Indikátor napětí: obvod. Indikátor digitálního napětí

Pravděpodobně jste viděli indikátor napětí ve tvaru pera více než jednou. Je pohodlné jej nosit v náprsní kapse košile nebo kombinézy. Některé moderní modely takovýchto indikátorů mohou detekovat napětí i bez kovového kontaktu s proudovým vodičem. Náš článek je věnován tomuto typu elektrických ochranných prostředků.

Terminologie

Pojmy "indikátor napětí", "indikátor nízkého napětí", "indikátor napětí" lze nalézt v mnoha článcích zveřejněných na webu. V tomto případě se často nerozlišuje mezi oblastmi jejich použití a někdy jsou dokonce identifikovány. Pokusme se pochopit tento problém.

Množství pravidel pro používání elektrických ochranných zařízení, které se neustále mění a opakovaně vydávají, vždy používají pojem "indikátor napětí". Kromě toho jsou všechna tato zařízení rozdělena na bipolární, sestávající ze dvou budov spojených pružným izolačním vodičem; a jeden pól obsahující jedno tělo. První z nich pracuje na aktivním proudu proudícím oběma skořápkami a druhý na kapacitním proudu protékajícím tělem uživatele.

Termín "indikátor napětí", běžně používaný v každodenním životě, se týká druhého typu indikátoru. Jejich předčasné modely byly v podobě šroubováku s kontrolkou v rukojeti. Moderní zařízení jsou spíše jako konstrukční značka (ale s kovovou koncovou částí na konci).

Několik slov o nádržích kolem nás.

Jak funguje indikátor kapacitního napětí? Chcete-li to pochopit, pojďme na chvíli k elektrické teorii obvodů a připomenout, jak funguje kondenzátor. Má dva vodiče nebo desky oddělené dielektrikem. Mnoho lidí si myslí, že kondenzátory jsou oddělené prvky elektronických obvodů, ale ve skutečnosti je svět plný kondenzátorů, jejichž přítomnost obvykle jednoduše nevidíme. Zde je příklad. Předpokládejme, že stojíte na koberci pokrývajícím betonovou podlahu přímo pod hořící lampou s napětím 220 V. Přestože to necítíte, vaše tělo provádí velmi malý (mikro-proudový) střídavý proud, protože je součástí obvodu sestávajícího ze dvou série kondenzátorů. Dvě desky prvního kondenzátoru jsou vlákno žárovky a vašeho těla. Dielektrikum - vzduch (a možná i klobouk) mezi nimi. Desky druhého kondenzátoru jsou vaše tělo a betonová podlaha (to je docela dobrý vodič).

Dielektrikum druhého kondenzátoru je koberec plus boty a ponožky. Vzhledem k tomu, že betonová podlaha je dobře uzemněna, stejně jako neutrální vodič napájecí sítě, na obvod těchto dvou po sobě následujících kondenzátorů je aplikováno napětí 220 V.

A kde je indikátor napětí?

Pochopení toho, jak je síťové napětí rozděleno mezi dva sériové kondenzátory, je klíčové pro zjištění toho, jak funguje kapacitní indikátor.

Zpět na teorii elektrických obvodů. V sériovém obvodu bude napětí distribuováno podle velikosti odporu (zákon Ohm). Kondenzátor, čím menší jeho kapacita, tím větší je tzv. Kapacita střídavý proud. Když jsou tedy dva sady kondenzátorů zapojeny do série, největší podíl napětí, které na ně působí, spadne na menší zařízení.

Ve výše uvedeném příkladu se mezi nohama a podlahou (ve velkém objemu) pohybuje pouze několik voltů a zbytek 220 V je aplikován mezi hlavou a vláknem žárovky (na menší kapacitu). Nyní, pokud držíte palec na kontaktní ploše na konci rukojeti kapacitního indikátoru a dotknete se exponované části vodiče dodávajícího svítidlo, namísto malé kapacity se zapne obvod s indikátorem napětí citlivého na nízké napětí v obvodu kapacitního proudu. Tento proud se samozřejmě zvyšuje, ale odpor vysokého odporu uvnitř indikátoru ho omezuje na hodnotu, která není nebezpečná. V důsledku proudového proudu v indikátoru svítí neonová kontrolka nebo LED, nebo zazní bzučák.

Tradiční kapacitní indikátor

Světelné indikátory napětí ve formě šroubováku, které ukazují, který kolík elektrické zásuvky je zapnutý a který je nulový, se objevil v 60. letech minulého století. Jejich elektrický obvod zahrnuje sériově připojený kovový sonda-sting, vysoký odpor v odporovém rozsahu od 0,47 do 1 MΩ s malou vlastní kapacitou mezi svými svorkami (např. Typ MLT-1.0, VS-0.5, MLT-2.0 ), neonová žárovka a kontaktní kontakt na konci rukojeti. Když se špička dotýká šroubováku "fázového" vodiče a uzavře kapacitní proudový obvod přes kontaktní plochu a tělo uživatele, rozsvítí se neonové světlo, signalizující napětí v provozním rozsahu indikátoru od 90 do 380 V (někdy od 70 do 1000 V) při 50 Hz .

Proč právě neonová žárovka?

Je možné jej nahradit jiným indikátorem? Dlouho to bylo myšleno ne. Ve skutečnosti s kapacitou lidského těla řádu stovek pF a napětí U = 220 V je maximální kapacitní proud s frekvencí f = 50 Hz přes něj do země U / (1 / ωC) = U2πfC = 220 x 6,28 x 50 x n100 pF = n7 μA. Aby světlo LED svítilo, musí projít proudem řádu miliampérů. Nicméně byla nalezena speciální obvodová řešení, která umožnila vytvoření indikátoru napětí na LED, piezokeramických bzučácích a dalších prvcích displeje.

Od neonové žárovky po LED

Řešením bylo změnit samotný režim luminiscence z kontinuálního na impulsní. Pokusíte-li se odhadnout spotřebu energie neonová lampa pak při napětí 100 V a kapacitním proudu 20 μA bude 100 x 20 μA = 2 mW. Pokud do LED přivedete takovou energii během časového intervalu, například 10 ms a ne celou sekundu, pak se v tomto intervalu rozsvítí poměrně dobře. Koneckonců, při napětí 100 V, proud přes něj bude 0,002 W x 100/100 V = 0,002 A = 2 mA.

Pokud zajistíme akumulaci energie v nějakém schématu (například v relaxačním generátoru) za zlomek sekundy a pak ostrý reset na LED v průběhu 10 ms, pak tato bude pravidelně blikat jasně. Indikátor napětí LED se objeví bez vestavěné baterie.

K čemu jste šli do Číny?

Čínští vývojáři se rozhodli, že jakmile bude zapotřebí LED pro trvalé osvětlení stejnosměrný proud pořadí několika miliampérů, musíte sestavit ukazatel baterie typu prstů (nebo dvěma). V tomto případě se proudem prostřednictvím LED otevírá nejjednodušší tranzistorový spínač, řízený kapacitním proudem skrze tělo uživatele.

Je schéma zjednodušeno? Obecně ano, ale stala se extrémně citlivá na různé druhy snímačů. Spolehlivost takových ukazatelů je tedy sporná.

Indikátor digitálního napětí

Záře neonové žárovky nebo LED je samozřejmě spolehlivým způsobem, který indikuje přítomnost napětí, ale je příliš neinformační, jestliže obvod má několik úrovní napětí. V tomto případě dochází k záchraně rychle se rozvíjející měřicí elektroniky.

Nejjednodušším způsobem, jak dát indikátoru více informací, je představit několik napěťových komparátorů do jeho obvodu, které pracují na různých úrovních. Výstup každého komparátoru řídí jeho zobrazovací prvek na pouzdru přístroje.

Skutečný digitální indikátor napětí se získá, pokud je měřené napětí digitalizováno na vestavěném ADC a pak přes speciální obvod je přiváděn do sedmi segmentových zobrazovacích prvků, které mohou zobrazovat čísla od 0 do 9 nebo na kompaktní maticový digitální indikátor. Podle tohoto schématu jsou vybudovány drahé profesionální indikátory napětí.