Индикатор за напрежение: верига. Цифров индикатор за напрежение

Вероятно сте виждали индикатор за напрежение с форма на писалка повече от веднъж. Удобно е да го носите в джоб на гърдите на риза или гащеризон. Някои съвременни модели на такива индикатори могат да открият напрежение дори без метален контакт с токопроводим проводник. Нашата статия е посветена на този вид електрически предпазни средства.

терминология

Термините „индикатор на напрежението“, „индикатор за ниско напрежение“, „индикатор за напрежение“ могат да бъдат намерени в множество статии, публикувани в интернет. В този случай често не се прави разграничение между областите на тяхното използване и понякога дори се идентифицират. Нека се опитаме да разберем този въпрос.

Многобройни правила за използване на електрически защитни устройства, които постоянно се променят и преиздават, винаги използват термина "индикатор за напрежение". Освен това всички такива устройства са разделени на биполярни, състоящи се от две сгради, свързани с гъвкав изолиран проводник; и еднополюсни, съдържащи едно тяло. Първите работят на активен ток, преминаващ през двете обвивки, а последният - на капацитивен ток, протичащ през тялото на потребителя.

Терминът „индикатор за напрежение“, който обикновено се използва в ежедневието, се отнася до втория тип индикатор. Техните ранни модели дойдоха под формата на отвертка с индикаторна лампа в дръжката. Съвременните устройства са по-скоро като конструктивен маркер (но с метална контактна част в края).

Няколко думи за танковете около нас.

Как работи капацитивният индикатор за напрежение? За да разберем това, нека да отидем за момент към електрическата теория на схемите и да си припомним как функционира кондензатор. Той има два проводника, или плочи, разделени от диелектрик. Много хора смятат, че кондензаторите са отделни елементи на електронните схеми, но в действителност светът е изпълнен с кондензатори, чието присъствие обикновено не забелязваме. Ето един пример. Да предположим, че стоите на килим, покриващ бетонен под директно под горяща лампа с напрежение 220 V. Въпреки че не усещате това, тялото ви провежда много малък (микроамперна) променлив ток, тъй като е част от верига, състояща се от две кондензатори. Двете пластини на първия кондензатор са нажежаема жичка в крушката и тялото ви. Диелектрик - въздух (а може би и шапка) между тях. Плочите на втория кондензатор са тялото и бетонния под (това е доста добър проводник).

Диелектрикът на втория кондензатор е килима плюс обувките и чорапите. Тъй като бетонният под е добре заземен, както и неутралния проводник на захранващата мрежа, към веригата на тези два последователни кондензатора се прилага напрежение 220 V.

А къде е индикаторът за напрежение?

Разбирането как разпределението на мрежовото напрежение между два кондензатора е от решаващо значение за откриването на начина на работа на капацитивния индикатор.

Обратно към теорията електрически вериги. В една верига верига, напрежението ще се разпредели според величината на съпротивлението (закон на Ом). Кондензаторът, колкото по-малък е капацитетът му, толкова по-голям е така нареченият капацитет променлив ток. Така, когато два кондензатора са свързани последователно, най-голямата част от приложеното към тях напрежение ще падне върху по-малко устройство.

В горния пример, само няколко волта са между краката и пода (с голям капацитет), а останалата част от 220 V се поставя между главата и спиралата на крушката (до по-малък капацитет). Сега, ако задържите палеца си върху контактната подложка в края на дръжката на капацитивния индикатор и докоснете откритата част на проводника, която захранва осветителя, вместо малък капацитет, веригата на индикатора за напрежение, чувствителен към нисък ток, се включва. Този ток, разбира се, се увеличава, но резисторът с високо съпротивление вътре в индикатора го ограничава до неопасна стойност. В резултат на текущия поток в индикатора свети неонова лампа или светодиод или се чува звуков сигнал.

Традиционен капацитивен индикатор

Индикаторите за мрежово напрежение под формата на отвертка, показващи кой щифт на контакта е включен и който е нулев, се появяват през 60-те години на миналия век. Тяхната електрическа верига включва последователно свързан метален сондаж, високо съпротивителен резистор в диапазона на съпротивление от 0,47 до 1 MΩ с малък собствен капацитет между неговите изводи (например тип MLT-1.0, VS-0.5, MLT-2.0). ), неонова крушка и контактна подложка в края на дръжката. Когато върхът контактува с отвертката на "фазовия" проводник и затваря капацитивната токова верига през контактната повърхност и тялото на потребителя, неоновата светлина е включена, което показва напрежение в работния обхват на индикатора от 90 до 380 V (понякога от 70 до 1000 V) при 50 Hz ,

Защо точно неоновата крушка?

Възможно ли е да се замени с друг индикатор? Дълго време не се смяташе. Наистина, с капацитет на човешко тяло от порядъка на стотици pF и напрежение U = 220 V, максималният капацитивен ток с честота f = 50 Hz през него към земята е U / (1 / ωC) = U2πfC = 220 x 6.28 x 50 x n100 pF = n7 μA. И за да светне светодиодът, ток от порядъка на милиамперите трябва да мине през него. Въпреки това бяха открити специални схеми, които позволиха да се създаде индикатор за напрежението на светодиодите, пиезокерамичните бустери и други елементи на дисплея.

От неонова крушка до LED

Решението беше да се промени самият режим на луминесценция от непрекъснато към импулсно. Ако се опитате да оцените консумираната мощност неонова лампа тогава при напрежение 100 V и капацитивен ток 20 μA, то ще бъде 100 x 20 μA = 2 mW. Ако включите такова захранване към светодиода по време на интервал от време, например 10 ms, а не цяла секунда, то ще светне доста добре в този интервал. В крайна сметка, при напрежение от 100 V, токът през него ще бъде 0.002 W x 100/100 V = 0.002 A = 2 mA.

Ако осигуряваме акумулиране на енергия в някаква схема (например в генератор за релаксация) за части от секундата, а след това рязко се върнем към светодиода в рамките на 10 ms, то последният периодично светка ярко. Индикаторът за LED напрежение ще се появи без вградена батерия.

По кой път отидохте в Китай?

Китайските разработчици са решили, че след като LED за непрекъснато осветление е необходимо постоянен ток от няколко милиампера, трябва да вградите индикатора батерия тип пръст (или две). В този случай, токът през светодиода отваря най-простия транзисторен ключ, управляван от капацитивен ток през тялото на потребителя.

Дали схемата е опростена? Като цяло, да, но тя е станала изключително чувствителна към различни видове пикапи. Следователно надеждността на такива показатели е под въпрос.

Цифров индикатор за напрежение

Светлината на неонова крушка или светодиод, разбира се, е надежден начин за индикация за наличието на напрежение, но е твърде неинформативна, ако веригата има няколко нива на напрежение. В този случай бързо се развива бързодействащата измервателна електроника.

Най-лесният начин да се даде на индикатора повече информация е да се въведат в неговата верига няколко компаратори за напрежение, които работят на различни нива. Изходът на всеки от компараторите контролира неговия дисплей на корпуса на инструмента.

Истинският цифров индикатор на напрежението се получава, ако измереното напрежение се дигитализира на вградения ADC, а след това през специална схема се подава към седемсегментните дисплейни елементи, които могат да показват числа от 0 до 9, или на компактен матричен цифров индикатор. Според тази схема се изграждат скъпи професионални индикатори за напрежение.