Indicatore di tensione: circuito. Indicatore di tensione digitale

Probabilmente hai visto un indicatore di tensione a forma di penna più di una volta. È conveniente portarlo nel taschino della camicia o della tuta. Alcuni modelli moderni di tali indicatori possono rilevare la tensione anche senza contatto metallico con un conduttore che porta corrente. Il nostro articolo è dedicato a questo tipo di equipaggiamento di protezione elettrica.

terminologia

I termini "indicatore di tensione", "indicatore di bassa tensione", "indicatore di tensione" possono essere trovati in numerosi articoli pubblicati sul Web. In questo caso, spesso non viene fatta alcuna distinzione tra le aree del loro utilizzo e talvolta vengono persino identificate. Proviamo a capire questo problema.

Numerose regole per l'uso di dispositivi di protezione elettrica, che sono in costante cambiamento e riemesso, usano sempre il termine "indicatore di tensione". Inoltre, tutti questi dispositivi sono divisi in bipolari, costituiti da due edifici collegati da un conduttore flessibile isolato; e un solo polo contenente un corpo. I primi operano su una corrente attiva che fluisce attraverso entrambi i gusci e la seconda sulla corrente capacitiva che fluisce attraverso il corpo dell'utente.

Il termine "indicatore di tensione" comunemente usato nella vita di tutti i giorni si riferisce al secondo tipo di indicatore. I loro primi modelli si presentarono sotto forma di un cacciavite con una spia nella maniglia. I dispositivi moderni sono più simili a un indicatore di costruzione (ma con una parte di contatto metallica all'estremità).

Qualche parola sui carri armati che ci circondano.

Come funziona un indicatore di tensione capacitivo? Per capire questo, andiamo per un momento alla teoria elettrica dei circuiti e ricordiamo come funziona un condensatore. Ha due conduttori, o piastre, separati da un dielettrico. Molte persone pensano che i condensatori siano elementi separati di circuiti elettronici, ma in realtà il mondo è pieno di condensatori, la cui presenza di solito non li notiamo. Ecco un esempio. Supponiamo di trovarti su un tappeto che copre un pavimento di cemento direttamente sotto una lampada a combustione con una tensione di 220 V. Anche se non lo senti, il tuo corpo conduce una corrente alternata molto piccola (micro-amperaggio), poiché fa parte di un circuito costituito da due condensatori di serie. Le due piastre del primo condensatore sono il filamento nella lampadina e il tuo corpo. Dielettrico - aria (e possibilmente il tuo cappello) tra di loro. Le piastre del secondo condensatore sono il tuo corpo e il pavimento di cemento (è un buon conduttore).

Il dielettrico del secondo condensatore è il tappeto più le scarpe e le calze. Poiché il pavimento in cemento è ben collegato a terra, come il filo neutro della rete di alimentazione, al circuito di questi due condensatori successivi viene applicata una tensione di 220 V.

E dov'è l'indicatore di tensione?

Capire come la tensione di rete è divisa tra due condensatori serie è fondamentale per scoprire come funziona un indicatore capacitivo.

Ritorno alla teoria circuiti elettrici. In un circuito in serie, la tensione sarà distribuita in base all'ampiezza della resistenza (legge di Ohm). Il condensatore, più piccola è la sua capacità, maggiore è la cosiddetta capacità corrente alternata. Pertanto, quando due condensatori sono collegati in serie, la più grande frazione della tensione applicata a essi cadrà su un dispositivo più piccolo.

Nell'esempio sopra, solo pochi volt sono tra le gambe e il pavimento (in grande capacità), e il resto di 220 V viene applicato tra la testa e il filamento della lampadina (a una capacità inferiore). Ora, se si tiene il pollice sulla piastra di contatto all'estremità della maniglia dell'indicatore capacitivo e si tocca la porzione esposta del filo che alimenta l'apparecchio, anziché una piccola capacità, il circuito indicatore di tensione sensibile alla corrente bassa viene attivato nel circuito di corrente capacitivo. Naturalmente, questa corrente aumenta, ma la resistenza ad alta resistenza all'interno dell'indicatore lo limita a un valore non pericoloso. Come risultato del flusso di corrente nell'indicatore, una lampada al neon o un LED è accesa, oppure viene emesso un segnale acustico.

Indicatore capacitivo tradizionale

Indicatori di tensione di rete sotto forma di cacciavite, che mostra quale pin della presa di corrente è acceso e che è zero, è apparso negli anni '60 del secolo scorso. Il loro circuito elettrico include una sonda di metallo collegata in serie, una resistenza ad alta resistenza nell'intervallo di resistenza da 0,47 a 1 MΩ con una piccola capacità propria tra i suoi terminali (ad esempio, tipo MLT-1.0, VS-0.5, MLT-2.0 ), lampadina al neon e pad di contatto all'estremità dell'impugnatura. Quando la punta tocca il cacciavite del conduttore di "fase" e chiude il circuito di corrente capacitivo attraverso il pannello di contatto e il corpo dell'utente, la luce al neon è accesa, indicando una tensione nell'intervallo di funzionamento dell'indicatore da 90 a 380 V (a volte da 70 a 1000 V) a 50 Hz .

Perché proprio la lampadina al neon?

È possibile sostituirlo con un altro indicatore? Per molto tempo non si è pensato. Infatti, con una capacità di un corpo umano dell'ordine di centinaia di pF e una tensione di U = 220 V, la massima corrente capacitiva con una frequenza di f = 50 Hz attraverso il suolo è U / (1 / ωC) = U2πfC = 220 x 6,28 x 50 x n100 pF = n7 μA. E affinché il LED si accenda, deve passare una corrente dell'ordine di un milliampere. Tuttavia, sono state trovate soluzioni circuitali speciali che hanno permesso di creare un indicatore di tensione su LED, buzzer piezoceramici e altri elementi del display.

Dalla lampadina al neon al LED

La soluzione era di cambiare la modalità di luminescenza stessa da continua a pulsata. Se si tenta di stimare l'energia consumata lampada al neon quindi a una tensione di 100 V e una corrente capacitiva di 20 μA, sarà 100 x 20 μA = 2 mW. Se portate tale potenza al LED durante un intervallo di tempo, ad esempio 10 ms, e non un secondo completo, allora si illuminerà abbastanza bene a questo intervallo. Dopo tutto, a una tensione di 100 V, la corrente che attraversa sarà di 0,002 W x 100/100 V = 0,002 A = 2 mA.

Se forniamo l'accumulo di energia in alcuni schemi (ad esempio, in un generatore di rilassamento) per frazioni di secondo, e quindi un forte reset al LED entro 10 ms, quest'ultimo lampeggerà periodicamente. L'indicatore di tensione LED si presenterà senza una batteria incorporata.

Da che parte sei andato in Cina?

Gli sviluppatori cinesi hanno deciso che una volta il LED per l'illuminazione continua è richiesto corrente continua ordine di diversi milliampere, è necessario costruire nell'indicatore batteria tipo dito (o due). In questo caso, la corrente attraverso il LED apre il più semplice interruttore a transistor, controllato dalla corrente capacitiva attraverso il corpo dell'utente.

Lo schema è semplificato? In generale, sì, ma è diventata estremamente sensibile a vari tipi di pickup. Pertanto, l'affidabilità di tali indicatori è discutibile.

Indicatore di tensione digitale

Il bagliore di una lampadina a neon o di un LED è, ovviamente, un modo affidabile per indicare la presenza di tensione, ma è troppo poco informativo se il circuito ha diversi livelli di tensione. In questo caso, l'elettronica di misura in rapido sviluppo viene in soccorso.

Il modo più semplice per dare più informazioni all'indicatore è introdurre diversi comparatori di tensione nel suo circuito, che funzionano ai suoi diversi livelli. L'uscita di ciascuno dei comparatori controlla il suo elemento di visualizzazione sulla custodia dello strumento.

L'indicatore di tensione digitale reale viene ottenuto se la tensione misurata viene digitalizzata sull'ADC incorporato, quindi attraverso un circuito speciale viene inviato agli elementi di visualizzazione a sette segmenti che possono visualizzare numeri da 0 a 9 o a un indicatore digitale a matrice compatta. Secondo questo schema, sono costruiti costosi indicatori di tensione professionali.