Индикаторы фазы на современной элементной базе - Измерительная техника - Инструменты

Индикаторы, используемые для индикации "Фазы" и наличия высокого напряжения, известны уже несколько десятилетий. Обычно в состав индикатора входят последовательно включенные щуп-жало отвертки, ограничитель тока (резистор сопротивлением 0,47...1 МОм с малой емкостью между подводящими электродами, например, типа ВС-0,5; MЛT-1,0; МЛТ-2,0), неоновая лампа и сенсорная площадка. При однополярном подключении отвертки к токонесущему "фазовому" проводнику и касании пальцем сенсорной площадки неоновая лампа светится, сигнализируя о наличии высокого напряжения. Напряжение, которое можно контролировать подобным индикатором, составляет 90...380 В, реже от — 70 до 1000 В при частоте тока 50 Гц.

Долгое время считалось, что заменить неоновую лампу на другой элемент индикации невозможно. Действительно, емкостной ток, протекающий от источника переменного тока частотой 50 Гц и напряжением 100...400 В через цепь индикации и тело человека на "землю" при эквивалентной емкости тела человека около 300 пФ (экспериментальная оценка автора), составляет 10...740 мкА, что на два порядка ниже величины тока, необходимого для свечения светодиодов. Тем не менее, используя специальные схемные решения, можно использовать для индикации "Фазы" светодиоды, пьезокерамические излучатели и другие индикаторы.

Оценим величину мощности, потребляемой неоновой лампой при ее непрерывном свечении. При напряжении на лампе 100 В и разрядном токе 10...40 мкА подводимая мощность составляет 1...4 мВт. Значение подводимой мощности оказывается достаточным чтобы обеспечить свечение светодиодных индикаторов, однако поскольку напрямую обеспечить необходимую величину тока невозможно. Требуется использование своеобразных трансформаторов, позволяющих получить не непрерывное свечение индикатора, а импульсное, с сохранением значения подводимой мощности. Таким требованиям отвечают релаксационные генераторы импульсов, работающие по принципу накопления и кратковременного сброса энергии — периодический заряд конденсатора от слаботочного источника тока до напряжения пробоя порогового элемента и последующий разряд на низкоомную нагрузку (светодиод). Разрядный ток при этом достаточен для того, чтобы вызвать яркую вспышку светодиода.

Таким образом, подобное устройство должно содержать накопительный конденсатор, имеющий малый ток утечки и рабочее напряжение, превышающее напряжение пробоя порогового элемента; пороговый элемент, отвечающий следующим требованиям: малые токи утечки при напряжении ниже пробивного и малое сопротивление при пробое. Таким требованиям отвечают лавинные транзисторы и их аналоги. На рис.1...3, 6 приведены схемы индикаторов "Фазы", выполненные на основе релаксационных генераторов на лавинных транзисторах типа К101КТ1 структуры n-р-n (либо K162КТ1 структуры р-n-р). Транзисторы должны быть включены инверсно.

Индикатор (рис.1) содержит ограничитель тока, выпрямитель, выполненный по мостовой" схеме, и собственно релаксационный генератор импульсов. Частота вспышек светодиода при напряжении сети 220 В близка к 3 Гц. При увеличении емкости бумажного или электролитического конденсатора (с малой утечкой) яркость вспышек повышается со снижением частоты вспышек. Минимальное напряжение, которое позволяет обнаружить подобный индикатор, составляет 45 В. Частота вспышек снижается при этом до 0,3 Гц. Для сравнения: индикаторы на неоновых лампах позволяют индицировать напряжения не ниже 65...90 В.

Индикаторы (рис.2,3) используют альтернативные схемы выпрямителей с сохранением прочих свойств. В схемах (рис.2,3) продемонстрирована также возможность подключения сенсорных площадок к другим элементам схемы.

Устройство может быть выполнено и на основе составного лавинного тиристора (рис.4). В схеме (рис.5) генератор импульсов собран на аналоге лавинного транзистора с напряжением переключения (пробоя) 12 В. Для транзисторов микросборки К101КТ1 при инверсном включении это напряжение близко к 8 В.

Индикатор (рис.6) собран по мостовой RC-схеме с включением в диагональ моста порогового элемента — лавинного транзистора.

Схема индикатора (рис.7) также выполнена с RC-мостом, однако в ней использованы два транзистора n-p-n и p-n-р структуры: при зарядке конденсаторов С2 и С3 до определенного значения происходит мгновенное переключение транзисторов из состояния "выключено" в состояние "включено". При этом конденсатор С1 разряжается на светодиод VD5 и процесс повторяется.

Для построения индикаторов "Фазы" без использования внешних источников питания могут быть использованы и другие виды генераторов. Например, на рис.8 показана схема индикатора с использованием генератора на двух транзисторах различной структуры. При варьировании номиналов могут быть получены частые, по неяркие вспышки светодиода, либо яркие, но редкие вспышки.

Следует отметить, что при увеличении емкости накопительного конденсатора С1 (для всех схем) возрастает и "мертвое время" — с момента подключения индикатора к сети до момента первой вспышки (доли... единицы секунд).

На рис.9 и 10 представлены индикаторы "Фазы" с использованием генераторов импульсов на КМОП-микросхемах. Генератор импульсов (рис. 9) выполнен на основе КМОП коммутатора тока. Генератор вырабатывает пилообразные импульсы, в связи с чем яркость свечения светодиода плавно нарастает и снижается. Работает генератор следующим образом. Конденсатор С2 заряжается через резистор R2 до напряжения включения коммутаторов тока (элементы DA1.1 и DA1.2). При срабатывании коммутаторов ключевой элемент DA1.1 разряжает через светодиод накопительный конденсатор C1, a DA1.2 разряжает конденсатор С2, после чего процесс повторяется.

Устройство (рис.10) выполнено на основе двух генераторов импульсов, первый из которых определяет длительность и частоту следования световых вспышек и звуковых посылок, второй — частоту звука. Поскольку в процессе зарядки конденсатора С2 устройство потребляет ток на несколько порядков меньший, чем в режиме индикации, оно фактически работает по описанному ранее принципу "включено/выключено". В схемах (рис.9,10) для защиты микросхем от возможных перегрузок по напряжению использованы стабилитроны.

В схемах могут быть использованы светодиоды AЛ307, АЛ336 и другие индикаторы, которые желательно отобрать по максимальному свечению при минимальном токе. Поскольку падение напряжения на элементах схем (исключая резистор R1) определяется напряжением пробоя порогового элемента больше или равно 8 В. В схемах могут быть использованы низковольтные радиоэлементы (кремниевые диоды и транзисторы с малыми обратными токами n-р переходов), конденсаторы с малыми токами утечки.

Индикаторы позволяют проверять наличие напряжения на токонесущих элементах, превышающего 45...50 В (при частоте 50 Гц), в том числе индицировать различные наводки; позволяют оценивать качество заземления и возможность его использования; проверять наличие напряжения на трубах отопления и т.д. Устройства можно использовать и в цепях с повышенной частотой, например, для индикации напряжения частотой 400 Гц, хотя следует учитывать, что емкостной ток через тело человека возрастает при этом пропорционально частоте тока. При необходимости чувствительность индикаторов легко "загрубить" включением высокоомных делителей напряжения, неинверсным включением лавинных транзисторов, подключением стабилитронов и их цепочек и другими методами.

E-mail отправителя *:
Причина:	Такая схема уже есть на сайте Ненужный материал на сайте! Я против размещения этой статьи на сайте. В комментариях спам или нец-ая брань. Требую удаления материала.
Текст сообщения *:
Номер схемы или Url *: