Wskaźnik napięcia: obwód. Cyfrowy wskaźnik napięcia

Prawdopodobnie widziałeś wskaźnik napięcia w kształcie długopisu więcej niż jeden raz. Wygodne jest noszenie go w kieszeni koszuli lub kombinezonie. Niektóre nowoczesne modele takich wskaźników mogą wykrywać napięcie nawet bez kontaktu metalu z przewodnikiem prądu. Nasz artykuł poświęcony jest tego rodzaju sprzętowi ochrony elektrycznej.

Terminologia

Terminy "wskaźnik napięcia", "wskaźnik niskiego napięcia", "wskaźnik napięcia" można znaleźć w licznych artykułach zamieszczonych w Internecie. W tym przypadku często nie ma rozróżnienia pomiędzy obszarami ich użycia, a czasami nawet są one identyfikowane. Spróbujmy zrozumieć ten problem.

Liczne zasady stosowania elektrycznych urządzeń ochronnych, które ciągle się zmieniają i są ponownie wydawane, zawsze stosują termin "wskaźnik napięcia". Co więcej, wszystkie takie urządzenia są podzielone na dwubiegunowe, składające się z dwóch budynków połączonych elastycznym izolowanym przewodnikiem; i pojedynczy słupek zawierający jeden korpus. Te pierwsze działają na prąd czynny przepływający przez obie powłoki, a drugi na prąd pojemnościowy przepływający przez ciało użytkownika.

Termin "wskaźnik napięcia" powszechnie stosowany w życiu codziennym odnosi się do drugiego rodzaju wskaźnika. Ich wczesne modele pojawiły się w formie śrubokrętu z lampką kontrolną w rękojeści. Nowoczesne urządzenia są bardziej jak znaczniki budowlane (ale z metalową częścią stykową na końcu).

Kilka słów o zbiornikach wokół nas.

Jak działa pojemnościowy wskaźnik napięcia? Aby to zrozumieć, przejdźmy do elektrycznej teorii obwodów i przypomnijmy sobie, jak funkcjonuje kondensator. Ma dwa przewodniki lub płytki oddzielone dielektrykiem. Wiele osób uważa, że ​​kondensatory są oddzielnymi elementami obwodów elektronicznych, ale w rzeczywistości świat jest wypełniony kondensatorami, których obecności zwykle po prostu nie zauważamy. Oto przykład. Załóżmy, że stoisz na dywanie pokrywającym betonową podłogę bezpośrednio pod płonącą lampą o napięciu 220 V. Chociaż tego nie czujesz, twój organizm przewodzi bardzo mały (mikroamperaż) prąd przemienny, ponieważ jest częścią obwodu składającego się z dwóch kondensatory szeregowe. Dwie płyty pierwszego kondensatora to żarnik w żarówce i twoje ciało. Dielektryk - powietrze (i ewentualnie kapelusz) między nimi. Płyty drugiego kondensatora to twoje ciało i betonowa podłoga (jest to dość dobry przewodnik).

Dielektryk drugiego kondensatora to dywan plus buty i skarpetki. Ponieważ betonowa podłoga jest dobrze uziemiona, podobnie jak neutralny przewód sieci zasilającej, napięcie 220 V jest przyłożone do obwodu tych dwóch kolejnych kondensatorów.

A gdzie jest wskaźnik napięcia?

Zrozumienie, w jaki sposób napięcie sieciowe jest podzielone między dwa kondensatory szeregowe, ma kluczowe znaczenie dla określenia działania wskaźnika pojemnościowego.

Powrót do teorii obwody elektryczne. W obwodzie szeregowym napięcie zostanie rozłożone zgodnie z wielkością rezystancji (prawo Ohma). Kondensator, im mniejsza jego pojemność, tym większa tzw. Pojemność prąd przemienny. Tak więc, gdy dwa kondensatory są połączone szeregowo, największa część napięcia przyłożonego do nich spadnie na mniejsze urządzenie.

W powyższym przykładzie tylko kilka wolt znajduje się między nogami a podłogą (w dużej pojemności), a reszta 220 V jest umieszczona między głową a żarnikiem żarówki (do mniejszej pojemności). Teraz, jeśli przytrzymasz kciuk na płytce kontaktowej na końcu uchwytu pojemnościowego wskaźnika i dotkniesz odsłoniętej części drutu dostarczającej oprawę, zamiast małej pojemności, obwód wskaźnika napięcia wrażliwego na małe natężenie jest włączony w obwodzie prądu pojemnościowego. Ten prąd oczywiście wzrasta, ale rezystor o wysokiej oporności wewnątrz wskaźnika ogranicza go do wartości innych niż niebezpieczne. W wyniku przepływu prądu w wskaźniku świeci się neonowa lampka lub dioda LED lub rozlega się brzęczyk.

Tradycyjny wskaźnik pojemności

Wskaźniki napięcia sieciowego w postaci śrubokręta, pokazujące, który pin gniazdka jest włączony, a które jest zerowe, pojawiły się w latach 60. ubiegłego wieku. Ich obwód elektryczny zawiera szeregowo połączony metalowy sondujący opornik o wysokiej rezystancji w zakresie rezystancji od 0,47 do 1 MΩ z małą własną pojemnością pomiędzy jego zaciskami (na przykład typ MLT-1.0, VS-0.5, MLT-2.0 ), żarówkę neonową i podkładkę kontaktową na końcu rękojeści. Gdy końcówka styka się ze śrubokrętem przewodu "fazowego" i zamyka obwód prądu pojemnościowego przez płytkę kontaktową i ciało użytkownika, światło neonowe jest włączone, wskazując napięcie w zakresie działania wskaźnika od 90 do 380 V (czasami od 70 do 1000 V) przy 50 Hz .

Dlaczego właśnie neonowa żarówka?

Czy można go zastąpić innym wskaźnikiem? Przez długi czas uważano, że nie. Rzeczywiście, przy pojemności ludzkiego ciała rzędu setek pF i napięciu U = 220 V, maksymalny prąd pojemnościowy o częstotliwości f = 50 Hz przez niego do ziemi wynosi U / (1 / ωC) = U2πfC = 220 x 6,28 x 50 x n100 pF = n7 μA. Aby zaświeciła się dioda LED, musi przejść przez nią prąd rzędu miliamperów. Niemniej jednak znaleziono specjalne rozwiązania obwodów, które umożliwiły stworzenie wskaźnika napięcia na diodach LED, brzęczykach piezoceramicznych i innych elementach wyświetlacza.

Od neonowej żarówki po LED

Rozwiązaniem była zmiana samego trybu luminescencji z ciągłego na impulsowy. Jeśli spróbujesz oszacować zużycie energii lampa neonowa następnie przy napięciu 100 V i prądzie pojemnościowym 20 μA będzie to 100 x 20 μA = 2 mW. Jeśli doprowadzisz taką moc do diody LED w przedziale czasowym, na przykład 10 ms, a nie przez pełną sekundę, to w tym okresie zapali się całkiem dobrze. Wszakże przy napięciu 100 V prąd płynący przez niego będzie wynosił 0,002 W x 100/100 V = 0,002 A = 2 mA.

Jeśli zapewniamy nagromadzenie energii w pewnym schemacie (na przykład w generatorze relaksacji) przez ułamek sekundy, a następnie ostry reset do diody LED w ciągu 10 ms, to drugi okresowo będzie błyskać jasno. Wskaźnik napięcia LED pojawi się bez wbudowanej baterii.

Którą drogą pojechałeś do Chin?

Chińscy programiści zdecydowali, że raz potrzeba diody LED do ciągłego oświetlenia prąd stały kolejność kilku miliamperów, musisz wbudować wskaźnik bateria palca (lub dwa). W tym przypadku prąd przez diodę LED otwiera najprostszy przełącznik tranzystorowy, sterowany przez prąd pojemnościowy przez ciało użytkownika.

Czy program jest uproszczony? Ogólnie rzecz biorąc, tak, ale stała się bardzo wrażliwa na różnego rodzaju odbiory. Dlatego wiarygodność takich wskaźników jest wątpliwa.

Cyfrowy wskaźnik napięcia

Blask neonowej żarówki lub diody LED jest oczywiście niezawodnym sposobem wskazywania obecności napięcia, ale jest zbyt niedoinformacyjny, jeśli obwód ma kilka poziomów napięcia. W tym przypadku szybko rozwija się elektronika pomiarowa.

Najprostszym sposobem na przekazanie wskaźnikowi większej ilości informacji jest wprowadzenie do jego obwodu kilku komparatorów napięcia, które działają na różnych poziomach. Wyjście każdego komparatora steruje jego elementem wyświetlającym na obudowie instrumentu.

Prawdziwy cyfrowy wskaźnik napięcia jest uzyskiwany, jeśli zmierzone napięcie jest przetwarzane na cyfrową wartość wbudowanego ADC, a następnie poprzez specjalny obwód jest podawany do siedmiosegmentowych elementów wyświetlających, które mogą wyświetlać liczby od 0 do 9, lub do cyfrowego wskaźnika kompaktowej matrycy. Zgodnie z tym schematem budowane są drogie profesjonalne wskaźniki napięcia.