實驗室教學用直流電源供應裝置的製作方法

2023-10-21 19:02:57

專利名稱：實驗室教學用直流電源供應裝置的製作方法
技術領域：
實驗室教學用直流電源供應裝置
技術領域：
本實用新型涉及一種實驗室教學用直流電源供應裝置，具有輸出穩定及多種變化低壓直流電源的功能，在電學實驗課程操作中，可向學生提供所需低壓直流電源值，進而取 代使用乾電池，有利於環保，以及減少購買乾電池費用的支出。屬於教學實驗室中的供電設 備。
背景技術：
自從初中和高中設有理化自然學科的課程後，每位學生除接受一定課時的理論課 程外，也必須進入實驗室來完成實驗操作，假如全國至少有35000所初中，其每一所中學均 設有理化教學實驗室，而每年超過一千萬名初中學生均得開始學習電學的課程，若以六人 為一組共享一個乾電池來做電學實驗，則每年總計所有學校實驗室所需購買約150萬顆新 乾電池，若再加計高中、職高及大專工科等實驗室所需求的新乾電池數量，則每年乾電池所 需的數量至少在300萬顆以上，面對所有學校實驗室每年如此龐大數量的乾電池使用量， 會存在如下缺失1.上述每年學校實驗室購買新乾電池的數量至少150萬顆，即代表也會有150萬 顆廢舊電池必須同步回收，其對環保上的負擔與衝擊只會增加不會減少，而回收廢舊乾電 池作業所衍生的相關成本也無法免除，故此一現象不僅繼續每年存在外，也形成環保教育 上的一大負面題材。2.所有學校實驗室購買乾電池的經費均是由各省、市、縣等地方政府教育單位負 責編列，對於財政貧富不均的各地方政府而言，常會造成某些學校新學期有新乾電池，某些 學校卻無經費換購新乾電池的現象，致使無法購買新乾電池的學校，常發生當學生進入實 驗室卻無新乾電池可用的情況，老師們也只好以舊乾電池進行理論教學，不但間接影響學 生平等受教的權利，也對教學成果大打折扣，無怪乎大多數初中學生普遍存在對電學知識 及應用常識均缺乏之情形，長年下來也就令人不足為奇了 ！3.眾所周知，乾電池不使用時仍會有衰減現象，學校實驗室中的乾電池並非處於 持續使用的狀態，學生未進行實驗課程操作時，乾電池的電壓及電流便會產生自然耗損，待 需使用時卻又發生電量不足的情形，以致常得在學期中再去加購新乾電池，在現代一切講 求節能減排的環保趨勢下，其反而形成另一種型式之資源浪費，若想做到物盡其用來發給 學生帶回家私用以減少浪費，則會因乾電池是屬於學校經費所購買的公物而無法做到，故 目前學校實驗室所用的乾電池確有造成浪費。

實用新型內容本實用新型一種實驗室教學用直流電源供應裝置，其目的在於提供1、由電源轉換電路中數個相串聯的變壓整流電路，可在其每兩個輸出端點之間輸 出一穩定的1. 5伏特電壓直流電源，從而取代一個1. 5伏特乾電池，這樣可以節省每年學校 實驗室必須購買乾電池的成本支出，又有利於環保；[0008]2、其本體表面上裸設有數個輸出端子插座，可變化輸出各種低壓直流電源，而能 滿足學生進行相關電學實驗課程操作上所需的各種低壓直流電源值的條件，並且不必再如 往常的習知方式，以雙手握持數個乾電池來進行串聯的不當操作。3、其本體上的顯示部印設有乾電池輪廓圖樣及數個電壓數值標示，使學生在實驗 進行的過程中，可隨時目視顯示部中的乾電池輪廓圖樣或電壓數值標示，來讀取得知其當 下所使用的直流電壓電源值是否正確，進而確保實驗操作結果的可靠性與正確度。4、其電源轉換電路中所使用的各電子組件，均是既有大量生產的工業電子組件， 故整體製造的成本相當低廉，相較於每年汰換購買新乾電池的成本而言，可減少採購成本， 以及可重複使用的多重經濟效益。本實用新型一種實驗室教學用直流電源供應裝置，其特徵在於該直流電源供應 裝置包括一本體，為一長方條中空殼體，具有一頂部面、一底部面、兩長側面及兩短側面，其 內部容置有電源轉換電路；一電源轉換電路，由一變壓器及數個變壓整流電路相互串聯後組成，而該每一變 壓整流電路均由一全波整流器、一濾波電容及一穩壓電路所構成，其中，全波整流器是由 四個二極體組成，並與變壓器的二次線圈相接，該穩壓電路由一負載電阻及一稽納二極體 (ZenerDiode) ZD組成，經由串聯數個變壓整流電路後所形成的數個輸出端點，在其每兩個 輸出端點之間，提供輸出一穩定狀態的1. 5伏特電壓的直流電源；數個輸出端子插座，以等距間隔並呈一直線排列方式而裸設於本體的頂部面上， 且該每一輸出端子插座的導電端，又分別與該電源轉換電路中各個輸出端點行相對應接連 導通；一顯示部，是印設於本體的頂部面上，其包括數個乾電池輪廓圖樣及數個電壓數 值標示，其中，該每一個乾電池輪廓圖樣的位置，均介於兩相鄰輸出端子插座之間，再以線 條將每一個乾電池輪廓圖樣作相互串聯所形成的圖示，而置於輸出端子插座的其中一側邊 位置處，該數個電壓數值標示則以尺寸標示的方式，而置於輸出端子插座的另一側邊位置 處；一電源線，設於本體的其中一短側面上，並與本體內部中電源轉換電路的變壓器 的一次線圈相連接，另在其自由端上再接設有一電源插頭；及一電源開關，設於本體的其中一短側面上，其導電端與電源轉換電路相接，控制電 源轉換電路的啟閉狀態。其中，該本體的底部面上更凸設有四個橡膠絕緣墊。其中，該本體的另一短側面上更增設有一電源插座。其中，該本體更設為一三角長條中空殼體，而具有兩長側頂部斜面、兩三角短側面 及一底部面，並將該數個輸出端子插座及顯示部裸設於其中一頂部斜面上。 其中，該本體的另一三角短側面上設有一電源插座。其中，該本體的兩長側頂部斜面上，各裸設有數個輸出端子插座及顯示部。其中，該顯示部中的乾電池輪廓圖樣，更設成指針儀表圖樣的顯示樣態。其中，該顯示部中的乾電池輪廓圖樣，更設成數字造形圖樣的顯示樣態。其中，電源轉換電路中的變壓整流電路，更設由一橋式整流器、一濾波電容、一穩壓電路及一限流保護電路所構成，其中，該橋式整流器是與電源轉換電路中變壓器的二次 線圈相接，且該穩壓電路由兩電晶體，以及一 10. 5歐姆的負載電阻與一 7歐姆的負載電阻 串並聯組成。其中，該電源轉換電路中每一變壓整流電路均各接設有一變壓器。本實用新型的有優點及功效在於1、能滿足學生進行相關電學實驗課程操作上所 需的各種低壓直流電源值的條件，並且不必再如往常的習知方式，以雙手握持數個乾電池 來進行串聯的不當操作。2、學生在實驗進行的過程中，可隨時目視顯示部中的乾電池輪廓 圖樣或電壓數值標示，來讀取得知其當下所使用的直流電壓電源值是否正確，進而確保實 驗操作結果的可靠性與正確度。3、整體製造的成 本相當低廉，相較於每年汰換購買新乾電 池的成本而言，可減少採購成本，以及可重複使用的多重經濟效益，且有利於環保。

圖1 是本實用新型的立體示意圖。圖2 是本實用新型的部分立體示意圖。圖3 是本實用新型中電源轉換電路的電路圖。圖4 是本實用新型操作使用的立體示意圖。圖5 是本實用新型中電源轉換電路另一實施例的電路圖。圖6 是本實用新型中顯示部圖樣的另一實施例示意圖。圖7 是本實用新型中顯示部圖樣的又一實施例示意圖。圖8 是本實用新型中本體另一短側面設有插座的立體示意圖。圖9 是兩組本實用新型串聯使用的示意圖之一。圖10 是兩組本實用新型串聯使用的示意圖之二。圖11 是本實用新型另一實施例的立體示意圖。圖12 是本實用新型另一實施例中本體的短側面設有插座的立體示意圖。圖13 是本實用新型又一實施例的示意圖。圖14 是本實用新型中電源轉換電路又一實施例的電路圖。圖15 是兩組本實用新型並聯使用的示意圖。圖16 是本實用新型中電源轉換電路再一實施例的電路圖。圖中具體標號如下10、IOa-本體 11-頂部面12-底部面13-長側面14-短側面15-橡膠絕緣墊 16-電源插座 17-頂部斜面18-三角短側面 20-輸出端子插座30-顯示部31-乾電池輪廓圖樣32-電壓數值標示33-指針儀表圖樣34-數字造形圖樣40-電源線41-電源插頭50-電源開關 60、70-導線61a、61b、71a、71b_接線端子80-負載燈泡81-正極端部82-負極端部100、200、300、400_電源轉換電路101-變壓器102、201、301、401_變壓整流電路103-全波整流器104、203_穩壓電 路105-輸出端點202-橋式整流器204-限流保護電路C-濾波電容D1、D2、D3、D4_ 二極 管01、02、03-電晶體1 、1 1、1 2-負載電阻R4-迴路電阻ZD-稽納二極體具體實施方式[0053]如圖1至圖3所示，本實用新型一種實驗室教學用直流電源供應裝置，該裝置包 括一本體10，為一長方條中空殼體，具有一頂部面11、一底部面12、兩長側面13及兩 短側面14，其內部容置有電源轉換電路100 (如圖3所示)，於底部面12上凸設有四個橡膠 絕緣墊15 ；一電源轉換電路100，由一變壓器101及數個變壓整流電路102相互串聯後組成， 該每一變壓整流電路102由一全波整流器103、一濾波電容C及一穩壓電路104所構成， 其中，全波整流器103是由四個二極體Dl、D2、D3及D4組成，並與變壓器101的二次線 圈(secondarycoil)相接，而穩壓電路104由一負載電阻R及一 1.5V稽納二極體(Zener Diode) ZD組成，該負載電阻R的作用是用來限定稽納二極體(Zener Diode) ZD的電流，以 免被破壞，並可用來限制短路時的過大電流，以避免負載短路時燒毀電路中的零件；由全波 整流器103及濾波電容C，可將來自變壓器101 二次線圈的3V交流電整流成直流電，同時 再經由穩壓電路104的穩壓作用，便可使變壓整流電路102能輸出一 1. 5伏特電壓的穩定 直流電源，進而將來自市電的交流220V電源，透過該電源轉換電路100的每兩個輸出端點 105之間，而得以提供輸出一穩定狀態的1.5伏特電壓直流電源；數個輸出端子插座20，是以等距間隔並呈一直線排列方式而裸設於本體10的頂 部面11上，且該每一輸出端子插座20的導電端，又分別與電源轉換電路100中各個輸出端 點105行相對應接連導通；一顯示部30，印設於本體10的頂部面11上，其包括數個乾電池輪廓圖樣31及數 個電壓數值標示32，其中，該每一個乾電池輪廓圖樣31的位置，均介於兩相鄰輸出端子插 座20之間，再以線條將每一個乾電池輪廓圖樣31作相互串聯所形成的圖示，而置於輸出端 子插座20的其中一側邊位置處，又該數個電壓數值標示32則以尺寸標示的方式，而置於輸 出端子插座20的另一側邊位置處；一電源線40，設於本體10的其中一短側面14上，並與本體10內部中電源轉換電 路100的變壓器101的一次線圈(primary coil)相連接，另在其自由端上再接設有一電源 插頭41 ；及一電源開關50，設於本體10的其中一短側面14上，其導電端與電源轉換電路100 相接，可控制電源轉換電路100的啟閉狀態；如圖4所示，本實用新型在使用上極為簡易，當進行實驗室教學操作上的所需電 源被設定為一個1. 5伏特乾電池時，其操作步驟如下a.先將一條導線60的其中一接線端子61a插入本體10中任一輸出端子插座20 內，b.再將另一條導線70的其中一接線端子71a，經由顯示部30選擇間隔一個乾電 池輪廓圖樣31所對應的輸出端子插座20後並插入，即可獲得實驗所需的1. 5伏特直流電 源；因間隔一個乾電池輪廓圖樣31的兩個相鄰輸出端子插座20之間，其輸出的電壓值即 是電源轉換電路100中每兩個輸出端點105所輸出的電壓值，故該導線60的另一接線端子 61b與導線70的另一接線端子71b之間的輸出電壓也即是1. 5伏特直流電源，而其與一個 1. 5伏特乾電池所輸出的電源也相同，c.最後，將該導線60的另一接線端子61b與導線70的另一接線端子71b，再分別插入負載燈泡80的負極端部82與正極端部81，即可輸入1. 5伏特直流電源來使負載燈泡80達成發亮的目的。若進行實驗室教學操作上的所需電源被設定為兩個1. 5伏特乾電池串聯成3V時， 只需在上述步驟b中將另一條導線70的其中一接線端子71a，經由顯示部30選擇間隔兩個 乾電池輪廓圖樣31所對應的輸出端子插座20後並插入(如圖4中的假想線部份所示)，即 可獲得實驗所需的3伏特直流電源；因此，依前述的操作方式，便可滿足實驗室教學操作上 所需的各種設定的直流電壓電源值條件，且學生在實驗進行的過程中，可隨時目視顯示部 30中的乾電池輪廓圖樣31或電壓數值標示32，來讀取得知其當下所使用的直流電壓電源 值。再者，若二人以上(含二人)欲同時使用本實用新型時，仍依前述的操作方式各自 進行，即可滿足各自實驗進行操作上所需的各種設定的直流電壓電源值條件。如圖5所示，為電源轉換電路200的另一實施例，其每一變壓整流電路201，更設 由一橋式整流器202、一濾波電容C、一穩壓電路203及一限流保護電路204所構成，其中， 橋式整流器202與變壓器101的二次線圈(secondary coil)相接，該穩壓電路203則由兩 電晶體Ql、Q2，以及一 10. 5歐姆的負載電阻Rl與一 7歐姆的負載電阻R2串並聯組成，其 仍可達成輸出大小等於DCl. 5V的電壓值，因電晶體Q2的Vbe的電壓降固定為0. 6V是不變 的，故負載電阻R2兩端的壓降也為0. 6V ；該限流保護電路204是由電晶體Q3和迴路電阻 R4組成，當輸出電流超出安全負載或短路時，流經迴路電阻R4的電流便會產生0. 6V以上的 電壓降，而使電晶體Q3導通，得將供應電晶體Ql的偏壓電流Ik3傍路，而使電晶體Ql輸出 的電流受到抑制，進而達到電路保護的效果；本電源轉換電路200具有更佳的能源效率。如圖6所示，其中，該顯示部30中的乾電池輪廓圖樣31，可更設成類似指針儀表圖 樣33的顯示態樣，仍具同樣預期效果。又如圖7所示，其中，該顯示部30中的乾電池輪廓圖樣31，也可更設成類似數字造 形圖樣34的顯示態樣，仍具同樣預期效果。如圖8至圖10所示，其中，該本體10的另一短面14上更增設有一電源插座16 (如 圖8所示)，可供另一組本實用新型的本體10中電源線40的電源插頭41插入(如圖9所 示)，而形成串聯擴大的直流電壓電源值範圍(如圖10所示)，除能提供給更多學生人數的 使用需求外，又具有更多直流電壓電源值的變化組合。如圖11及圖12所示，其中，該本體IOa可更設為一三角長條中空殼體，而具有兩 長側頂部斜面17、兩三角短側面18及一底部面12，另將數個輸出端子插座20及顯示部30 裸設於其中一頂部斜面17上，使得操作導線60的接線端子61a插入輸出端子插座20更具 便利性，並提供目視顯示部30時具有更佳的視角，另在另一三角短側面18上設有一電源插 座再如圖13所示，其中，該本體IOa的兩長側頂部斜面17上，均裸設有數個輸出端 子插座20及顯示部30，其仍具同樣的操作便利性及目視顯示部30的更佳視角的預期效果。如圖14及圖15所示，是電源轉換電路300的又一實施例，其中，該每一變壓整流 電路301均各接設有一變壓器101，使得其每兩個輸出端點105之間除仍具有輸出大小等於 DCl. 5V之電壓值外，更可做為兩組本實用新型之間進行相互並聯的使用(如圖15所示)， 以獲得更大的電流，進而滿足實驗教學中更大電流值的需求。[0073] 如圖16及圖15所示，是圖5中電源轉換電路400的再一實施例，其中，該每一變 壓整流電路401均各接設有一變壓器101，使得其每兩個輸出端點105之間除仍具有輸出大 小等於DCl . 5V的電壓值外，更可做為兩組本實用新型之間進行相互並聯的使用(如圖15 所示)，以獲得更大之電流，進而滿足實驗教學中更大電流值的需求。
權利要求一種實驗室教學用直流電源供應裝置，其特徵在於該直流電源供應裝置包括一本體，為一長方條中空殼體，具有一頂部面、一底部面、兩長側面及兩短側面，其內部容置有電源轉換電路；一電源轉換電路，由一變壓器及數個變壓整流電路相互串聯後組成，而該每一變壓整流電路均由一全波整流器、一濾波電容及一穩壓電路所構成，其中，全波整流器是由四個二極體組成，並與變壓器的二次線圈相接，該穩壓電路由一負載電阻及一稽納二極體組成，經由串聯數個變壓整流電路後所形成的數個輸出端點，在其每兩個輸出端點之間，提供輸出一穩定狀態的1.5伏特電壓的直流電源；數個輸出端子插座，以等距間隔並呈一直線排列方式而裸設於本體的頂部面上，且該每一輸出端子插座的導電端，又分別與該電源轉換電路中各個輸出端點行相對應接連導通；一顯示部，是印設於本體的頂部面上，其包括數個乾電池輪廓圖樣及數個電壓數值標示，其中，該每一個乾電池輪廓圖樣的位置，均介於兩相鄰輸出端子插座之間，再以線條將每一個乾電池輪廓圖樣作相互串聯所形成的圖示，而置於輸出端子插座的其中一側邊位置處，該數個電壓數值標示則以尺寸標示的方式，而置於輸出端子插座的另一側邊位置處；一電源線，設於本體的其中一短側面上，並與本體內部中電源轉換電路的變壓器的一次線圈相連接，另在其自由端上再接設有一電源插頭；及一電源開關，設於本體的其中一短側面上，其導電端與電源轉換電路相接，控制電源轉換電路的啟閉狀態。
2.根據權利要求1所述的實驗室教學用直流電源供應裝置，其特徵在於該本體的底 部面上更凸設有四個橡膠絕緣墊。
3.根據權利要求1所述的實驗室教學用直流電源供應裝置，其特徵在於該本體的另 一短側面上更增設有一電源插座。
4.根據權利要求1所述的實驗室教學用直流電源供應裝置，其特徵在於該本體更設 為一三角長條中空殼體，而具有兩長側頂部斜面、兩三角短側面及一底部面，並將該數個輸 出端子插座及顯示部裸設於其中一頂部斜面上。
5.根據權利要求4所述的實驗室教學用直流電源供應裝置，其特徵在於該本體的另 一三角短側面上設有一電源插座。
6.根據權利要求4所述的實驗室教學用直流電源供應裝置，其特徵在於該本體的兩 長側頂部斜面上，各裸設有數個輸出端子插座及顯示部。
7.根據權利要求1所述的實驗室教學用直流電源供應裝置，其特徵在於該顯示部中 的乾電池輪廓圖樣，更設成指針儀表圖樣的顯示樣態。
8.根據權利要求1所述的實驗室教學用直流電源供應裝置，其特徵在於該顯示部中 的乾電池輪廓圖樣，更設成數字造形圖樣的顯示樣態。
9.根據權利要求1所述的實驗室教學用直流電源供應裝置，其特徵在於電源轉換電 路中的變壓整流電路，更設由一橋式整流器、一濾波電容、一穩壓電路及一限流保護電路所 構成，其中，該橋式整流器是與電源轉換電路中變壓器的二次線圈相接，且該穩壓電路由兩 電晶體，以及一 10. 5歐姆的負載電阻與一 7歐姆的負載電阻串並聯組成。
10.根據權利要求1所述的實驗室教學用直流電源供應裝置，其特徵在於該電源轉換 電路中每一變壓整流電路均各接設有一變壓器。
專利摘要本實用新型涉及一種實驗室教學用直流電源供應裝置，該裝置包括一本體、一電源轉換電路、數個輸出端子插座、一顯示部、一電源線及一電源開關；由電源轉換電路中數個相串聯之變壓整流電路，可在其每兩個輸出端點之間輸出一穩定的1.5伏特電壓直流電源，而具有取代一個1.5伏特乾電池的功能，這樣可以節省每年學校實驗室必須購買乾電池的成本支出，又有利於環保。
文檔編號H02M7/04GK201639495SQ201020101869
公開日2010年11月17日 申請日期2010年1月27日 優先權日2010年1月27日
發明者姚明達 申請人:姚明達;姚王悅玲;薛錦龍;張美珍