PL201460B1

PL201460B1 - Acoustic-optical voltage indicator

Info

Publication number: PL201460B1
Application number: PL361553A
Authority: PL
Inventors: Stanisław Kiszło; Krzysztof Kobyliński; Zbigniew Lipiński; Marek Piekart; Krzysztof Stasiewicz
Original assignee: Inst Energetyki Zak & Lstrok A; Marek Piekart; Krzysztof Stasiewicz
Priority date: 2003-08-05
Filing date: 2003-08-05
Publication date: 2009-04-30
Also published as: PL361553A1

Abstract

1. Akustyczno-optyczny wskaźnik napięcia zawierający izolacyjną obudowę posiadającą w górnej części kołek stykowy, oraz umieszczone w obudowie źródło zasilania, płytkę drukowaną obwodu elektronicznego, sygnalizator akustyczny z elementem piezoelektrycznym i membraną umieszczonymi w puszce, a ponadto sygnalizator optyczny i włącznik, zaś w dolnej części otwory stanowiące wyjścia sygnału akustycznego, znamienny tym, że pomiędzy kołkiem stykowym (5) a płytką drukowaną (10) obwodu elektronicznego, zamocowaną na wkładce montażowej (9), umieszczone są trzy wzajemnie od siebie odizolowane elektrody (6, 7 i 8), z których elektroda pierwsza (6) połączona jest z kołkiem stykowym (5), zaś elektroda druga (7) połączona jest z masą płytki drukowanej (10) obwodu elektronicznego, natomiast elektroda trzecia (8) połączona jest z elektrodą czwartą (21) i wejściem wzmacniacza pomiarowego położonego na płytce drukowanej (10)1. Acoustic-optical voltage indicator comprising an insulating housing having a contact pin in the upper part, and a power source placed in the housing, a printed circuit board, an acoustic signalling device with a piezoelectric element and a membrane placed in a box, and furthermore an optical signalling device and a switch, and in the lower part holes constituting acoustic signal outputs, characterized in that between the contact pin (5) and the printed circuit board (10) of the electronic circuit, mounted on a mounting insert (9), there are three mutually insulated electrodes (6, 7 and 8), of which the first electrode (6) is connected to the contact pin (5), and the second electrode (7) is connected to the ground of the printed circuit board (10), while the third electrode (8) is connected to the fourth electrode (21) and the input of the measuring amplifier placed on the printed circuit board (10)

Description

G01R 19/155 (2006.01) (22) Data zgłoszenia: 05.08.2003G01R 19/155 (2006.01) (22) Filed on: 08/05/2003

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (54)Patent Office of the Republic of Poland (54)

Akustyczno-optyczny wskaźnik napięcia (43) Zgłoszenie ogłoszono:Acoustic-optical voltage indicator (43) Application announced:

12.07.2004 BUP 14/04 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono:12.07.2004 BUP 14/04 (45) The following was announced about the grant of the patent:

30.04.2009 WUP 04/09 (73) Uprawniony z patentu:30.04.2009 WUP 04/09 (73) The holder of the patent:

Instytut Energetyki (Zakład Doświadczalny Białystok),Warszawa,PL Piekart Marek,Białystok,PL Stasiewicz Krzysztof,Wasilków,PL (72) Twórca(y) wynalazku:Institute of Power Engineering (Białystok Experimental Station), Warsaw, PL Piekart Marek, Białystok, PL Stasiewicz Krzysztof, Wasilków, PL (72) Inventor (s):

Stanisław Kiszło,Białystok,PL Krzysztof Kobyliński,Białystok,PL Zbigniew Lipiński,Białystok,PLStanisław Kiszło, Białystok, PL Krzysztof Kobyliński, Białystok, PL Zbigniew Lipiński, Białystok, PL

Marek Piekart,Białystok,PL Krzysztof Stasiewicz,Wasilków,PL (74) Pełnomocnik:Marek Piekart, Białystok, PL Krzysztof Stasiewicz, Wasilków, PL (74) Plenipotentiary:

Glebowicz Irena,Glebowicz Irena,

Zakład Doświadczalny Instytutu Energetyki (57) 1. Akustyczno-optyczny wskaźnik napięcia zawierający izolacyjną obudowę posiadającą w górnej części kołek stykowy, oraz umieszczone w obudowie źródło zasilania, płytkę drukowaną obwodu elektronicznego, sygnalizator akustyczny z elementem piezoelektrycznym i membraną umieszczonymi w puszce, a ponadto sygnalizator optyczny i włącznik, zaś w dolnej części otwory stanowiące wyjścia sygnału akustycznego, znamienny tym, że pomiędzy kołkiem stykowym (5) a płytką drukowaną (10) obwodu elektronicznego, zamocowaną na wkładce montażowej (9), umieszczone są trzy wzajemnie od siebie odizolowane elektrody (6, 7 i 8), z których elektroda pierwsza (6) połączona jest z kołkiem stykowym (5), zaś elektroda druga (7) połączona jest z masą płytki drukowanej (10) obwodu elektronicznego, natomiast elektroda trzecia (8) połączona jest z elektrodą czwartą (21) i wejściem wzmacniacza pomiarowego położonego na płytce drukowanej (10).Experimental Station of the Institute of Power Engineering (57) 1. Acoustic-optical voltage indicator with an insulating casing with a contact pin in the upper part, and a power source placed in the casing, a printed circuit board, an acoustic signaling device with a piezoelectric element and a diaphragm placed in a box, and a signaling device optical and switch, and in the lower part openings constituting outputs of the acoustic signal, characterized in that between the contact pin (5) and the printed circuit board (10) of the electronic circuit, mounted on the mounting insert (9), there are three electrodes insulated from each other ( 6, 7 and 8), of which the first electrode (6) is connected to the contact pin (5), and the second electrode (7) is connected to the ground of the printed circuit board (10), while the third electrode (8) is connected to the fourth electrode (21) and the input of the measuring amplifier located on the printed circuit board (10).

PL 201 460 B1PL 201 460 B1

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest akustyczno-optyczny wskaźnik napięcia przeznaczony do stwierdzania istnienia napięcia zmiennego w instalacjach i urządzeniach elektroenergetycznych.The subject of the invention is an acousto-optical voltage indicator designed to detect the existence of alternating voltage in power installations and devices.

Znany z polskiego wzoru, użytkowego nr Ru 58713 akustyczno-optyczny wskaźnik napięcia posiada izolacyjną obudowę w kształcie rury, która w górnej części ma obsadę z zamocowanym w niej kołkiem stykowym oraz umieszczone w obudowie źródło zasilania, płytkę drukowaną obwodu elektronicznego, sygnalizator akustyczny z zastosowaniem elementu piezoelektrycznego i przyklejonej do niego membrany, przy czym sygnalizator akustyczny usytuowany jest pomiędzy źródłem zasilania a płytką drukowaną obwodu elektronicznego. Element piezoelektryczny umieszczony jest bezstykowo w oprawce wykonanej w postaci puszki, do której przymocowana jest punktowo membrana. W dolnej części obudowy osadzone są osłona w kształcie tuby oraz tulejka jednostronnie zamknięta dnem, posiadająca na obwodzie części walcowej odpowiednio wykonane otwory stanowiące wyjścia sygnału akustycznego. W dnie tulejki osadzona jest czerwona dioda świecąca stanowiąca sygnalizator optyczny wskaźnika. Na zewnętrznej powierzchni obudowy osadzony jest suwak z umieszczonym w nim magnesem stałym, który załącza umieszczony wewnątrz obudowy kontaktron stanowiący włącznik wskaźnika.Known from the Polish utility model No. Ru 58713, the acousto-optical voltage indicator has an insulating casing in the shape of a tube, which in the upper part has a holder with a contact pin attached to it, and a power source, an electronic circuit board, an acoustic signaling device with the use of the element piezoelectric circuit and the membrane glued to it, the acoustic signaling device being located between the power source and the printed circuit board of the electronic circuit. The piezoelectric element is placed contactless in a box made in the form of a box, to which the membrane is fixed pointwise. In the lower part of the housing, there are mounted a tube-shaped cover and a sleeve closed with a bottom on one side, having appropriately made openings on the circumference of the cylindrical part, which constitute the outputs of the acoustic signal. At the bottom of the sleeve there is a red LED diode, which is an optical indicator of the indicator. On the outer surface of the housing, there is a slider with a permanent magnet placed in it, which switches on a reed switch located inside the housing, which is an indicator switch.

Istota wskaźnika według wynalazku polega na tym, że w jego górnej części pomiędzy kołkiem stykowym a płytką drukowaną obwodu elektronicznego, która zamocowana jest na wkładce montażowej, umieszczone są trzy wzajemnie od siebie odizolowane elektrody, z których elektroda pierwsza połączona jest z kołkiem stykowym, zaś elektroda druga połączona jest z masą płytki drukowanej obwodu elektronicznego, a elektroda trzecia połączona jest z elektrodą czwartą i wejściem wzmacniacza pomiarowego położonego na płytce drukowanej.The essence of the indicator according to the invention consists in the fact that in its upper part, between the contact pin and the printed circuit board of the electronic circuit, which is mounted on the mounting insert, there are three mutually insulated electrodes, the first electrode of which is connected to the contact pin, and the electrode the second is connected to the ground of the printed circuit board, and the third electrode is connected to the fourth electrode and the input of the measuring amplifier located on the printed circuit board.

Umieszczona w dolnej części wskaźnika elektroda czwarta usytuowana jest w odpowiedniej odległości od pozostałych elektrod pierwszej, drugiej i trzeciej, które położone są w górnej części wskaźnika, przy czym wielkości powierzchni poszczególnych elektrod są wzajemnie uzależnione.The fourth electrode located in the lower part of the indicator is located at an appropriate distance from the remaining first, second and third electrodes, which are located in the upper part of the indicator, with the surface sizes of individual electrodes mutually dependent.

Ponadto do elektrody czwartej podłączone jest wyjście generatora autotestu położonego na płytce drukowanej obwodu elektronicznego.In addition, the output of the self-test generator located on the printed circuit board of the electronic circuit is connected to the fourth electrode.

Kołek stykowy wskaźnika połączony jest z płytką drukowaną obwodu elektronicznego przez zastosowanie sprzężenia pojemnościowego wytworzonego przez elektrody pierwszą, drugą i trzecią.The indicator contact pin is connected to the printed circuit board by applying the capacitive coupling produced by the first, second and third electrodes.

Natomiast z dolną częścią wkładki montażowej połączona jest puszka sygnalizatora akustycznego z elementem piezoelektrycznym i membraną, przy czym membrana i dno puszki mają stożkowe powierzchnie, które w dolnej części są rozbieżne i tworzą tubę.On the other hand, the sounder box is connected to the lower part of the mounting insert with a piezoelectric element and a diaphragm, while the diaphragm and the bottom of the box have conical surfaces, which in the lower part are divergent and form a tube.

Zaletą wskaźnika według wynalazku jest to, że zastosowanie układu elektrod i ich rozmieszczenie zmniejsza wrażliwość wskaźnika na szkodliwe oddziaływanie sąsiednich pól elektrycznych, przy zachowaniu jego małych gabarytów. Ponadto połączenie kołka stykowego z obwodem elektronicznym za pomocą sprzężenia pojemnościowego zapewnia niezbędną wytrzymałość wskaźnika na przebicie wysokim napięciem, a tym samym zabezpiecza obwód elektroniczny przed zniszczeniem. Natomiast sygnał autotestu doprowadzany z generatora poprzez elektrody do wzmacniacza pomiarowego zapewnia największy zakres autokontroli wskaźnika, obejmujący kontrolę sprawności działania zarówno połączeń między elektrodami, które są niezbędne do prawidłowej eliminacji wpływu sąsiednich pól elektrycznych, a także pozostałych elementów obwodu elektronicznego wskaźnika. Poza tym tuba utworzona przez stożkowe powierzchnie membrany i dna puszki sygnalizatora akustycznego powoduje wzmocnienie sygnału akustycznego.The advantage of the indicator according to the invention is that the use of the electrode system and their arrangement reduces the indicator's sensitivity to the harmful effects of adjacent electric fields, while maintaining its small dimensions. In addition, the connection of the contact pin with the electronic circuit by means of a capacitive coupling provides the indicator with the necessary resistance to breakdown with high voltage, and thus protects the electronic circuit against damage. On the other hand, the self-test signal supplied from the generator through the electrodes to the measuring amplifier provides the largest range of indicator self-monitoring, including the control of the efficiency of both connections between the electrodes, which are necessary for the correct elimination of the influence of adjacent electric fields, as well as other elements of the electronic indicator circuit. In addition, the tube formed by the conical surfaces of the diaphragm and the bottom of the acoustic signaling box amplifies the acoustic signal.

Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia wskaźnik napięcia w przekroju osiowym, a fig. 2 - blokowy schemat elektryczny wskaźnika.The subject of the invention is illustrated in the embodiment in the drawing, in which Fig. 1 shows the voltage indicator in an axial section, and Fig. 2 shows a block diagram of the indicator.

Akustyczno-optyczny wskaźnik napięcia posiada izolacyjną obudowę 1 wykonaną w kształcie rury, której dolny koniec na części obwodu ma rozszerzoną stożkowo powierzchnię z wydłużoną jednostronnie ścianką. W górnej części obudowy 1 osadzona jest wewnątrz głowica 2 z materiału izolacyjnego. Głowica 2 zamocowana jest w obudowie 1 przy pomocy nakrętki dociskowej 3 nakręconej na śrubie specjalnej 4 umocowanej w głowicy 2 i przechodzącej przez osiowy otwór obudowy 1. W śrubie specjalnej 4 osadzony jest wymienny kołek stykowy 5, z którym za pośrednictwem śruby specjalnej 4 połączona jest metalowa elektroda pierwsza 6 zatopiona w głowicy 2. W walcowej wnęce głowicy 2 ułożone są, równolegle do elektrody pierwszej 6, dwie metalowe elektrody druga 7 i trzecia 8 zalane materiałem izolacyjnym. Wewnątrz obudowy 1, w jej środkowej części, umieszczona jest wkładka montażowa 9. Na wkładce montażowej 9 umocowana jest płytka drukowana 10 obwodu elektronicznego i metalowy ekran 11 oraz bateria zasilająca 12, przy czym z masą płytki drukowanej 10 obwoduThe acousto-optical voltage indicator has an insulating casing 1 made in the shape of a tube, the lower end of which, along part of its periphery, has a conically widened surface with a wall extended on one side. In the upper part of the housing 1, a head 2 made of an insulating material is mounted inside. The head 2 is fixed in the casing 1 by means of a clamping nut 3 screwed on the special screw 4 fixed in the head 2 and passing through the axial opening of the casing 1. In the special screw 4 there is a replaceable contact pin 5, to which a metal is connected by means of a special screw 4 the first electrode 6 embedded in the head 2. In the cylindrical cavity of the head 2, two metal electrodes, the second 7 and the third 8, are placed parallel to the first electrode 6 and flooded with insulating material. Inside the housing 1, in its central part, a mounting insert 9 is placed. A printed circuit board 10 of an electronic circuit and a metal screen 11 and a power supply battery 12 are mounted on the mounting insert 9.

PL 201 460 B1 elektronicznego połączona jest elektroda druga 7. Górna część wkładki montażowej 9 połączona jest z głowicą 2, a dolna część z puszką 13 sygnalizatora akustycznego składającego się z elementu piezoelektrycznego 14 połączonego za pośrednictwem kostki dystansowej 15 z membraną 16. Wewnątrz puszki 13 umieszczony jest metalowy pierścień 17. Membrana 16 i dno 18 puszki 13 mają stożkowe powierzchnie, które w dolnych częściach są rozbieżne i tworzą tubę. W dolnej części ścianki walcowej puszki 13 wykonane są obwodowo otwory 19 stanowiące wyjścia sygnału akustycznego wzmocnionego w tubie. Puszka 13 połączona jest szczelnie z pokrywą 20. Wewnątrz pokrywy 20 umieszczona jest metalowa elektroda czwarta 21 zalana materiałem izolacyjnym i połączona z wyjściem generatora autotestu oraz z elektrodą trzecią 8 połączoną z wejściem wzmacniacza pomiarowego, który wraz z generatorem autotestu położony jest na płytce drukowanej 10 obwodu elektronicznego. Elektroda czwarta 21 połączona jest przewodem elektrycznym z pierścieniem 17, przez co zwiększa swoją powierzchnię. W pokrywie 20 osadzone są mechaniczny włącznik 22 i czerwona dioda świecąca 23 stanowiąca sygnalizator optyczny wskaźnika napięcia. Przewody łączące włącznik 22 i diodę świecącą 23 z płytką drukowaną 10 obwodu elektronicznego oraz elektrodę czwartą 21 z pierścieniem 17, który połączony jest z płytką drukowaną 10, ułożone są w kanałku 24 wykonanym pionowo w ściance puszki 13. Tak wykonany kanałek 24, szczelne przyklejenie obwodu membrany 16 do wewnętrznej ścianki puszki 13, zastosowanie górnego pierścienia uszczelniającego 25 pomiędzy obudową 1 i głowicą 2 oraz dolnego pierścienia uszczelniającego 26 pomiędzy obudową 1 i puszką 13 sygnalizatora akustycznego, a także wykonanie szczelnych połączeń klejonych pozostałych części składowych wskaźnika, skutecznie zabezpiecza obwód elektroniczny przed zawilgoceniem.In the electronic form, the second electrode 7 is connected. The upper part of the mounting insert 9 is connected to the head 2, and the lower part to the box 13 of an acoustic signaling device consisting of a piezoelectric element 14 connected via a spacer 15 to the membrane 16. Inside the box 13 is placed there is a metal ring 17. The membrane 16 and the bottom 18 of the can 13 have conical surfaces which divergent in the lower parts and form a tube. In the lower part of the cylindrical wall of the can 13, holes 19 are circumferentially made, which constitute the outputs of the amplified acoustic signal in the tube. The box 13 is tightly connected to the cover 20. Inside the cover 20 there is placed a fourth metal electrode 21 covered with insulating material and connected to the output of the self-test generator and to the third electrode 8 connected to the input of the measuring amplifier, which, together with the self-test generator, is located on the printed circuit board 10 electronic. The fourth electrode 21 is connected by an electric conductor to the ring 17, which increases its surface area. In the cover 20 there are mounted a mechanical switch 22 and a red LED 23 which is an optical signal of the voltage indicator. The wires connecting the switch 22 and the light-emitting diode 23 with the printed circuit board 10 of the electronic circuit and the fourth electrode 21 with the ring 17, which is connected to the printed circuit board 10, are arranged in a slot 24 made vertically in the wall of the box 13. The channel 24 made in this way, tightly gluing the circuit diaphragm 16 to the inner wall of the box 13, the use of an upper sealing ring 25 between the housing 1 and the head 2 and a lower sealing ring 26 between the housing 1 and the can 13 of the acoustic signaling device, as well as making tight glued joints of the remaining components of the indicator, effectively protects the electronic circuit against moisture .

Kontrola napięcia odbywa się poprzez dotknięcie kołkiem stykowym 5 do sprawdzanego obiektu. Prąd zmienny od sprawdzanego obwodu elektrycznego płynie za pośrednictwem kołka stykowego 5, przez pojemność między elektrodami pierwszą 6 i drugą 7 do masy obwodu elektronicznego na płytce drukowanej 10, a następnie przez wzmacniacz pomiarowy do elektrody czwartej 21 i przez pojemność między elektrodą czwartą 21 a ziemią do ziemi. We wzmacniaczu pomiarowym następuje zamiana prądu na napięcie i jego wzmocnienie, a następnie ocena poziomu napięcia przez mikroprocesor. Przy napięciu odpowiadającemu wartości określonej zakresem wskaźnika zostają wygenerowane ciągłe sygnały akustyczny i optyczny, oznaczające obecność napięcia w badanym obiekcie. Przy napięciu niższym od podanego zakresu lub przy braku napięcia wskaźnik generuje przerywany sygnał akustyczny oraz przerywany sygnał optyczny w postaci migającej czerwonej diody świecącej 23, które to sygnały świadczą o braku określonej wartości napięcia, a jednocześnie są sygnałami autotestu potwierdzającymi sprawność wskaźnika napięcia.The voltage is checked by touching the contact pin 5 to the tested object. The alternating current from the electric circuit under test flows through the contact pin 5, through the capacitance between the first 6 and the second 7 electrodes to the ground of the electronic circuit on the printed circuit board 10, and then through the measuring amplifier to the fourth electrode 21 and through the capacitance between the fourth electrode 21 and the ground to the ground. In the measuring amplifier, the current is converted into voltage and its amplification, and then the voltage level is assessed by the microprocessor. At the voltage corresponding to the value defined by the indicator range, continuous acoustic and optical signals are generated, indicating the presence of voltage in the tested object. At a voltage lower than the specified range or in the absence of voltage, the indicator generates an intermittent acoustic signal and an intermittent optical signal in the form of a flashing red LED 23, which indicate the absence of a specific voltage value, and at the same time are self-test signals confirming the efficiency of the voltage indicator.

Jeżeli w pobliżu wskaźnika znajdują się źródła obcych napięć zakłócających, istniejące pojemności pomiędzy nimi a elementami obwodu elektronicznego wskaźnika powodują powstanie prądów zakłócających, które zależnie od wielkości i fazy napięcia obcego zmieniają sumaryczną wartość prądu płynącego przez wzmacniacz pomiarowy. Umieszczenie w głowicy 2, oprócz elektrod pierwszej 6 i drugiej 7, elektrody trzeciej 8 połączonej z elektrodą czwartą 21 i wejściem wzmacniacza pomiarowego, oraz odpowiednie usytuowanie elektrod pierwszej 6, drugiej 7, trzeciej 8 i czwartej 21 względem siebie powoduje, poprzez wprowadzenie w ten sposób dodatkowych specjalnie zaprojektowanych pojemności między obwodem elektronicznym wskaźnika a źródłami obcych pól, zmniejszenie wielkości prądów zakłócających płynących przez wzmacniacz pomiarowy.If there are sources of foreign interference voltages near the indicator, the existing capacitances between them and the elements of the electronic circuit of the indicator cause interference currents which, depending on the magnitude and phase of the external voltage, change the total value of the current flowing through the measuring amplifier. Placing in the head 2, in addition to the first 6 and the second 7 electrodes, the third electrode 8 connected to the fourth electrode 21 and the input of the measuring amplifier, and the appropriate positioning of the first 6, second 7, third 8 and fourth 21 electrodes in relation to each other causes, by introducing in this way additional specially designed capacitances between the electronic circuit of the indicator and foreign field sources, reducing the magnitude of the interference currents flowing through the measuring amplifier.

Claims

Patent claims

1. Acoustic-optical voltage indicator with an insulating casing with a contact pin in the upper part, and a power source placed in the casing, a printed circuit board of an electronic circuit, an acoustic signaling device with a piezoelectric element and a diaphragm placed in a box, as well as an optical indicator and a switch, and in the lower part parts of the holes constituting the outputs of the acoustic signal, characterized in that between the contact pin (5) and the printed circuit board (10) of the electronic circuit, mounted on the mounting insert (9), there are three mutually insulated electrodes (6, 7 and 8), of which the first electrode (6) is connected to the contact pin (5), and the second electrode (7) is connected to the ground of the printed circuit board (10), while the third electrode (8) is connected to the fourth electrode (21) and the input the measuring amplifier located on the printed circuit board (10).

PL 201 460 B1

2. Acousto-optical voltage indicator according to claim The method of claim 1, characterized in that the fourth electrode (21) placed in the lower part of the indicator is located at a suitable distance from the remaining first (6), second (7) and third (8) electrodes, the size of the individual electrodes (6, 7) being 8 and 21) are mutually dependent.

3. Acousto-optical voltage indicator according to claim The method of claim 1, characterized in that an output of a self-test generator located on the printed circuit board (10) of the electronic circuit is connected to the fourth electrode (21).

4. Acoustic-optical voltage indicator according to claim 1 The method of claim 1, characterized in that the contact pin (5) is connected to the printed circuit board (10) by applying a capacitive coupling produced by the first (6), second (7) and third (8) electrodes.

5. Acousto-optical voltage indicator according to claim 1 Device according to claim 1, characterized in that the box (13) of the sounder with a piezoelectric element (14) and a membrane (16) is connected to the lower part of the mounting insert (9), the membrane (16) and the bottom (18) of the box (13) having conical surfaces that divergent in the lower part to form a tube.