Счётчик электрической энергии

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно, к электронным устройствам для измерения интеграла электрической мощности или тока по времени, например потребления или расхода, и может быть использована в качестве бытового многофункционального счётчика электрической энергии.
Из уровня техники известен счётчик электрической энергии, содержащий корпус, образованный цоколем с частично закрывающей его крышкой и узлом крепления на тыльной поверхности, фиксируемую в корпусе коробку зажимов со слаботочными зажимами и собственной прозрачной крышкой, и электронный модуль на печатной плате, зафиксированный на цоколе под крышкой корпуса и снабжённый микровыключателем контроля вскрытия крышки корпуса (см. патент RU18586, кл. G01R 11/04, опубл. 23.11.2018). К зажимам крепятся входящие и отходящие провода напряжением 230 В и по нормам коробка зажимов должна обеспечить отсутствие пробоя через материал и по поверхности коробки при импульсном напряжении 4 кВ. При размещении выходных слаботочных зажимов непосредственно в материале коробки зажимов необходимо обеспечить доступ провода к отверстию зажима и доступ инструмента к зажимному винту. Подобное решение имеет недостаток – отсутствие достаточного места для размещения необходимого количества слаботочных зажимов. (как правило от двух до четырёх, исходя из имеющегося свободного места). Кроме того, счетчик имеет ограниченную функциональность, большие габариты и недостаточную надёжность ограничения несанкционированного доступа: крышка коробки зажимов допускает возможность проникновения во внутреннюю часть счётчика без повреждения пломбы эксплуатирующей организации.
Технической проблемой является устранение указанных недостатков и создание компактной, унифицированной и удобной в эксплуатации конструкции счётчика электрической энергии. Технический результат заключается в повышении надёжности защиты счётчика от несанкционированного доступа. Поставленная проблема решается, а технический результат достигается тем, что в счётчике электрической энергии, содержащем корпус, образованный цоколем с частично закрывающей его крышкой и узлом крепления на тыльной поверхности, фиксируемую в корпусе коробку зажимов с клеммами телеметрического выхода и собственной прозрачной крышкой, и электронный модуль на печатной плате, зафиксированный на цоколе под крышкой корпуса и снабжённый микровыключателем контроля вскрытия крышки корпуса, внутри крышки коробки зажимов выполнен бортик, в закрытом положении этой крышки ограничивающий доступ к винтам указанных зажимов. Коробка зажимов предпочтительно снабжена посадочным местом для дополнительной печатной платы с микровыключателем контроля вскрытия крышки коробки зажимов и посадочным местом для соединённого с этой платой элемента питания. Крышка корпуса предпочтительно снабжена подпружиненной кнопкой управления, основание которой проходит через отверстие в указанной крышке к электронному модулю и снабжено торообразным уплотнением, расположенным с внутренней стороны этой крышки. Крышка корпуса предпочтительно снаружи снабжена полукруглым выступом, а внутри – установленной на штырях шайбой из магнитомягкого материала, обеспечивающими возможность фиксации магнитной головки оптического считывающего устройства. Крышка корпуса предпочтительно примыкает к цоколю в плоскости, образующей с её лицевой поверхностью угол в 3-9º. Вдоль линии примыкания к цоколю в крышке корпуса предпочтительно выполнен паз, ответный выступу на цоколе и снабжённый уплотнителем. Узел крепления предпочтительно содержит подпружиненный зажим, фиксирующий счётчик на горизонтальной монтажной рейке, расположенную в углублении в верхней части цоколя вертикальную монтажную пластину с прорезью и выполненные в нижней части цоколя отверстия под крепёжные винты.
На фиг.1 представлен общий вид предлагаемого счётчика;
на фиг.2 – то же, вид сзади;
на фиг.3 – то же, вид сбоку (частично в разрезе);
на фиг.4 – счётчик со снятой крышкой корпуса;
на фиг.5 –общий вид цоколя;
на фиг.6 – крышка корпуса, вид спереди;
на фиг.7 –крышка корпуса в разрезе;
на фиг.8 –коробка зажимов со снятой крышкой;
на фиг.9 –общий вид коробки зажимов;
на фиг.10 –крышка коробки зажимов, общий вид изнутри.
Корпус предлагаемого счетчика электрической энергии состоит из цоколя 1 прямоугольного коробчатого типа, одна из стенок которого сформирована поверхностью коробки 2 зажимов, которая крепится быстрозажимными фиксирующими элементами (защёлками) 3 на цоколе 1, и двух прозрачных крышек: крышки 4 корпуса и крышки 5 коробки зажимов, ограничивающих каждая свой объем корпуса и изготовленных из термопластичных материалов методом литья под давлением. Крышка 4 корпуса счетчика и крышка 5 коробки зажимов после сборки счетчика образуют единое целое – лицевые поверхности крышек являются продолжением друг друга без уступа на стыке. В пространстве между цоколем 1 и крышкой 4 корпуса размещаются основные функциональные узлы: электронный модуль на печатной плате 6, выполняющий основную функцию измерения и отображения измеренных величин. На внутренней поверхности цоколя 1 расположены элементы крепления 7 платы 6 со смонтированными на ней электронными компонентами, также расположены элементы 8, обеспечивающие сборку корпуса – фиксаторы, стойки и защелки для позиционирования элементов, в том числе для крепления электронного модуля с электромеханическим отсчетным устройством и крышки 4 корпуса.
Примыкающие друг к другу поверхности крышки 4 корпуса и цоколя 1 имеют структуру «шип-паз», в крышке 4 по периметру сформирован паз с возможностью закладки в него уплотнителя 9, а по периметру цоколя 1 сформирован ответный шип, который при смыкании крышки 4 и цоколя 1 сжимает эластичный уплотнитель 9 и обеспечивает герметичность полезного объема корпуса.
Крепление крышки 4 корпуса к цоколю 1 осуществляется путем зацепления крышки 4 углублениями 10 в ней за два выступа 11, которые имеют такие поверхности сопряжения, что при закрывании крышки 4 полностью выбирается зазор между ней и цоколем 1, что обеспечивает плотное герметичное смыкание частей и точное позиционирование отверстий резьбового соединения крышки 4 с цоколем 1 пломбировочными винтами 12. При этом особое расположение плоскости примыкания крышки 4 к цоколю 1, образующей с лицевой поверхностью крышки 4 угол в 3-9º (предпочтительно 8-7º) позволяет качественно, без растяжения уплотнителя 9, герметично соединить крышку 4 и цоколь 1 и обеспечить минимальную длину пломбировочных винтов 12.
Цоколь 1 имеет на задней стороне паз 13 для монтажа счетчика на горизонтальную монтажную рейку (35 мм), а также узел крепления подпружиненного зажима 14, при помощи которого счетчик фиксируется на монтажной рейке. Кроме того, на задней поверхности цоколя 1 в верхней части выполнено углубление для размещения в нем вертикальной монтажной пластины 15 с «ушком» с прорезью вдоль всей её длины, которая позволяет фиксировать винтом посредством резьбовых втулок 16 точку подвеса счетчика от нижнего до верхнего положения в диапазоне 80 мм. Полная фиксация корпуса достигается прижатием цоколя 1 к поверхности стены винтами через два отверстия 17 с ребрами жесткости в нижней части цоколя 1. Такое выполнение узла крепления значительно повышает потребительские качества счётчика за счет универсального гибко регулируемого способа монтажа на панель.
Крышка 4 корпуса имеет прозрачную область (светофильтр) 18 прямоугольной формы с фасками внизу, на наружной поверхности которой имеется выступающий на 1 мм сегмент 19 в виде полуокружности диаметром 34 мм для фиксации магнитной головки оптического считывающего устройства и штырями 20, направленными внутрь полезного объема корпуса для фиксации шайбы из магнитомягкого материала, обеспечивающего надежную магнитную фиксацию оптической головки. Кроме того, в крышке 4 выполнено одно или два цилиндрических углубления для размещения кнопки 21 (или двух кнопок) управления отображением данных на дисплее. Основание (шток) кнопки 21 проходит через отверстие в крышке 4 к электронному модулю и снабжено торообразным латексным уплотнением 22, расположенным с внутренней стороны крышки 4. Кнопка 21 в отжатом посредством цилиндрической пружины 23 положении плотно закрывает зазор эластичным уплотнителем 22, который выполняет дополнительную функцию ограничителя хода и обеспечивает соблюдение требований к герметичному исполнению корпуса счётчиков наружного размещения IP54. На внутренней поверхности крышки 4 имеются четыре штыря 24 для крепления таблички 25 с основными надписями в соответствии с требованиями стандартов для средств измерения, а также цилиндрический выступ 26, который в сборе воздействует на нажимную часть микровыключателя контроля вскрытия крышки корпуса, расположенного на печатной плате 6 внутри корпуса. В счетчиках только с функцией измерения энергии указанные элементы отсутствуют.
Для обеспечения возможности замены резервного источника (батареи 27), она вынесена на цоколе 1 за пределы основного полезного объема корпуса, защищенного пломбами поверителя, в доступную для эксплуатирующей организации зону, закрываемую крышкой 5 коробки зажимов. Коробка 2 зажимов при этом может снабжаться посадочным местом для дополнительной печатной платы 28, крепящейся шурупами (саморезами) 29 и электрически связанной с основной платой 6 счетчика посредством жгута проводов с разъемом на конце. На дополнительной плате 28 размещается разъем 30 для проводов от батареи 27, микровыключатель 31 контроля вскрытия крышки 5 коробки зажимов и клеммник 32 для организации внешних интерфейсов (при этом важно, что на дополнительной плате 28 можно размещать клеммник с различным количеством клемм). В счетчиках только с функцией измерения энергии без дополнительных функций плата 28 и отверстие для жгута проводов от неё к плате 6 отсутствуют.
Коробка 2 зажимов несет на себе нагрузку качественного изолятора силовых зажимов 33 сжимного типа и исключения возникновения электрического пробоя как между зажимами, так между зажимами и дополнительной печатной платой 28, для чего сформированы высокие бортики 34 для увеличения длины путей утечки в зоне нахождения винтов 35 зажимов.
Коробка 2 зажимов имеет выступы 36 для фиксации ее защелками 3 цоколя 1, направляющие пазы для однозначности сборки. Кроме того, в коробку 2 зажимов в процессе литья детали запрессована резьбовая втулка 37, которая служит для монтажа крышки 5 коробки зажимов пломбировочным винтом.
На передней поверхности коробки 2 зажимов слева расположены две клеммы (слаботочные зажимы) 38 телеметрического выхода счетчика. Клеммы 38 обеспечивают минимальное требование для счетчиков электроэнергии с единственной функцией – учет электроэнергии, эти зажимы обеспечивают требуемый стандартом телеметрический интерфейс, в этом случае дополнительная плата не монтируется. Для счетчиков многофункциональных используется дополнительная плата 28 с размещенными на ней элементами 30-32. Таким образом, одна и та же деталь – коробка 2 зажимов – используется для разных исполнений счетчика электрической энергии.
Крышка 5 коробки зажимов выполнена из прозрачного пластика, с целью обеспечения визуального контроля качества монтажа счетчика, имеет отверстие 39 с закрытым каналом в крышке и пломбировочном винте для протягивания проволоки пломбы, обеспечивающее расположение головки винта заподлицо с поверхностью крышки коробки зажимов. На внутренней стороне крышки 5 наносится схема монтажа 40, необходимая для обеспечения корректного монтажа сетевых проводов к счетчику, причем в зеркальном отображении, чтобы схему было видно корректно через прозрачную крышку коробки зажимов с лицевой стороны.
Для повышении надёжности защиты счётчика внутри крышки 5 коробки зажимов выполняют ограничительный бортик (фартук) 41, в закрытом положении этой крышки ограничивающий механический доступ к винтам зажимов 33 и защищающий от попадания пыли и брызг, а также ребро 42, воздействующее на нажимную часть микровыключателя контроля вскрытия крышки на плате 28. Такое выполнение доступной эксплуатирующей организации части счётчика значительно упрощает его использование и при этом полностью исключает возможность несанкционрованного доступа без необратимых последствий.
Кроме того, предлагаемая конструкция снижает трудоемкость сборки корпуса при производстве счетчика за счет быстрого позиционирования и крепления элементов корпуса между собой; снижает себестоимость изделия за счет унификации в части многовариантной коробки зажимов с использованием дополнительной печатной платы при изготовлении различных модификаций счетчиков; и повышает потребительские качества и удобство эксплуатации за счет применения разъемного соединения для установки и замены батареи, за счет универсального гибко регулируемого способа монтажа счетчика на панель, а также за счет применения прозрачных крышек, позволяющих визуально определить правильность подключения прибора и контролировать несанкционированные воздействия на электросчетчик с целью искажения показаний.