CCP＝t+2dt+2dh。对于根据表1的相应于20kV额定电压的34.2毫米最小漏电和空隙路径，dh＝13.8mm或0.543英寸。对于根据表1的相应于15kV额定电压的24.42毫米最小漏电和空隙路径，dh＝8.91mm，或0.351英寸。
总的壁厚必须足够大，以便在导体之间(例如导体32a和32b之间)起固体电介质的作用，从而使电弧放电不能穿过该壁(即如图4所示与上部壁46a和46b结合的舌片部分36’)。
现在，从直线间距的角度可以容易地理解非线形或迂回的漏电和空隙路径的一个很大的优点。即对于20kV额定电压，例如，当在导体32a和32b之间的额定漏电和空隙路径是在前面例子中给出的34.2毫米时，这些导体可以物理地相隔约6.6毫米。
借助于从前面的计算中可得知的所有尺寸和距离，还可计算图4所示万用表的总厚度T。例如假设顶壳部分12、底壳部分14和电路板28的厚度都为0.060英寸。则根据T＝2dh+3t，对于20kV额定电压，总厚度T最小为32.172mm(1.267英寸)，对于15kV额定电压，总厚度T最小为22.392mm(0.8816英寸)。这里采用的尺寸只是为了说明的目的，只要满足对应表1中列出的条件的最小漏电和空隙路径，就可采用任何尺寸。
过压隔壁不需要有均匀的厚度，而可以被做成弯曲的，或使之适合于与电压电位或电路元件的布局形状相符合。图5是另一种的结构中的底壳部分14的平面图，其中过压隔壁被做成与需要的形状相符合的形状。注意，下部隔壁38被分为两支，以实现对熔丝电阻器50的部分包围。
尽管我们已展示并描述了我们的发明的优选实施例，但对于本领域技术人员来说，显然可以作出许多变化和修改，而从更广义的观点来看这些修改和变形不脱离本发明。因此试图使所附权利要求覆盖所有这些变化和修改，因为它们落在本发明的实际范围内。
权利要求
1.一种具有瞬态过压输入保护的电压测量仪器，包括结合在一起以提供仪器外壳的顶壳部分和底壳部分；设置在所述外壳中的电路板；设置在所述外壳中并具有电连接到所述电路板上的导体上的端子的至少两个输入插座；以及设置在所述输入插座之间，并沿所述导体延伸的隔壁，所述隔壁由结合的上部隔壁和下部隔壁形成，从而在其间提供迂回的漏电和空隙路径。
2.如权利要求1的电压测量仪器，其特征在于，所述上部隔壁和所述下部隔壁分别与所述顶壳部分和所述底壳部分一体地形成。
全文摘要
提供了有瞬态过压输入保护的诸如数字万用表的电压测量仪器。内部壁与仪器壳体模压成一体,并紧靠输入插座和端子设置,以将导电表面隔开并提供瞬态过压隔板。顶壳部分和底壳部分以企口的方式装配在一起,以增大漏电和空隙路径,而不增大导电表面之间的直线距离。这种设置还使该仪器保持低的型面。
文档编号G01R19/00GK1229192SQ9812259
公开日1999年9月22日 申请日期1998年11月25日 优先权日1997年11月25日
发明者H·沃尔希斯, W·劳拜, M·沃什伯恩, M·加拉范 申请人:弗兰克公司