Ви, напевно, не раз бачили індикатор напруги у формі ручки. Його зручно носити в нагрудній кишені сорочки або спецовки. Деякі сучасні моделі таких індикаторів можуть виявити напругу навіть без металевого контакту з струмоведучим провідником. Цьому виду електрозахисних засобів і присвячена наша стаття.
Термінологія
У численних статтях, розміщених у Мережі, можна зустріти терміни "" покажчик напруги "", "покажчик низької напруги" "," індикатор напруги "". При цьому часто ніякого розмежування між областями їх використання не наводиться, а іноді вони навіть ототожнюються. Спробуємо розібратися в цьому питанні.
Численні правила застосування електрозахисних засобів, які постійно змінюються і перевидаються, завжди оперують терміном "" покажчик напруги "". При цьому всі подібні прилади розділяються на двополюсні, що складаються з двох корпусів, з 'єднаних гнучким ізольованим провідником; і однополюсні, що містять один корпус. Перші працюють на активному струмі, що протікає через обидва корпуси, а другі - на ємнісному, що протікає через тіло користувача.
Широко використовуваний в ужитку термін "індикатор напруги" відноситься саме до другого типу покажчиків. Їхні ранні моделі випускалися у вигляді викрутки з індикатором-лампочкою в рукоятці. Сучасні пристрої більше схожі на будівельний маркер (правда, з металевою контактною частиною на кінці).
Декілька слів про навколишні ємності
Як працює ємнісний індикатор напруги? Щоб зрозуміти це, давайте повернемося на мить до електричної теорії ланцюгів і згадаємо, як функціонує конденсатор. Він має два провідники, або пластини, розділені діелектриком. Багато хто вважає, що конденсатори - це окремі елементи електронних схем, але насправді світ заповнений конденсаторами, присутності яких ми зазвичай просто не помічаємо. Ось приклад. Припустимо, що ви стоїте на килимі, що покриває бетонну підлогу прямо під палаючим світильником з напругою 220 В. Хоча ви цього і не відчуваєте, але ваше тіло проводить дуже невеликий (порядку мікроампера) змінний струм, оскільки воно є частиною ланцюга, що складається з двох послідовно включених конденсаторів. Двома пластинами першого конденсатора є нитка напруження в електролампочці і ваше тіло. Діелектриком - повітря (і, можливо, ваш капелюх) між ними. Пластинами другого конденсатора є ваше тіло і бетонна підлога (вона досить хороший провідник).
Діелектрик другого конденсатора - це килим плюс ваші черевики і шкарпетки. Оскільки бетонна підлога добре заземлена, як і нульовий дріт живлячої мережі, до ланцюга з двох цих послідовних конденсаторів докладено напругу в 220 В.
А де ж тут індикатор напруги?
Розуміння того, як напруга мережі ділиться між двома послідовними конденсаторами, має вирішальне значення для з 'ясування, як працює ємнісний індикатор.
Повернемося до теорії електричних ланцюгів. У послідовному ланцюгу напруга розподілятиметься за величиною опору (закон Ома). У конденсатора чим менша його ємність, тим більший так званий ємнісний опір змінному струму. Таким чином, коли два конденсатори з 'єднані послідовно, найбільша частка доданої до них напруги буде падати на меншому приладі.
У наведеному вище прикладі тільки кілька вольт знаходиться між ногами і підлогою (на великій ємності), а інша частина з 220 В додана між вашою головою і ниткою напруження лампочки (до меншої ємності). Тепер, якщо ви тримаєте великий палець на контактному майданчику на торці рукоятки ємнісного індикатора і торкаєтеся ним до оголеної ділянки дроту, що живить світильник, то замість малої ємності в ланцюг протікання ємнісного струму виявляється включеною чутлива до малих струмів схема індикатора напруги. Струм цей, звичайно, зростає, але високоомний резистор всередині індикатора обмежує його до небезпечної величини. У результаті протікання струму в індикаторі світиться неонова лампа або світлодіод або звучить зуммер.
Традиційний ємнісний індикатор
Індикатори напруги мережі у вигляді викрутки, що показують, на який контактний штирок електророзетки виведена фаза, а на який - нуль, з 'явилися ще в 60-х роках минулого століття. Їх електросхема включає послідовно сполучені металеве щуп-жало, високоомний резистор в діапазоні опорів від 0,47 до 1 МОм з малою власною ємністю між його висновками (наприклад, типу МЛТ-1,0, ВС-0,5, МЛТ-2,0), неонову лампочку і контактний майданчик на торці рукоятки. При торканні жалом викрутки "" фазного "" провідника і замиканні ланцюга ємнісного струму через контактний майданчик і тіло користувача неонова лампочка світиться, що є ознакою напруги в робочому діапазоні індикатора від 90 до 380 В (іноді - від 70 до 1000 В) при частоті струму 50 Гц.
Чому саме неонова лампочка?
Чи можна її замінити на інший індикатор? Довгий час вважалося, що ні. Дійсно, при ємності людського тіла порядку сотень пФ і напрузі U = 220 В максимальний ємнісний струм частотою f = 50 Гц через нього на "землю" "становить U/( 1/ωC) = U2πfC = 220 х 6,28 х 50 х n100 пФ = n7 мкА. А щоб засвітився світлодіод, через нього повинен пройти струм близько міліампера. Тим не менш, були знайдені особливі схемні рішення, що дозволили створити індикатор напруги на світлодіодах, п 'єзокерамічних зумерах та інших елементах індикації.
Від неонової лампочки до світлодіоду
Рішення полягало в зміні самого режиму світіння з безперервного на імпульсний. Якщо спробувати оцінити потужність, споживану неоновою лампою, то при напрузі 100 В і ємнісному струмі 20 мкА вона складе 100 х 20 мкА = 2 мВт. Якщо підводити таку потужність до світлодіоду протягом інтервалу часу, наприклад, 10 мс, а не цілу секунду, то він на цьому інтервалі цілком добре засвітиться. Адже при напрузі 100 В струм через нього складе 0,002 Вт х 100/100 В = 0,002 А = 2 мА.
Якщо забезпечити накопичення енергії в деякій схемі (наприклад, в релаксаційному генераторі) протягом часток секунди, а потім - різке її скидання на світлодіод за 10 мс, то останній буде періодично яскраво спалахувати. Вийде світлодіодний індикатор напруги без вбудованої батарейки.
Яким шляхом пішли в Китаї?
Китайські розробники вирішили, що якщо світлодіоду для безперервного світіння потрібен постійний струм близько декількох мільйампер, то потрібно вбудувати в індикатор пальчикову батарейку (або дві). При цьому струм через світлодіод відкриває найпростіший транзисторний ключ, керований ємнісним струмом через тіло користувача.
Чи спростилася схема? Загалом-то, так, але вона стала надзвичайно чутливою до різного роду наводок. Тому надійність показань таких індикаторів під питанням.
Індикатор напруги цифровий
Світіння неонової лампочки або світлодіоду, звичайно, надійний спосіб індикації наявності напруги, але аж надто малоінформативний, якщо ланцюг має кілька рівнів напруги. У цьому випадку на допомогу приходить вимірювальна електроніка, яка бурхливо розвинулася в останні десятиліття.
Найпростішим способом надати індикатору велику інформативність є введення в його схему декількох компараторів напруги, які спрацьовують при різних його рівнях. Вихід кожного з компараторів управляє своїм елементом індикації на корпусі приладу.
Справжній індикатор напруги цифровий виходить, якщо вимірювана напруга оцифровується на вбудованому АЦП, а потім через спеціальну схему подається на семисегментні елементи індикації, здатні відобразити цифри від 0 до 9, або на малогабаритний матричний цифровий індикатор. За такою схемою будуються дорогі професійні індикатори напруги.