Індикатор напруги: схема. Індикатор напруги цифровий

Ви, напевно, не раз бачили індикатор напруги у формі ручки. Його зручно носити в нагрудній кишені сорочки або спецівки. Деякі сучасні моделі таких індикаторів можуть виявити напругу навіть без металевого контакту з струмоведучих провідником. Цьому виду електрозахисних засобів і присвячена наша стаття.

Термінологія

У численних статтях, розміщених в Мережі, можна зустріти терміни "покажчик напруги", "покажчик низької напруги", "індикатор напруги". При цьому найчастіше 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 поділяються на двополюсні, що складаються з двох корпусів, сполучених 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 використовується в побуті термін «індикатор напруги» відноситься саме до другого типу покажчиків. Їх ранні моделі випускалися у вигляді викрутки з індикатором-лампочкою в рукоятці. Сучасні пристрої більше схожі на будівельний маркер (правда, з металевою частиною контактної на кінці).

Кілька слів про оточуючих нас ємностях

Як працює ємнісний індикатор напруги? Щоб зрозуміти це, давайте повернемося на мить до електричної теорії ланцюгів і згадаємо, як функціонує конденсатор. Він має два провідника, або пластини, розділені діелектриком. Багато хто думає, що конденсатори – це окремі елементи електронних схем, але в дійсності світ заповнений конденсаторами, присутності яких ми 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 не відчуваєте, але ваше тіло проводить дуже невеликий (близько микроампера) змінний струм, так як воно є частиною ланцюга, що складається з двох послідовно включених конденсаторів. Двома пластинами першого конденсатора є нитка розжарення в електролампочки і ваше тіло. Діелектриком – повітря (і, можливо, ваша капелюх) між ними. Пластинами другого конденсатора є ваше тіло і бетонний пол (він досить хороший провідник).




Діелектрик другого конденсатора – це килим плюс ваші черевики і шкарпетки. Оскільки підлогу добре заземлений, як і нульовий провід мережі, до ланцюга з цих двох послідовних конденсаторів прикладена напруга 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. В послідовного ланцюга напруга буде розподілятися по величині опору (закон Ома). У конденсатора, чим менше його ємність, тим більше так зване ємнісне опір змінному струму. Таким чином, коли два конденсатори з'єднані послідовно, найбільша частка прикладеної до них напруги буде падати на меншому приладі. У наведеному вище прикладі лише кілька вольт знаходиться між ногами і підлогою (на великій ємності), а інша частина з 220 В прикладена між вашою головою і ниткою розжарення лампочки (до меншої ємності). Тепер, якщо ви тримаєте великий палець на контактній площадці на торці рукоятки ємнісного індикатора і торкаєтеся їм до оголеного ділянки дроти, що живить світильник, то замість малої ємності в ланцюг протікання ємнісного струму виявляється включеною чутлива до малих струмів схема індикатора напруги. Цей струм, звичайно, зростає, але високоомний резистор всередині індикатора обмежує його до безпечної величини. В результаті протікання струму в індикаторі світиться неонова лампа або світлодіод або звучить зумер.

Традиційний ємнісний індикатор

Індикатори напруги мережі у вигляді викрутки, що показують, на якій контактний штир електророзетки виведена фаза, а на який – нуль, з'явилися ще в 60-х роках минулого століття. Їх електросхема включає послідовно з'єднані металевий щуп-жало, високоомний резистор в діапазоні опорів від 047 до 1 МОм з малої власною ємністю між його висновками (наприклад, типу МЛТ-10 ВС-05 МЛТ-20), неонову лампочку і контактну майданчик на торці рукоятки. При торканні жалом викрутки "фазного" провідника і замиканні ланцюга ємнісного струму через контактну 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 напруги U = 220 В максимальний ємнісний струм частотою f = 50 Гц через нього на "землю" становить U/(1/C) = U2fC = 220 х 628 х 50 х n100 пФ = n7 мкА. А щоб засвітився світлодіод, що через нього має пройти струм порядку міліампера. Тим не менш, були знайдені особливі схемні рішення, що дозволили створити індикатор напруги на світлодіодах, п'єзокерамічних зуммерах та інші елементи індикації.

Від неонової лампочки до світлодіоду

Рішення полягало в зміні самого режиму з безперервного світіння 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 0002 Вт х 100/100 = 0002 А = 2 мА. Якщо забезпечити накопичення енергії певною схемою (наприклад, у відпочинковому генераторі) протягом часток секунди, а потім – різкий її скидання на світлодіод за 10 мс, то останній буде періодично яскраво спалахувати. Вийде світлодіодний індикатор напруги без вбудованої батареї.

Яким шляхом пішли в Китаї?

Китайські розробники вирішили, що раз світлодіоду для безперервного світіння потрібен постійний струм порядку декількох міліампер, то потрібно вмонтувати в індикатор пальчикову батарейку (або дві). При цьому струм через світлодіод відкриває найпростіший транзисторний ключ, керований ємнісним струмом через тіло користувача. Спростилася чи схема? Загалом-то, так, але вона стала надзвичайно чутливою до різного роду наведенням. Тому надійність свідчень таких індикаторів під питанням.

Індикатор напруги цифровий

Світіння неонової лампочки або світлодіода, звичайно, надійний спосіб індикації наявності напруги, але аж надто малоинформативний, якщо ланцюг має кілька рівнів напруги. У цьому випадку на допомогу приходить бурхливо розвинулася в останні десятиліття вимірювальна електроніка. Найпростішим способом додати індикатору більшу 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 же індикатор напруги цифровий виходить, якщо вимірювана напруга оцифровується на вбудованому АЦП, а потім через спеціальну схему подається на семисегментние елементи індикації, здатні відобразити цифри від 0 до 9 або на малогабаритний матричний цифровий індикатор. За такою схемою будуються дорогі професійні індикатори напруги.