TWI536023B - 具有高電壓警示功能之萬用電表 - Google Patents

Description

具有高電壓警示功能之萬用電表

本發明係關於一種數位電表，特別是一種具有高電壓警示(High Voltage Alarm)功能的數位萬用電表(Digital Multi-Meter：DMM)。

一般的萬用電表的量測範圍，以4000count的產品為例，大約是介於400毫伏特(mV)到4000伏特、40微安培(μA)到4安培以及40歐姆(Ω)到40百萬歐姆(MΩ)之間，其範圍的選擇可以用轉盤或範圍選擇鍵來進行，對電壓、電流及電阻的量測模式(measurement mode)之選擇，可以用轉盤來進行，並且量測範圍的選擇可以用自動(auto range)或手動的方式來進行。有數種不同的測量模式-例如直流電壓(DCV)、交流電壓(ACV)、直流電流(DCA)以及交流電流(ACA)-係用直流(DC)或交流(AC)來測量電壓和電流。近來有一些新發展出來的數位電表加入了電容和頻率的量測模式，其量測範圍可以分別是4奈法拉第(nF)到40毫法拉第(mF)以及4赫茲(Hz)到40百萬赫茲(MHz)。在測量頻率的時候，有一些模式可以用來測量周期(Duty Cycle)，另外，即使選擇了ACV或ACA做為測量模式，數位電表也可以同時測量頻率。一般電表的4000V檔，通常最大可量到1000V，有少數可量到1500V。

如上所述，一般的萬用電表也包含了測量電阻、電容、二極 體的功能，有的萬用電表則另外包含了頻率與duty cycle或溫度之量測功能。使用者透過轉動電表上的旋轉盤(rotation knob)並搭配按鍵來選擇其所要執行的量程或功能。其原理可以參照如美國專利號第8093516、6731102、7034517、6094045所揭露者。當旋轉盤轉動時，並會帶動電表中相關的模式開關，使其切換到相對應的位置，通過金屬接觸點產生電氣連接，以產生相對應的量測迴路，此即一般萬用電表(Multi-Meter)的功能以及其運作的原理。

由於萬用電表的功能眾多，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，確實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，甚至使用以該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。

又例如電容量測，由於電容放電需要一段放電時間進行電荷的釋放，在電力系統(power system)中所使用的大型電容器往往需要更長的放電時間，在電源系統剛關閉時，電容電荷還沒被完全放掉，電容上有時還存在高電壓。若此時去量測電容值，一樣可能會對儀表或電表造成損害，甚或造成人身危險。而且大電容量測在電表中通常為低輸入阻抗，當電容器存在高電壓，且量測時間太久時，便容易造成電表的損壞，甚至發生人身危險。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。本發明即是對於此類未知電性的測量對象，在電表內提供了一個警示功能，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。

關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。

依據習知技術的萬用電表(亦有稱之為數位電表Digital Multi-Meter：DMM)，通常包含了測量電阻、電容、二極體的功能，有的萬用電表則另外包含了頻率與duty cycle或溫度之量測功能。在使用者用之以進行待測物的電性或其他物性進行測量時，若是待測物上具有比萬用電表(或稱數位電表)的類比/數位轉換器的滿刻度電壓值還要高的電壓值時，已知的萬用電表並不會發出任何警示，導致顯示的數值可能是錯誤的，或者待測物上具有高電壓，但使用者卻完全未受提醒，以致造成電表燒毀，甚 至造成使用者安全上的威脅。本發明的提出，即在對已知萬用電表(數位電表)做改良，加入比較裝置及警示裝置，使得待測物上具有一預設準位以上的電壓值時，本發明的自動警示電表會對使用者提出警示。在使用者以該自動警示電表的輸入端電性耦合到待測物時，若該待測物具有的電位之絕對值超過一預設極限值的絕對值時，該自動警示電表會提醒使用者注意，依據本發明的一較佳實施例之自動警示電表包含下列：首先是數位電表，亦即一般數位電表(DMM)，係用於依據使用者選擇的量測模式，以相應的模式切換器將待測物上的電性透過輸入端耦合饋入，控制器透過電子開關與分壓器分壓取得相應輸入電位，以使其適合饋入於數位/類比轉換器並經其處理後，由控制器計算得出數值，並由顯示裝置顯示前述數值，控制器透過電子開關在分壓器選擇適當的分壓電阻，以產生適合於該數位/類比轉換器處理的相應輸入電位。

其次是比較電路，係用於將相應輸入電位之絕對值與前述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是一個比前述之數位類比轉換器的滿刻度(Full Scale)電壓值的絕對值還大的值，而前述比較電路至少包含輸入節點相應開關，用以依據使用者選擇的量測模式，讓控制器驅使比較電路中的輸入節點相應開關做切換，使相對應的輸入節點相應開關導通(ON)，以電性耦合到分壓器與電子開關而取得前述相應輸入電位。

然後是警示裝置，控制器接收到該高邏輯準位的高壓提示訊號時，會致能(Enable)警示裝置，提醒使用者注意。

依據本發明的一較佳實施例，上述之自動警示電表中的比較 電路更包含：比較器(Comparator)與邏輯閘(Logic Gate)。其中比較器係用於電性耦合到輸入節點相應開關以取得相應輸入電位，據以和預設極限值比較。而邏輯閘係用於電性耦合到比較器的輸出，而產生高壓提示訊號，並且只有在相應輸入電位的絕對值大於預設極限值的絕對值時，高壓提示訊號才為高邏輯準位。

依據本發明的一較佳實施例，上述之自動警示電表中的比較器至少包含窗型比較器，在前述相應輸入電位的絕對值大於預設極限值的絕對值時，上述的窗型比較器的兩個輸出端至少有一個會呈現高邏輯準位。而依據本發明的一較佳實施例，上述之邏輯閘可以是邏輯或閘，係被用以接受上述比較器的輸出，並在相應輸入電位的絕對值大於預設極限值的絕對值時，使得比較器的輸出至少有一為高邏輯準位，並藉以使得高壓提示訊號為高邏輯準位。

依據本發明的其他較佳實施例，上述之自動警示電表可以另外包含有：保護電路、訊號源電路以及頻率運算電路。前述訊號源電路係用於使用者選擇量測模式為電阻量測模式、電容量測模式或二極體量測模式時，做為電流源之用，以透過前述保護電路而對應地在相應輸入節點上產生前述之相應輸入電位。前述之電子開關、訊號源電路、比較電路、數位類比轉換電路、控制器以及頻率運算電路，本發明的一較佳實施例中，係以積體電路的型式製作而成。

另外，依據本發明的較佳實施例，其中前述之警示裝置可以包含視覺警示裝置、聽覺警示裝置以及觸覺警示裝置，視覺警示裝置可以為發光裝置，聽覺警示裝置可以為發聲裝置，觸覺警示裝置可以為震動裝 置。上述之視覺警示裝置可以包含燈泡、LED以及LCD等會發光的裝置，前述之聽覺警示裝置可以包含蜂鳴器等會發出聲音的裝置，前述觸覺警示裝置可以包含振動馬達等會震動的裝置。

INPUT1~INPUT4‧‧‧第一~第四輸入端

MODE SWITCH1~MODE SWITCH5‧‧‧第一~第五模式切換器

COM‧‧‧接地端

Rd1~Rd4‧‧‧分壓電阻

Rt1與Rt2‧‧‧電壓轉換電阻

n1~n9‧‧‧節點

R1~R8‧‧‧電壓轉換電路之電阻

D1,D2‧‧‧電壓轉換電路之電阻

SW1~SW11‧‧‧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

D*I‧‧‧二極體

F1 F2‧‧‧保險絲

100‧‧‧模式切換器

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‧‧‧顯示裝置

1000‧‧‧比較電路

1100‧‧‧警示裝置

1105‧‧‧視覺警示裝置

1106‧‧‧聽覺警示裝置

1107‧‧‧觸覺警示裝置

1150‧‧‧積體電路

1120‧‧‧頻率運算電路

1190‧‧‧液晶顯示器

第一圖係依據本發明之具有高電壓警示功能的萬用電表之功能方塊圖；第二圖係依據本發明之具有高電壓警示功能的萬用電表之一實施例，其中顯示部分電路位階之電路結構圖；第三圖係依據本發明之具有高電壓警示功能的萬用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；第四A圖係依據本發明之具有高電壓警示功能的萬用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；第四B圖係依據本發明之具有高電壓警示功能的萬用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；以及第四C係依據本發明之具有高電壓警示功能的萬用電表之一實施例在執行二極體量測時，偵測待測物電位之實施例。

在此，本發明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發明，反之，本發明並不限於這些實施例的範圍之內。

首先用第一圖解釋依據本發明的一較佳實施例運用在萬用 電表(亦有稱之為數位電表者)中之功能方塊圖，使用者以模式切換器100選擇其認為要測量之待測物之電性(或其他物理性質如溫度等)，將萬用電表中的輸入端200電性耦合(或連接到)到待測物上，此時保護電路300即透過模式切換器100中被選定的一組模式開關，與輸入端200形成電路導通。分壓器400與電壓轉換電路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。然後將前述數值傳送到顯示裝置950，以顯示給使用者讀取該數值。若有偵測到異常電壓，也可以在顯示裝置950上顯示OL(Over Limit)。以上所述為依據本發明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。

本發明的較佳實施例中，是以一組比較電路1000來偵測分壓點(亦即模式切換器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。而在本發明的一較佳實施例中，此警示裝置1100可以包含視覺警示裝置1105、聽覺警示裝置1106以及觸覺警示裝置1107。上述的視覺警示裝置1105可以包含LED或傳統燈泡等發光裝置，聽覺警示裝置1106可以包含蜂鳴器(BUZZER)等可以發出聲音的裝置，而觸覺警示裝置1107可以包含振動馬達等觸覺感受得到的裝置。因為本發明的一較佳實施例的具有高壓警示功能之萬用錶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，並且在顯示裝置顯示OL(Over Limit)。所以依據本發明的較佳實施例之具有高壓警示功能的萬用電表，在使用上就不會有傳統數位電表的潛在危險性。在第一圖中，一般習知的萬用電表(數位電表)可以包含除了比較電路1000與警示裝置1100之外的其餘所有或部分元件，端視電表所設計要被用來測量的電性有哪些而定。而本發明的一較佳實施例即是在習知的數位電表之外，更加上比較電路1000與警示裝置1100，以達成本發明所要做到的警示功能。

以下將用第二圖做進一步的描述，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發明的一較佳實施例之用，本發明的施行方式並不限定於此圖所揭露者。

如第二圖中所示，(第一輸入端INPUT1/第二輸入端INPUT2/COM對應到第一圖的輸入端200，R1~R8/D1/D2/F1/F2對應到第一圖的保護電路300，其中F1與F2為保險絲，第一模式切換器(MODE SWITCH1)~第五模式切換器(MODE SWITCH5)對應到第一圖的模式切換器100，Rd1~Rd4對應到第一圖的分壓器400，Rt1與Rt2對應到第一圖的電壓轉換電路500。其中，電壓/頻率與duty cycle/電阻/二極體/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，小電流量測(mA)使用第三輸入端INPUT3做輸入，而溫度量測則使用第四輸入端INPUT4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，如第二圖中的虛線框所包含的元件。

當依據本發明之具有高電壓警示功能的萬用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，第一模式切換器MODE SWITCH 1到第五模式切換器MODE SWITCH 5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。一般在電表中，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顯示為OL。

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。茲以本發明的一實施例中的部分電路圖顯示於第三圖中，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SW1-SW5)中的一個，例如開關SW1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SW5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，由於超過類比/數位轉換器600之滿刻度，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，將第三圖中原本連接R1與Rd1的開關SW5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，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SW4關閉(OFF)，並將SW3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之電位已經低於類比/數位轉換器600之滿刻度，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，在本發明中並不會發生，因為在本發明是以一組比較電路1000來偵測分壓點(相應輸入節點)n2-n8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，請參照第二圖，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1105鳴叫，並點亮發光二極體1107。茲以本發明的一實施例中顯示於第三圖的部分，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，控制器700會使比較電路1000中的相應開關SW6導通(ON)，並使開關SW7~SW11關閉(OFF)，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，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(第三圖中的)控制器700，控制器700則會驅使蜂鳴器1107鳴叫，並點亮發光二極體1105，以及/或讓觸覺警示器1106震動，因此可達到警示的效果。

簡言之，依據本發明的一較佳實施例，比較電路1000包含了對應於相應輸入節點n2-n8的相應開關SW6-SW11、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，並且第二比較器CMP2的非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)的負值-1.5V。當相應開關SW6-SW11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)。

當比較電路中的相應開關SW6-SW11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，請參照第二圖，控制器700就會致能蜂鳴器1107以及/或發光二極體1105以及/或觸覺警示裝置1106，並在液晶顯示器1190上顯示OL，以對使用者提出警示。

以下說明當待測物為被動元件(電阻/二極體/電容)時，依據本發明的一較佳實施例之電表，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。請繼續參考第二圖，當執行被動元件(電阻/二極體/電容)量測時，待測物由第一輸入端INPUT1輸入，第一模式開關(MODE SWITCH 1)為ON，第二模式開關至第五模式開關(MODE SWITCH 2-5)為OFF。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為保護機體電路用的電阻，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，換言之，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，並點亮發光二極體1105，以及/或讓觸覺警示器1106震動，因此可達到警示的效果。

當依據本發明之具有高電壓警示功能的萬用電表之一實施例在執行待測物為電阻的量測時，請參照第四A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液晶顯示器1190。以上為依據本發明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。依據本發明的一較佳實施例之電表，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。在第四A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。

當依據本發明之具有高電壓警示功能的萬用電表之一實施例在執行待測物為電容的量測時，請參照第四B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(第二圖中)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再將此數值傳送到液晶顯示器1190。以上為依據本發明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。在第四B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。

當依據本發明之具有高電壓警示功能的萬用電表之一實施例在執行待測物為二極體的量測時，請參照第四C圖，此時訊號源電路900 對熱敏電阻R3施加一個+1V的電壓源，若二極體導通，則偵測端n4節點的電位為+0.7V左右，若不導通，n4節點的電位則為+1V，n4節之電位經由電子開關800傳送至類比/數位轉換器600，則可求得二極體D*之導通電位，此電位在正常的量測狀態亦為正值。在二極體量測模式中，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中的比較器將偵測相應輸入節點n4的電位是否異常，若n4節點的電位高出電壓源的電位甚多，或者低於0V甚多，則視為異常，代表此時輸入端的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D*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，在第四C圖的實施例中，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。

當依據本發明之具有高電壓警示功能的萬用電表之一實施例在執行待測物上的訊號之頻率或duty cycle量測時，請參照第二圖，待測訊號由第一輸入端INPUT1輸入，第二模式開關MODE SWITCH2為ON，第一模式開關MODE SWITCH1與第三模式開關MODE SWITCH3至第五模式開關MODE SWITCH5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。而在依照本發明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，在頻率或duty cycle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。

當依據本發明之具有高電壓警示功能的萬用電表之一實施例在執行待測物上的電流量測時，待測訊號由第二輸入端INPUT2輸入，第三模式開關MODE SWITCH3為ON，第一模式開關MODE SWITCH1與第二模式開關MODE SWITCH2與第四模式開關MODE SWITCH4與第五模式開關MODE SWITCH5為OFF。R6為保護IC用的電阻，與R6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液晶顯示器1190。以上為依據本發明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。

當依據本發明之具有高電壓警示功能的萬用電表之一實施例在執行待測物上的小電流量測時，待測訊號由第三輸入端INPUT3輸入，第四模式開關MODE SWITCH4為ON，第一模式開關MODE SWITCH1到第三模式開關MODE SWITCH3與第五模式開關MODE SWITCH5為OFF。R7為保護IC用的電阻，與R7連接的節點n7為偵測端，此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F2與電阻Rt2，此電流並且在電阻Rt1上轉換成一個電壓訊號，此電壓透過節點n7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之大小，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液晶顯示器1190。以上為依據本發明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n7節點的電位是否異常，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n7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致能(Enable)警示裝置1100。

當依據本發明之具有高電壓警示功能的萬用電表之一實施例在執行待測物上的溫度量測時，熱電偶(thermocouple)的兩端會插在第四輸入端INPUT4與COM，此時第五模式開關MODE SWITCH5為ON，第一模式開關MODE SWITCH1到第四模式開關MODE SWITCH4為OFF。R8為保護IC用的電阻，與R8連接的節點n8為偵測端，此亦為執行待電流量測時的相應輸入節點。熱電偶隨溫度之變化，會產生一個電壓訊號，此電壓透過相應輸入節點n8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，可得到熱電偶上的電壓值，此數值傳至控制器700，控制器經由查表換算，便可得到待測物之溫度。以上為依據本發明的一較佳實施例之電表用於測量待測物溫度的運作方式，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：在溫度量測模式下，控制器700會驅使比較電路1000中的開關做切換，此時比較電路中的比較器將偵測相應輸入節點n8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n8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，況且一般狀況下熱電偶上之電位應該很低，通常不超過0.1V，若有這種異常狀況發生時，很可能是使用者不小心將熱電偶的導線接觸到電壓源。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致能(Enable)警示裝置1100。

以上所舉的實施例涵蓋了一般萬用電表的量測功能，都可以應用本發明的較佳實施例，而使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，並延長電表的使用壽命。

顯然地，依照上面實施例中的描述，本發明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，本發明還可以廣泛地在其他的實施例中施行。上述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離本發明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。雖然前述已經對本發明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‧‧‧模式切換器

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‧‧‧顯示裝置

1000‧‧‧比較電路

1100‧‧‧警示裝置

1105‧‧‧視覺警示裝置

1106‧‧‧聽覺警示裝置

1107‧‧‧觸覺警示裝置

1120‧‧‧頻率運算電路

Claims (12)

1. 一種自動警示電表，在使用者以該自動警示電表的輸入端電性耦合到待測物時，若該待測物具有的電位之絕對值超過該自動警示電表的預設極限值的絕對值時，該自動警示電表會提醒該使用者注意，該自動警示電表至少包含：數位電表，係用於依據該使用者選擇的量測模式，以相應的模式切換器將該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，以適合並饋入於數位/類比轉換器處理後，經由控制器計算得出數值，並由顯示裝置顯示該數值；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，產生高壓提示訊號，該預設極限值之絕對值係為比該數位類比轉換器的滿刻度(Full Scale)電壓值的絕對值還大的值，該比較電路至少包含窗型比較器，當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邏輯準位的高壓提示訊號；以及 警示裝置，該控制器接收到該高邏輯準位的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項所述之自動警示電表，其中上述之比較電路更包含：輸入節點相應開關，係用於依據該使用者選擇的量測模式，讓控制器驅使該比較電路中的輸入節點相應開關做切換，使相對應的輸入節點相應開關導通(ON)，以取得該相應輸入電位，該輸入節點相應開關係電性耦合到該窗型比較器，以提供該窗型比較器該相應輸入電位；以及邏輯閘，係用電性耦合到該窗型比較器的輸出而產生高壓提示訊號，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，該高壓提示訊號為高邏輯準位。
3. 如申請專利範圍第2項所述之自動警示電表，其中上述之邏輯閘為邏輯或閘，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高邏輯準位，並使該高壓提示訊號為高邏輯準位。
4. 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：保護電路、訊號源電路以及頻率運算電路，該控制器透過該電子開關在該分壓器選擇適當的分壓電阻，以產生適合於該數位/類比轉換器處理的該相應輸入電位，該訊號源電路係用於該使用者選擇量測模式為電阻量測模式、電容量測模式或二極體量測模式時，做為電流源之用，以透過該保護電路而對應地在相應輸入節點上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、該數位類比轉換電路、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。
5. 如申請專利範圍第1項所述之自動警示電表，其中上述之警示裝置至少包含視覺警示裝置、聽覺警示裝置以及觸覺警示裝置，其中該視覺警示裝置為發光裝置，該聽覺警示裝置為發聲裝置，該觸覺警示裝置為震動裝置。
6. 如申請專利範圍第5項所述之自動警示電表，其中上述之視覺警示裝置至少包含燈泡及LED，該聽覺警示裝置至少包含蜂鳴器，該觸覺警示裝置至少包含振動馬達。
7. 一種自動警示電表，在使用者以該自動警示電表的輸入端電性耦合到待測物時，若該待測物具有的電 位之絕對值超過該自動警示電表的預設極限值的絕對值時，該自動警示電表會提醒該使用者注意，該自動警示電表至少包含：數位電表，係用於依據該使用者選擇的量測模式，以相應的模式切換器將該待測物上的電性透過輸入端耦合饋入，控制器透過電子開關與分壓器分壓取得相應輸入電位，以適合並饋入於數位/類比轉換器處理後，由控制器計算得出數值，並由顯示裝置顯示該數值，該控制器透過電子開關在該分壓器選擇適當的分壓電阻，以產生適合於該數位/類比轉換器處理的該相應輸入電位；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，產生高壓提示訊號，該預設極限值之絕對值係為比該數位類比轉換器的滿刻度(Full Scale)電壓值的絕對值還大的值，該比較電路至少包含輸入節點相應開關，係依據該使用者選擇的量測模式，讓該控制器驅使該比較電路中的輸入節點相應開關做切換，使相對應的輸入節點相應開關導通(ON)，以電性耦合到該分壓器與該電子開關而取得該相應輸入電位，該比較電 路更包含窗型比較器，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高邏輯準位；以及警示裝置，該控制器接收到該高邏輯準位的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項所述之自動警示電表，其中上述之比較電路更包含：邏輯閘，係用電性耦合到該窗型比較器的輸出而產生高壓提示訊號，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，該高壓提示訊號為高邏輯準位。
9. 如申請專利範圍第8項所述之自動警示電表，其中上述之邏輯閘為邏輯或閘，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高邏輯準位，並使該高壓提示訊號為高邏輯準位。
10. 如申請專利範圍第7項所述之自動警示電表，其中上述之自動警示電表更包含：保護電路、訊號源電路以及頻率運算電路，該訊號源電路係用於該使用者 選擇量測模式為電阻量測模式、電容量測模式或二極體量測模式時，做為電流源之用，以透過該保護電路而對應地在相應輸入節點上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、該數位類比轉換電路、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。
11. 如申請專利範圍第7項所述之自動警示電表，其中上述之警示裝置至少包含視覺警示裝置、聽覺警示裝置以及觸覺警示裝置，其中該視覺警示裝置為發光裝置，該聽覺警示裝置為發生裝置，該觸覺警示裝置為震動裝置。
12. 如申請專利範圍第11項所述之自動警示電表，其中上述之視覺警示裝置至少包含燈泡及LED，該聽覺警示裝置至少包含蜂鳴器，該觸覺警示裝置至少包含振動馬達。