Меню

Как померить высоковольтное напряжение

Как измерять напряжения в тысячи вольт с помощью мультиметра

Принципиальная схема приставки для возможности измерения высоких напряжений (много тысяч Вольт) с помощью мультиметра. В некоторых случаях требуетсяизмерять очень большие напряжения (десятки киловольт). Для таких целей существуют специальные приборы — «киловольтметры».

Покупать специально киловольтметр имеет смысл только когда вам нужно довольно часто измерять «киловольты». В повседневной же радиолюбительской практике такие измерения проводить приходится крайне редко.

И в этом случае можно обойтись и простым мультиметром. Но верхний предел измерения напряжение у стандартного мультиметра, обычно не бывает более 2000V.

Для того, чтобы мультиметром можно было измерять значительно более высокое напряжение, его необходимо дополнить приставкой в виде высокоомного и высоковольтного делителя напряжения.

Принципиальная схема

На рисунке ниже показана схема такого делителя. Он состоит из десяти резисторов сопротивлением по 68 МОм каждый, включенных последовательно, и одного резистора на 68 кОм.

Высокоомные резисторы образуют одно плечо делителя суммарным сопротивлением 680 МОм. А второе плечо образует резистор 68 кОм. Получается делитель напряжения на 10000.

Выход делителя подключаем к гнездам «СОМ» и «VОмmA», а вход (Х1 и Х2) к измеряемой цепи.

Принципиальная схема высоковольтного делителя напряжения для измерения высоких напряжений с помощью мультиметра

Рис. 1. Принципиальная схема высоковольтного делителя напряжения для измерения высоких напряжений с помощью мультиметра.

Мультиметр устанавливают в положение «2000мV», в котором он будет показывать напряжения до 20КV, а в положении «20V», теоретически, до 200 КV. Хотя, следует заметить, что таким способом нельзя измерять напряжение более 50 КV, так как приставку-делитель напряжения может пробить.

Либо нужно делать другую приставку, совсем по другому отнесясь к изолированию, и с большим сопротивлением. Что же касается этой приставки, то все резисторы должны быть крупными мощностью не менее 2W, а монтаж нужно выполнить, расположив все резисторы равномерно в линейку, так, чтобы расстояние между клеммами Х1 и Х2 было не менее 200мм.

Изоляция должна выдерживать большое напряжение. Схему можно собрать объемным способом и поместить внутрь стеклянной трубки, концы которой закрыть резиновыми пробками (через них выпустить провода). Можно сделать монтаж на листе органического стекла, на котором установить клеммы.

В любом случае, монтаж должен исключать возникновение токов утечки, а диэлектрические свойства основы должны соответствовать величине измеряемого напряжения.

Предостережение

ВНИМАНИЕ ! при работе с прибором нужно соблюдать все меры предосторожности при работе с высоковольтными установками. Приставка НЕПРИГОДНА для измерения напряжений в высоковольтных линиях электропередачи и промышленных электроустановках .

Можно измерять напряжения только на выходах умножителей, импульсных источников, схем развертки телевизоров, и в других подобных схемах.

Источник



Как померить высоковольтное напряжение

Измерение постоянных и переменных напряжений выше 1000 В является слабым местом многих ремонтных организаций и подавляющего числа индивидуалов. Это, по-видимому, объясняется тем, что производители электроизмерительной аппаратуры не желают брать на себя ответственность за потенциальный риск, связанный с повышенной опасностью подобных измерений.

Схемотехника высоковольтных измерений в принципе ничем не отличается от низковольтных при использовании обычных измерительных головок. Исключение составляют высоковольтные измерители конденсаторного типа, позволяющие измерять напряжения постоянного и переменного тока с достаточно высокой точностью (погрешность 0,2. 1,0%), но это достаточно громоздкие и дорогие приборы.

Главное отличие техники высоковольтных измерений заключается в конструкции приборов, обеспечивающей электробезопасность их использования и уменьшение зависимости погрешностей измерения от изменения состояния окружающей среды, в первую очередь — от влажности. Отсутствие, точнее, дефицит высоковольтных измерителей напряжения (ВИН) объясняется еще и широко распространенным мнением,что «киловольт туда-сюда ничего не меняет». В наиболее часто встречающейся ситуации с телевизорами и мониторами это действительно так, если бы не одно, но очень существенное, «НО»: уровень рентгеновского излучения сильно зависит от высокого напряжения на аноде кинескопа и резко возрастает (для кинескопов с диагональю 51. 64 см) при напряжениях выше 25,5 кВ. Для каждого типа кинескопа существует пороговое напряжение, при котором качество изображения и уровень рентгеновского излучения остаются в заданных пределах. Из этого следует, что при потере яркости свечения экрана нельзя добиваться ее увеличения путем повышения напряжения питания строчной развертки без контроля высокого напряжения. Особенно актуально это для мониторов из-за малого расстояния между экраном и оператором.

В схеме ВИНа (рис. 1) имеются два основных узла:

Измерение высоких напряжений.

• измерительная головка (микроамперметр);
• высоковольтное добавочное сопротивление Rд

Эти узлы определяют метрологические и эксплуатационные характеристики ВИНа, являющегося автономным прибором.

В схеме ВИНа (рис. 2) также имеются два основных узла:

Измерение высоких напряжений.

• измерительный прибор (тестер);
• высоковольтный делитель R1 R2.

Этот вариант ВИНа несколько менее удобен в работе, но более универсален, так как позволяет измерять постоянные напряжения любой полярности, а при использовании цифрового тестера обеспечивает более высокую точность и более широкий диапазон измеряемых напряжений.

Читайте также:  Плоское напряженное состояние главные напряжения главные деформации

Схема ВИНа (рис. 3) сочетает в себе преимущества обоих предыдущих вариантов. Поэтому более подробное описание и необходимые расчеты даны только для этой схемы.

Измерение высоких напряжений.

В качестве высоковольтного звена делителя напряжения использован резистор R1 типа КЭВ-5 сопротивлением 430. 560 МОм. Низковольтное плечо образовано резисторами R2* (подбирают в пределах 0. 5,1 кОм) и R3 (СП5-2 или СП5-3 сопротивлением 47 кОм). Резистор R4* (0. 5.1 кОм) подбирают при регулировке.

Тумблер В1 со средним положением служит для выбора полярности измерения (крайние положения) или для отключения микроамперметра при использовании внешнего тестера (среднее положение).

Переключение полярности необходимо для измерений высокого напряжения в осциллографах, СВЧ-печах и других устройствах с высоким напряжением отрицательной полярности.

В качестве измерителя желательно использовать микроамперметр типа М42004 со шкалой 30 мкА, которая соответствует напряжению 30 кВ и не требует пересчета. Конденсатор С1 любого типа емкостью 10. 100 нФ.

Гнезда Г1, Г2 (телефонные гнезда) служат для подключения внешнего цифрового тестера с входным сопротивлением не менее 1 МОм.

Регулировка ВИНа

Для регулировки ВИНа требуется либо заведомо исправный (эталонный) ВИН и источник высокого напряжения (любой исправный телевизор), либо измеритель сопротивлений до 1000 МОм с погрешностью не более 1%.

В качестве эталонного ВИНа может быть использован прибор С90 или С196, а в качестве измерителя сопротивлений — прибор Е6-21.

Регулировка по эталонному ВИНу:
• входы эталонного и проверяемого ВИНов подключите с соблюдением мер безопасности к присоске телевизора, отключенной от кинескопа. Перед отключением присоски ОБЯЗАТЕЛЬНО РАЗРЯДИТЕ кинескоп обесточенного телевизора отверткой, надежно соединенной с «землей» кинескопа;
• надежно заземлите вторые концы ВИНов;
• к гнездам Г1, Г2 подключите цифровой тестер, с которым впоследствии предполагаете использовать ВИН. Установите его в режим измерения постоянного напряжения величиной около 3 В;
• тумблер В1 поставьте в среднее положение;
• включите телевизор и зафиксируйте показания эталонного ВИНа и тестера. Показание тестера должно составлять 1/10 000 от показания эталонного ВИНа с погрешностью менее 1%. Так, если показания эталонного ВИНа равны 25 кВ, то показания тестера должны быть 2,5 В. Если погрешность более 1%, отключите телевизор, дождитесь снижения напряжения на «присоске» до значения менее 1 кВ и подберите величину резистора R2. Если даже при нулевом значении R2 показания тестера завышены, произведите регулировку подбором резистора R4*;
• поставьте тумблер В1 в положение «+».Отключите тестер от гнезд регулируемого ВИНа. Включите телевизор и зафиксируйте показания обоих ВИНов. Вращая движок переменного резистора R3, добейтесь минимальной (менее 1%) разницы в показаниях ВИНов. При невозможности получения точного совпадения поменяйте номинал резистора R4* и повторите подстройку с помощью R3.

Регулировка с использованием измерителя сопротивлений
сводится к измерению сопротивления одних и расчету и подбору других резисторов. Расчет производится в соответствии со схемой рис. 4.

Измерение высоких напряжений.

На этой схеме сопротивление резистора R2 соответствует сумме сопротивлений R2* и верхней от движка (по схеме рис. 3) части R3, R3 — нижней части R3, Rn— сумме сопротивлений R4* и измерительной головки. Точка Д на схеме рис. 4 соответствует выводу движка переменного резистора. Если погрешность используемого прибора более 1%, то с помощью прибора класса не хуже 1 измерьте ток полного отклонения используемого прибора Iг по схеме рис. 5,

Измерение высоких напряжений.

на котором: БП — источник напряжения 2. 4 В, ИП -используемый прибор, ЭП -эталонный прибор.

Измерьте сопротивления R1 и Rn=R4*+Rг, где Rг -сопротивление измерительной головки.

Рассчитайте ток через резистор R1 по формуле: I(мкА) = 30 000 / R1(MOм). Рассчитайте сопротивление резистора R3 по формуле: R3 (кОм) = 30 (мкА) • Rп (кОм) / [I — Iг] (мкА).

Переменный резистор установите в положение, при котором сопротивление его нижней (по схеме) части будет равно рассчитанному значению R3.

Рассчитайте сопротивление резистора R2 по формуле: R2 (кОм) = [3000 / I (мкА)] — R3 (кОм).

Подберите величину R2*, равную расчетному значению R2.

На этом регулировка ВИНа заканчивается.

Конструкция ВИНа
Эскизы основных деталей, входящих в ВИН, показаны на рис. 6—11.

Измерение высоких напряжений.

Измерение высоких напряжений.

В дальнейшем, в тексте и на эскизе общего вида (рис. 12), слово «рис» будет опущено.

Измерение высоких напряжений.

Отсутствует эскиз задней крышки, а на эскизе корпуса 9 не показаны отверстия для клепки гаек-букс, тумблера В1, а также для установки и регулировки резистора R3.

Основные размеры корпуса даны для рекомендованного выше микроамперметра.

Самой ответственной деталью является изолятор 6, в котором размещен резистор R1 типа КЭВ-5 (КЭВ). Наиболее предпочтительным материалом для изолятора (с точки зрения качественной механической обработки) является фторопласт или плексиглас, далее следует эбонит и, на худой конец, текстолит. Механическую обработку заготовки изолятора следует производить с минимальной подачей и глубиной резания. После установки резистора R1 в изолятор его внутренний объем должен быть герметичен по отношению к внешней среде для исключения влияния влажности на погрешность ВИНа.

Читайте также:  Цепи переменного тока с активным сопротивлением амплитудное значение напряжения

Порядок сборки изолятора следующий:
• КЭВ плотно вверните в гайку 7. К другому концу КЭВа коротким винтом М4 закрепите проводник из провода МГТФ сечением 0,05. 0,07 мм2 нужной длины с облуженным концом для последующей припайки в схему;
• наружную резьбу гайки 7 залейте парафином. КЭВ вставьте в изолятор, гайку 7 слегка подогрейте паяльником до размягчения парафина и вверните в изолятор до упора КЭВа в его нижнюю часть. Слегка натянув проводник, залейте парафин в отверстие нижней части изолятора до заполнения. Далее залейте парафином отверстие в гайке 7 так, чтобы свободной от заливки осталась резьба на длину резьбовой части винта 10.

К корпусу 11 приклепайте три гайки-буксы и установите тумблер В1, резистор R3, гнезда Г1, Г2, винт и гайку М5 для крепления ручки 9.

Далее закрепите на корпусе изолятор с помощью гайки 8 и, последним, микроамперметр. Произведите электрический монтаж ВИНа.

В отверстие винта 10 впаяйте кусок сапожной иглы длиной 30. 40 мм. Рекомендуется изготовить два винта 10 и один из них, без иглы, использовать с зажимом «крокодил». Винт 10 с иглой удобен для подключения ВИНа к аноду кинескопа без отсоединения присоски.

Под один из винтов задней крышки закрепите провод заземления с зажимом «крокодил».Заделка крепления, качество провода и зажима должны исключать случайное нарушение цепи заземления во время измерения. Ручка 9 изготавливается из любого материала, пригодного для изготовления изолятора 6, винт 10 — из латуни или бронзы, корпус 11 — из алюминия, гайки 7 и 8 — из любого металла.

Наверните ручку и винт 10, закрепите заднюю крышку с заземлителем и ВИН готов к калибровке и последующей эксплуатации. Для удобства при транспортировке ручку и винт с иглой можно снимать с ВИНа.

Источник

Как измерять напряжение?

Тусклый свет от приборов освещения или отказ стиральной машины выполнять свои функциональные обязанности свидетельствует о возможном падении питающего напряжения ниже нормы. В таких случаях необходимо произвести измерение напряжения, что позволит определить его соответствие заданному номиналу электрической сети.

Такая же процедура производится при ремонте электронных приборов, где измеряется падение напряжения на радиодеталях и отдельных участках цепи. Данная процедура выполняется довольно легко, но без понимания физики процесса и особенностей проведения замеров, человек рискует не только повредить дорогостоящее оборудование, но и получить электротравму, поэтому далее мы рассмотрим основные принципы измерения.

Используемые приборы

В каждом доме прибор учета электроэнергии находится в состоянии постоянного измерения переменного напряжения, но крайне редко эти данные где-либо отображаются. Некоторые из них подключаются напрямую, другие через измерительные трансформаторы.

В практических целях для измерения уровня напряжения могут применяться:

  • Вольтметры;
  • Мультиметры
  • Осциллографы.

Вольтметр представляют собой устройство для проверки разности потенциалов. На практике могут встречаться как цифровые, так и аналоговые вольтметры, на которых измеряемое напряжение отображается на дисплее или посредством отклонения стрелки на циферблате соответственно.

Важными параметрами при выборе как электронного, так и стрелочного вольтметра являются единицы измерений (мВ, В, кВ), рабочий диапазон и класс точности. Однако сфера их применения ограничена и применяется, чаще всего, для лабораторных исследований, поскольку в бытовых и производственных нуждах содержать один прибор для измерения одной электрической величины нецелесообразно.

Мультиметр или цифровой тестер является более универсальным прибором, который может работать с несколькими параметрами: электрическим током, сопротивлением, частотой, температурой, напряжением и т.д. Для измерения напряжения мультиметр переключается в режим вольтметра, щупы подключаются к соответствующим разъемам. Конструктивно встречаются и цифровые и аналоговые модели, в некоторых из них можно переключать диапазон измерений, выбирать род тока, в других мультиметрах все эти величины могут подбираться автоматически.

Осциллограф – это довольно сложный прибор для измерения разности потенциалов, так как в нем на цифровом или аналоговом дисплее выводится кривая измеряемой величины. При этом можно растянуть или сократить диапазон частот, чтобы рассмотреть форму импульсных напряжений, длительность импульсов, нарастание и провалы в кривой функции. Поэтому осциллограф для измерения напряжения применяется в электрических цепях и приборах высокой точности, при изготовлении и проверке радиодеталей и т.д. Мало кто держит дома осциллограф из-за высокой стоимости и сложности выполнения операций.

Измерение напряжения в сети

Чтобы правильно выполнить измерение напряжения необходимо четко представлять принцип и объект исследования. Поэтому следует отметить, что напряжение представляет собой такую электрическую величину, которая показывает разность заряда между двумя электрическими точками. К примеру, если в одной точке заряд составит +35 В, а в другой +310 В, то разница между этими точками составит 310 – 35 = 275 В, это и будет напряжение. Соответственно измерение напряжения может производиться только относительно чего-то, поэтому используются сразу две точки.

Читайте также:  Как потушить электроустановки под напряжением

Схема измерения напряжения

Рис. 1. Схема измерения напряжения

Если говорить о падении напряжения на каком-либо объекте или участке цепи, то измерение напряжения проводиться относительно концов прибора или цепи, точек подключения и т.д. При этом важно учитывать, что цифровой вольтметр или мультиметр в режиме измерения считается бесконечным сопротивлением или разрывом в цепи.

Падение напряжения возможно только при условии протекания тока, поэтому подключение вольтметров последовательно с измеряемым объектом недопустимо, так как через него перестанет протекать ток. Аналоговый или электронный вольтметр должен подключаться только параллельно по отношению к измеряемому сигналу.

С практической точки зрения следует заметить, что аналоговые модели измерительных приборов имеют входное сопротивление равное 10 – 20 кОм, а современные мультиметры могут похвастаться 1МОм. Так как через сопротивление на входе в измерительное устройство может протекать ток утечки, этот делитель напряжения будет обуславливать снижение точности измерений. Поэтому чем ближе сопротивление на входе к бесконечности, тем более точный прибор вы используете.

Важно отметить, что замеры производятся под напряжением, из-за чего присутствует угроза поражения электротоком. Поэтому важно соблюдать элементарные меры предосторожности. Далее рассмотрим порядок выполнения измерения для постоянного и переменного напряжения.

Постоянного тока

Измерение постоянного напряжения

Рис. 2. Измерение напряжения постоянного тока

Для цепи постоянного тока расмотрим порядок измерения напряжения при помощи цифрового мультиметра. Для этого:

  1. Переведите переключатель мультиметра в положение для постоянного напряжения. На панели обозначается латинской буквой V со значком « = », знаками «+ и – », также может обозначаться аббревиатурой DC.
  2. Выберете нужный предел измерения, который будет максимально приближен к предполагаемому номиналу, но выше измеряемого.
  3. Установите щупы в соответствующие разъемы – черный к выводу COM, красный к выводу V.
  4. Приложите щупы мультиметра сразу к двум точкам – красный к плюсу, черный к минусу. Если вы заранее не знаете положение потенциалов, и показание прибора имеет отрицательное значение, нужно просто поменять полярность подключения.

На дисплее вы увидите показания вольтметра, если значение слишком малое, переключите ручку на меньший предел измерений. Прикладывая щупы, создавайте хорошее усилие, чтобы избежать большого переходного сопротивления, иначе они внесут ощутимую погрешность измерений.

Переменного тока

Измерение переменного напряжения

Рис. 3. Измерение переменного напряжения

В цепи переменного тока бытовой цепи важно учитывать ее опасность из-за номинала в 220/380 В. Поэтому при невозможности подключения мультиметра непосредственно в процессе эксплуатации, его присоединение должно выполняться при отключенном напряжении при помощи «крокодилов».

В остальном процесс измерения идентичен:

    Переключите ручку мультиметра в положение для измерения переменного напряжения. На панели оно обозначается как V со значком «

» или аббревиатурой AC.

  • Установите ручкой деление на нужный предел по принципу ближайшего большего потенциала относительно измеряемого номинала.
  • Выполните подключение щупов к соответствующим выводам: черный к выводу COM, красный к выводу V.
  • Подключите измерительный прибор к нужному устройству, заметьте, что полярность щупов здесь значения не имеет.
  • На дисплее у вас отобразится действующее значение разности потенциалов, именно оно и является основным для всех расчетов. Но, помимо этого существует и амплитудное значение, которое больше действующего на √2 раз или 1,41 раза.

    Реальные примеры измерения напряжения

    Наиболее простым примером измерения напряжения в бытовых условиях является пальчиковая батарейка. В ней вам необходимо приложить черный щуп к выводу «– », а красный к выводу « + », позицию переключателя установить на 2 В постоянного напряжения.

    Пример измерения напряжения на батарейке

    Рис. 4. Пример измерения напряжения на батарейке

    Если показания для батарейки 1,5 В будут в пределах от 1,6 до 1,2 В, то такой источник питания считается пригодным для всего оборудования, в случае снижения значений до 1 – 0,7 В, от батарейки будут запускаться импульсные устройства, к примеру, часы. Если вольтметр покажет 0,6 В и менее, разряд достиг критического значения.

    При измерении разности потенциалов в бытовой сети, вам следует коснуться щупами контактов розетки. Так как изолированная часть щупа имеет ограничительное кольцо, за которым расположен длинный стержень, вы можете безопасно проникнуть в розетку, не рискуя прикоснуться к токоведущим элементам. Допустимыми считаются отклонения от номинала на 10%, то есть от 198 до 142 В.

    Также можно замерить разность потенциалов на выходе автомобильного аккумулятора или на другом элементе цепи электрической проводки. Для этого черный щуп мультиметра устанавливается на «– » клемму аккумулятора, а красный на « + » клемму.

    Если аккумулятор заряжен, то показания вольтметра должны находиться в пределах от 12 до 14 В, но встречаются модели и с большим разбросом. Такое измерение позволяет диагностировать различные причины неполадок.

    Видео по теме

    Источник