Как определить напряжение в сети

Что показывает вольтметр, или математика розетки

Сегодня я ненадолго отступлю от своей обычной темы о визуальном программировании контроллеров и обращусь к теме измерений напряжения прямо в ней, в розетке!

Родилась эта статья из дискуссий за чаем, когда разразился спор среди «всезнающих и всеведающих» программистов о том, чего многие из них не понимают, а именно: как измеряется напряжение в розетке, что показывает вольтметр переменного напряжения, чем отличается пиковое и действующие значения напряжений.

Скорее всего, это статья будет интересна тем, кто начинает творить свои устройства. Но, возможно, поможет и кому-то опытному освежить память.

В статье рассказано о том, какие напряжения есть в сети переменного тока, как их измеряют и о том, что следует помнить при проектировании электронных схем.
Всему дано краткое и упрощённое математическое обоснование, чтобы было ясно не только «как», но и «почему».

Кому не интересно читать про интегралы, ГОСТы и фазы — могут сразу переходить к заключению.

Вступление

Когда люди начинают говорить о напряжении в розетке, очень часто стереотип «в розетке 220В» скрывает от их взора реальное положение дел.

Начнем с того, что согласно ГОСТ 29322-2014, сетевое напряжение должно составлять 230В±10% при частоте 50±0,2Гц (межфазное напряжение 400В, напряжение фаза-нейтраль 230В). Но в том же ГОСТ имеется примечание: «Однако системы 220/380 В и 240/415 В до сих пор продолжают применять».

Согласитесь, что это уже совсем не то однозначное «в розетке 220В», к которому мы привыкли. А когда речь начинает идти о «фазном», «линейном», «действующем» и «пиковом» напряжениях — вообще каша получается знатная. Так сколько же вольт в розетке?

Чтобы ответить на этот вопрос начнем с того, как измеряется напряжение в сети переменного тока.

Как измерять переменное напряжение?

Прежде, чем углубиться в дебри цепей переменного тока и напряжения, вспомним школьную физику цепей тока постоянного.

Цепи постоянного тока — вещь простая. Если мы возьмем некоторую активную нагрузку (пусть это будет обычная лампа накаливания, как на рисунке) и воткнем ее в цепь постоянного тока, то все, что происходит в нашей цепи будет характеризоваться всего двумя величинами: напряжением на нагрузке U и током, протекающим через нагрузку I. Мощность, которая потребляется нагрузкой однозначно вычисляется по формуле, известной со школы: .

Или, если учесть, что по закону Ома , то мощность P, потребляемую нагрузкой-лампочкой, можно вычислить по формуле .

С переменным напряжением все куда сложнее: в каждый момент времени — оно может иметь разное мгновенное значение. Следовательно, в разные моменты времени, на нагрузке, подключенной к источнику переменного напряжения (например, на лампе накаливания, воткнутой в розетку) будет выделяться разная мощность. Это очень неудобно с точки зрения описания электрической цепи.

Но нам повезло: форма напряжения в розетке синусоидальная. А синусоида, как известно, полностью описывается тремя параметрами: амплитудой, периодом и фазой. В однофазных сетях (а обычная розетка с двумя дырочками именно и есть однофазная сеть) про фазу можно забыть. На рисунке подробно показаны два периода сетевого однофазного напряжения. Того самого, что в розетке.

Рассмотрим, что означают все эти буковки на рисунке.

Период T — это время между двумя соседними минимумами или соседними максимумами синусоиды. Для осветительной сети РФ этот период составляет 20 миллисекунд, что соответствует частоте 50Гц. Частота колебаний напряжения электрической сети выдерживается очень точно, до долей процента.

Очевидно, что в любых двух точках синусоиды, отстоящих друг от друга на целое число периодов, напряжения всегда равны между собой.

Амплитуда Um — это максимальное напряжение, пик синусоиды. Про действующее напряжение Uд поговорим чуть ниже.

Напряжение в розетке (или однофазной сети) описывается формулой

где t — текущий момент времени, Um — амплитуда (или пиковое значение) напряжения, T — период сетевого напряжения.

Если с однофазным переменным напряжением более или менее все ясно, то попробуем посчитать мощность, которая выделяется на нашей любимой лампе накаливания, при втыкании ее прямо в розетку.

Так как лампа накаливания является активной нагрузкой (а это значит, что ее сопротивление не зависит от частоты напряжения и тока), то мгновенная мощность, выделяемая на лампе накаливания, воткнутой в розетку, будет вычисляться по формуле

где t — текущий момент времени, а R — сопротивление лампы накаливания при нагретой спирали. Зная амплитуду переменного напряжения Um, можно записать:

Понятно, что мгновенная мощность — неудобный параметр, да и на практике не особо нужный. Поэтому практически обычно применяется мощность, усредненная за период.
Именно усредненная мощность указана на лампочках, нагревателях и прочих бытовых утюгах.

Рассчитывается усредненная мощность в общем случае по формуле:

А для нашей синусоиды — по гораздо более простой формуле:

Можете сами подставить вместо функцию и взять интеграл, если не верите.

Не думайте, что про мощность я вспомнил просто так, из вредности. Сейчас поймете, зачем она нам была нужна. Переходим к следующему вопросу.

Что же показывает вольтметр?

Для цепей постоянного тока, тут все однозначно — вольтметр показывает единственное напряжение между двумя контактами.

С цепями переменного тока все опять сложнее. Некоторые (и этих некоторых не так мало, как я убедился) считают, что вольтметр показывает пиковое значение напряжения Um, но это не так!

На самом деле, вольтметры обычно показывают действующее или эффективное, оно же среднеквадратичное, напряжение в сети Uд.

Разумеется, речь идет о вольтметрах переменного напряжения! Поэтому, если будете измерять вольтметром напряжение сети, обязательно убедитесь, что он находится в режиме измерения переменного напряжения.

Оговорюсь, что «пиковые вольтметры», показывающие амплитудные значения напряжения, тоже существуют, но на практике при измерении напряжения питающей сети в быту обычно не применяются.

Разберемся, почему такие сложности. Почему бы не измерять просто амплитуду? Зачем выдумали какое-то «действующее значение» напряжения?

А все дело в потребляемой мощности. Я ведь не просто так писал о ней. Дело в том, что действующее (эффективное) значение переменного напряжения равно величине такого постоянного напряжения, которое за время, равное одному периоду этого переменного напряжения, произведет такую же работу, что и рассматриваемое переменное напряжение.

Или, по-простому, лампочка накаливания будет светить одинаково ярко, воткнем ли мы ее в сеть постоянного напряжения 220В или в цепь переменного тока с действующим значением напряжения 220В.

Для тех, кто уже знаком с интегралами или еще не забыл математику, приведу общую формулу расчета действующего напряжения произвольной формы:

Из этой формулы также становится ясно, почему действующее (эффективное) значение переменного напряжения также называют «среднеквадратичным».

Заметим, что подкоренное выражение и есть та самая «усредненная за период мощность», стоит только поделить это выражение на сопротивление нагрузки R.

Применительно к синусоидальной форме напряжения, страшный интеграл после несложных преобразований превратится в простую формулу:

где Uд — действующее или среднеквадратичное значение напряжение (то самое, которое обычно показывает вольтметр), а Um — амплитудное значение.

Действующее напряжение хорошо тем, что для активной нагрузки, расчет усредненной мощности полностью совпадает с расчетом мощности на постоянном токе:

Это и не удивительно, если вспомнить определение действующего значения напряжения, которое было дано чуть выше.

Ну и, наконец, посчитаем, чему же равна амплитуда напряжения в розетке «на 220В«:

В худшем случае, если у вас сеть на 240В, да еще и с допуском +10%, амплитуда будет аж !

Поэтому, если хотите, чтобы ваши устройства, питающиеся от сети, работали стабильно и не сгорали, выбирайте элементы, которые выдерживают пиковые напряжения не менее 400В. Разумеется, речь идет об элементах, на которые непосредственно подаётся сетевое напряжение.

Отмечу, что для не-синусоидальной формы сигнала действующее значение напряжения рассчитывается по иным формулам. Кому интересно — могут сами взять интегралы или обратиться к справочникам. Нас же интересует питающая сеть, а там всегда должна быть синусоида.

Фазы, фазы, фазы…

Помимо обычной однофазной осветительной сети

220В все слышали и о трехфазной сети

380В. Что такое 380В? А это межфазное эффективное напряжение.

Помните, я сказал, что в однофазной сети про фазу синусоиды можно забыть? Так вот, в трехфазной сети этого делать нельзя!

Если говорить по простому, то фаза — это сдвиг во времени одной синусоиды относительно другой. В однофазной сети мы всегда могли принять за начало отсчета любой момент времени — на расчеты это не влияло. В трехфазной сети необходимо учитывать насколько одна синусоида отстоит от другой. В трехфазных сетях переменного тока каждая из фаз отстоит от другой на треть периода или на 120 градусов. Напомню, что период измеряется также в градусах и полный период равен 360 градусов.

Если мы возьмем осциллограф с тремя лучами и прицепимся к трем фазам и одному нулю, то увидим такую картину.

«Синяя» фаза — начинается от нуля отсчета. «Красная» фаза — на треть периода (120 градусов) позже. И, наконец «зеленая» фаза начинается на две трети периода (240 градусов) позже «синей». Все фазы абсолютно симметричны друг относительно друга.

Какую именно фазу брать за точку отсчета — не важно. Картина будет одинаковой.

Математически можно записать уравнения всех трех фаз:

«Синяя» фаза:

«Красная» фаза:

«Зеленая» фаза:

Если измерить напряжение между любой из фаз и нулем в трехфазной сети — то получим обычные 220В (или 230В или 240В — как повезет, см. ГОСТ).

А если измерить напряжение между двумя фазами — то получим 380В (или 400В или 415В — не забываем об этом).

То есть трехфазная сеть — многолика. Ее можно использовать как три однофазные сети с напряжением 220В или как одну трехфазную сеть с напряжением 380В.

Откуда взялось 380В? А вот откуда.

Если мы подставим в формулу расчета действующего напряжения наши данные о двух любых фазах, то получим:

Uдф — действующее межфазное, оно же линейное напряжение.

Учитывая, что амплитуда каждой фазы получим, чтодля межфазного напряжения. На рисунке наглядно показано, как образуется межфазное напряжение, которое обозначено F1-F2 из двух фазных напряжений фаз F1 и F2. Напряжение фаз F1 и F2 измеряется относительно нулевого провода. Линейное напряжение F1-F2 измеряется между двумя разными фазными проводами.

Как видим, что действующее межфазное напряжение больше амплитуды синусоидального напряжения одной фазы.

Амплитуда межфазного напряжения составляет:

Для наихудшего случая (сеть 240В и межфазное напряжение 415В, да еще 10% сверху) амплитуда межфазного напряжения составит:

Учтите это при работе в трехфазных сетях и выбирайте элементы, рассчитанные не менее, чем на 650В, если им предстоит работать между двумя фазами!

Надеюсь, теперь понятно что показывает вольтметр переменного тока?

Заключение

Итак, очень кратко, почти на пальцах, мы ознакомились с тем какие напряжения действуют в бытовых сетях переменного тока. Подведем краткие итоги всего, изложенного выше.

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.

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

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

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 «

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.

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.

Зачем нужен мультиметр и как им пользоваться?

Можно ли представить современную жизнь без электрики? Безусловно, что нет. Однако часто случаются такие ситуации, когда нужно определить различные неисправности, связанные с электрикой. Таких проблем может быть огромное множество, и для помощи в решении подобных вопросов, используют электроизмерительные приборы. С их помощью можно легко проверить наличие напряжения в розетке, проверить целостность провода, а также использовать для поиска множества других неисправностей. В данной статье мы рассмотрим наиболее универсальный прибор, объединяющий несколько функций – мультиметр. Сразу отмечу, что здесь будут собраны общие пояснения работы прибора, позволяющие обычному пользователю понять основы использования мультиметра.

Что такое мультиметр?

Мультиметр – это прибор, позволяющий проводить измерения различных электрических величин. С его помощью можно измерить напряжение, сопротивление проводника, произвести замер тока, а также выполнить ряд других манипуляций, объем которых, зависит от функциональных возможностей прибора. К таким дополнительным опциям можно отнести: подключение термопары, возможность измерения емкости конденсатора и прочее. В нашем случае будем использовать бюджетную модель прибора, со стандартным функционалом. Его возможностей хватит для большинства видов электротехнических работ.

Виды мультиметров

На данный момент мультиметры классифицируют на два вида: цифровой, а также аналоговый (стрелочный). Основные различия между ними заключаются во внутреннем устройстве прибора, а также способе отображения показаний. Наибольшей популярностью сейчас пользуются именно цифровые мультиметры, так как они обладают более широким функционалом и просты в использовании. Однако аналоговый мультиметр не стоит недооценивать, поскольку в некоторых ситуациях стрелочный прибор просто незаменим.

Стрелочным мультиметром зачастую пользуются профессиональные электрики, поскольку он устойчив к помехам, а также позволяет наглядно отражать динамику изменяющегося сигнала.

В сравнении с аналоговыми приборами – цифровой мультиметр не нуждается в освоении сложной, для обычного пользователя, измерительной шкалы. Цифровые приборы имеют более высокую точность измерений, просты в использовании, и зачастую обладают значительно расширенными возможностями.

Заострять внимание на преимуществах и недостатках двух видов измерительных приборов мы не будем. На данную тему у каждого мастера будет своя точка зрения. В данной статье, в качестве примера, рассмотрим использование бюджетного цифрового мультиметра, который будет понятен для освоения любому человеку.

Внешний вид и режимы измерений прибора

Что собой представляет цифровой мультиметр? Данный прибор, как и множество других моделей, зачастую имеют прямоугольную форму. Корпус прибора выполнен из пластика. Иногда встречаются варианты с прорезиненными чехлами для защиты от механических повреждений.

На передней стороне располагается три основных элемента прибора:

· переключатель режимов измерений;

· три функциональных разъема для подключения измерительных щупов.

Принцип работы прибора довольно прост. Сначала необходимо подключить щупы в нужные разъемы, затем с помощью переключателя выставить требуемый режим измерения.

Так что же мы можем измерить с помощью данного прибора? Давайте разберемся подробней.

· Измерение переменного напряжения: в нашем случае максимально допустимый предел измерений составляет 600 В.

· Измерение постоянного напряжения: от 200 мВ, до 600 В.

· Измерение тока: предельно допустимый ток составляет до 10 А. Однако следует отметить, что при измерении высоких величин следует внимательно соблюдать технику безопасности и подвергать такой нагрузке прибор лишь кратковременно. Безусловно лучше это делать токоизмерительными клещами.

· Проверка диодов и «прозвонка» цепи: позволяет проверить диод на пробой, а также проверить целостность проводника (допустим провода).

· Измерение сопротивления: позволяет измерить сопротивление проводника с максимальным пределом до 2 Мом.

· PNP и NPN: выставляем тип биполярного транзистора для проверки его коэффициента усиления по току.

· Разъем HFE: в данный разъем вставляет ножки транзистора, чтобы узнать его коэффициент усиления по току.

Блок разъемов на мультиметре представлен тремя выводами.

Разъем «COM» (минус, ноль) – используется всегда для любых измерений.

Разъем «V/mA/Ω» — используется для измерения постоянного и переменного напряжения, сопротивления, «прозвонки», а также для измерения тока до 200 мА.

Разъем 10 A – используется для измерения тока в пределах от 200 мА до 10 А.

В следующих пунктах более подробно пройдемся по каждому режиму измерения и приведем наглядные примеры.

Измерение переменного напряжения

Наиболее часто в быту требуется измерить напряжение в нашей электрической сети. Как известно, в ней используется переменное напряжение номиналом 230 В с частотой 50 Гц. Чтобы измерить переменное напряжение в розетке, необходимо установить щупы в разъемы «COM» и «V/mA/Ω». Затем установить переключатель в режим измерения переменного напряжения с предельным значением 600 В. После этого необходимо вставить щупы в розетку. Полярность соблюдать не требуется.

В результате мы сможем увидеть на дисплее текущее напряжение в сети. В нашем случае этот показатель составил 208 В.

Измерение постоянного напряжения

Источниками питания для различных электронных устройств могут выступать гальванические элементы, аккумуляторы, которые вырабатывают постоянный ток. У самой обычной пальчиковой батарейки мы как раз можем измерить величину напряжения постоянного тока. В данном случае потребуется соблюдать полярность при измерениях (если перепутаете, то на дисплее мультиметра появится знак минуса перед измеренной величиной).

Чтобы произвести замер напряжения батарейки потребуется установить переключатель в режим измерения постоянного напряжения на отметку 20 В.

Затем щупами произведем замер значения напряжения, соблюдая полярность. В итоге мы получили результат 1.29 В.

Измерение тока

Измерение тока всегда производиться последовательно электрической цепи.

С помощью нашего прибора мы можем измерить только постоянный ток, для измерения переменного тока — необходим другой прибор.

Прежде всего нужно определиться с максимально возможным значением величины, которую мы измеряем. Если значение измеряемого тока не превышает 200 мА, то красный щуп необходимо подключить в разъем «V/mA/Ω», а если более – то в разъем 10 А.

При измерении больших величин крайне важно соблюдать правила техники безопасности и начинать работы при снятом напряжении с источника питания. Замеры тока необходимо производить кратковременно, не более нескольких секунд. Даже если вы знаете максимальные значение тока, то лучше начинать проводить измерения со вставки щупа в разъем 10 А, переключатель на приборе также необходимо передвинуть на соответствующий режим. При необходимости можно будет подстроить переключатель и переставить щуп, если это потребуется. Такие действия позволят избежать перегрева и возможной поломки мультиметра.

Проверка электронных компонентов с помощью мультиметра

В этом пункте рассмотрим проверку распространенных радиодеталей с помощью мультиметра.

Начнем с резистора, который широко используется в большинстве электронных устройств. В электрических устройствах он выступает в качестве ограничителя тока в цепи. Его часто еще называют «сопротивление». Сам компонент имеет множество разновидностей, а также вариантов исполнения.

В качестве примера я взял постоянный резистор МЛТ-1. Предлагаю с помощью мультиметра измерить его сопротивление. Для этого нам потребуется взять прибор и перевести переключатель в режим измерения сопротивлений. Подстроив нужный диапазон, на дисплее можно увидеть результат измерений – 658 Ом.

Далее проверим на работоспособность диод. На данный момент существует огромное количество различных диодов. Наиболее часто сейчас применяются полупроводниковые диоды. В электрических устройствах этот элемент зачастую применяют для защиты от включения с неправильной полярностью, для преобразования переменного тока в постоянный ток, а также для множества других задач. Если говорить простыми словами, то диод пропускает электрический ток только в одну сторону.

Для проверки диода мультиметром необходимо перевести прибор в режим проверки диодов. Затем подсоединяем плюсовой щуп (красный) к аноду, а минусовой щуп (черный) к катоду. На дисплее отобразились значения падения напряжения на измеряемом диоде. При смене полярности, на экране прибора должна отобразится единица. В нашем случае диод исправен, он приспускает ток только в одном направлении.

В некоторых случаях диод может пропускать ток в оба направления – значит элемент пробит и в полной мере не выполняет своих функций.

Теперь перейдем к проверке транзисторов. Транзистор – это радиоэлектронный компонент в электрической цепи, который способен управлять высоким выходным током с помощью небольшого входного сигнала. Внешне транзистор состоит из корпуса и трех выводов. По своей структуре они делятся на два класса: биполярные, а также полевые. В нашем случае будем рассматривать два биполярных транзистора с «n-p-n» и «p-n-p» структурой. Внутри биполярного транзистора располагаются три слоя проводника. Два из них (коллектор и эмиттер) имеют одинаковую проводимость. Через третий проводник (база) подается небольшой ток.

Проверять элементы будем в режиме проверки диодов. Сначала следует сказать, что любой биполярный транзистор можно условно представить в виде двух диодов (p-n переход). Ниже приведены схемы транзисторов с «n-p-n» и «p-n-p» структурой. Нам они понадобятся для понимания принципа проверки.

Тестировать будем два транзистора: МП116 (p-n-p), а также КТ805БМ (n-p-n).

Как определить какой тип транзистора у вас на проверке? В данном случае необходимо будет обратиться к справочникам, либо посмотреть подобную информацию в интернете. С помощью тестера можно будет путем поочередного преставления щупов определить какой у вас транзистор, а также его «цоколевку». Цоколевка – это функциональное расположение выводов у транзистора: коллектор, эмиттер и база. В нашем случае опустим этот вопрос и воспользуемся справочной информацией в интернете.

Первым проверим транзистор МП116 с «p-n-p» структурой. Расположение его выводов можно посмотреть ниже на фото.

Нам известно, что вывод базы находится в середине компонента. Переводим мультиметр в режим проверки диодов. Берем черный щуп и подключаем его к выводу базы, а красным щуп к выводу коллектора. Мультиметр нам показал текущее значение падения напряжения 886 мВ. Таким образом мы убедились в исправности p-n перехода база-коллектор.

Далее проверим p-n переход база-эмиттер. Для этого красный щуп мы подключим к выводу эмиттера, а черный останется на выводе базы. Прибор должен показать приблизительно такие же значения. В нашем случае данный p-n переход исправен.

Чтобы полностью удостовериться в исправной работе транзистора, проведем такие же самые замеры, только при обратном включении. Если транзистор полностью исправен, то мультиметр должен показывать значение равное 1. В таком случае мы убедимся, что p-n переход не пропускает ток в обратном направлении. Для этого необходимо подсоединить красный щуп (плюсовой) к базе транзистора, а черный щуп (минусовой) сначала к выводу коллектора, а затем эмиттера. В обоих случаях на мультиметре должна отобразиться 1.

Подведем итог. Наше тестирование «p-n-p» транзистора МП116 показало, что он полностью исправен и оба p-n перехода работают правильно.

В неисправных транзисторах могут быть обрывы p-n перехода. Если на одном из p-n переходов обрыв, то ток не будет проходить ни в одном направлении, а мультиметр будет в обоих случаях отображать 1.

Теперь предлагаю перейти к проверке «n-p-n» транзистора КТ805БМ. Расположение функциональных выводов элемента приведены ниже.

Проверка транзисторов с «n-p-n» структурой производится по аналогичной методике. Единственное различие заключается в том, что необходимо будет поменять полярность щупов при измерении.

Для проверки p-n перехода база-коллектор необходимо будет подключить красный щуп на вывод базы, а черный щуп на вывод коллектора. Если p-n переход исправен, то мы увидим значение падения напряжения. В нашем случае это 560 мВ.

Затем проверим p-n переход база-эмиттер. Он также оказался исправным.

В завершении проверим исправность транзистора при обратном включении. Аналогично первому примеру, сменим полярность у щупов и поочередно проверим p-n переходы база-коллектор, а также база-эмиттер. При обратном включении на мультиметре мы должны увидеть значение 1.

Оба проверяемых транзистора оказались полностью исправны. Мы рассмотрели проверку данного компонента с помощью функции проверки диодов. Однако в нашем мультиметре есть дополнительная функция проверки транзисторов на коэффициент усиления по току. Применяют её для того, чтобы подобрать одинаковую пару компонентов для ремонта, либо проектирования какой-либо техники. Данной опцией удобно пользоваться при быстрой проверке транзисторов. Для этого необходимо знать структуру транзистора, а также его цоколевку. Разъем HFE имеет несколько входов, позволяющие подсоединить выводы практически любого транзистора. Использовать данную функцию легко: при подключении проверяемого элемента, на дисплее мультиметра должны отобразиться числовые значения усиления. Если на дисплее будет отображаться 0, то скорее всего, транзистор неисправен. Крайне важно отметить, что необходимо добиться хорошего контакта выводов транзистора с разъемом HFE. Большинство китайских мультиметров не обладают высоким качеством материалов, применяемом при изготовлении прибора. Поэтому нужно убедиться, чтобы контакты сели плотно.

В качестве примера проверим наш биполярный транзистор МП116. Вставляем выводы транзистора в разъем и переводим прибор в режим «p-n-p». На экране прибора отобразились показания.

«Прозвонка»

В заключительном пункте рассмотрим одно из наиболее часто употребляемых терминов — «Прозвонка». Если говорить простыми словами, то под «прозвонкой», понимают проверку электрической цепи на целостность или наличие короткого замыкания. Как определить, целый провод или нет? Его «прозванивают». Данную процедуру можно осуществить с помощью омметра либо мультиметра. Поскольку у нас на руках есть мультиметр, предлагаю с его помощью проверить пару проводов на «обрыв».

Перед началом проверки необходимо перевести мультиметр в режим проверки диодов и замкнуть между собой щупы. Прибор должен показать нулевое сопротивление, что позволит нам определить наличие контакта. В нашем случае прибор также оснащен звуковой индикацией, и при проверке проводника, можно будет услышать характерный писк.

Для того, чтобы «прозвонить» провод нам будет необходимо щупами присоединиться к началу и концу провода. Если целостность проводника не нарушена – мы увидим на приборе нулевое сопротивление и услышим звуковой сигнал тестера.

Заключение

Мультиметр является очень полезным и востребованным помощником в квартире или частном доме. Его область применения не нуждается в объяснении для профессиональных электриков. Но и данная статья была написана не для такой группы людей. Я надеюсь, что человеку ранее не знакомому с таким многофункциональным прибором, стали понятны основы работы с ним, а также те ситуации, в которых мультиметр можно применить. Надеюсь, мои рассуждения были вам полезны. В любом случае всегда стоит помнить, что любые электротехнические работы должны проводиться со строгим соблюдением техники безопасности. В некоторых случаях лучше попросить о помощи квалифицированного электрика.

Как пользоваться электрическим тестером

Даже если вы не профессиональный электрик, элементарные приборы для измерения электрических величин в доме должны быть. Для того чтобы измерить напряжение в сети, или прозвонить предохранитель, не обязательно вызывать оплачиваемого мастера. Все это можно сделать с помощью простого прибора — мультиметра или тестера. Они бывают разного размера, стоимости. Функционал от самого примитивного, до измерения температуры и уровня освещенности.

Чтобы деньги, вложенные в этот прибор, не пропали зря — надо знать, как правильно пользоваться тестером. Для начала рассмотрим типовое устройство, и его базовые функции.

Что может простой мультиметр, и как им правильно пользоваться

Чтобы заставить его работать, требуется питание. Обычная 1.5 вольтовая батарейка не подходит, нужен вольтаж побольше. В моделях с крупным корпусом могут применяться элементы питания типа «Крона»: 6F22, 1606 и прочие, с напряжением 9 вольт. Компактные модели укомплектованы батареей типа А23, с напряжением 12 вольт. При критическом разряде, прибор подаст сигнал о невозможности проводить измерения, останется лишь режим прозвонки. Дело в том, что цифровые приборы при измерениях используют электронную схему, которой необходимо определенное напряжение для работы.

Стрелочные приборы для измерения силы тока или напряжения могут работать автономно.

Но даже стрелочным тестерам, для замера сопротивления резистора, или проверки исправности диода, требуется питание.

Итак, элемент питания установлен, тестер готов к работе. Мы рассмотрим популярную цифровую модель, стрелочные мультиметры в быту уже почти не встречаются.

Перед началом работ (или, правильнее сказать, приобретением прибора), надо понять: для чего он вам нужен. Каковы должны быть пределы измерения, класс точности, дополнительные функции. Например, для бытового использования нет необходимости брать токовые клещи с пределом измерения в сотни ампер. Такие функции, как измерение температуры, силы звука и света, влажности — безусловно, полезны. Но дополнительные датчики увеличивают стоимость прибора, а пользоваться ими вы будете крайне редко.

Для удобства пользователя, многие производители добавляют подсветку экрана, подставки, чехлы для хранения.

Это позволяет работать с прибором более комфортно, просто вы оплачиваете каждую опцию.

На самом деле, для большинства задач достаточно следующих функций:

• Измерение величины переменного и постоянного напряжения в диапазоне до 500 вольт.
• Замер сопротивления и прозвонка линии со звуковым индикатором.
• Измерение силы тока до 2 ампер.

Дополнительные опции, которые почти всегда есть даже в недорогих моделях:

• Проверка транзисторов.
• Проверка конденсаторов, иногда с возможностью измерения емкости.
• Проверка исправности и направления проводимости диодов.
• Проверка светодиодов.

Измерение производится довольно просто: рукоять управления устанавливается в требуемый режим.

Предел измерений выбирается максимально близкий к предполагаемому значению, но не меньше. Например, если вы проверяете напряжение на 12 вольтовом аккумуляторе, предел измерений устанавливается 15 вольт (в зависимости от модели). Затем следует надежно закрепить измерительные кабели в гнездах, и соединить щупы с точками замера.

Меры безопасности при работе с тестером

• Перед началом работ прочитайте в инструкции раздел «безопасность».
• Убедитесь в целостности корпуса, а также в том, что соединительные винты полностью закручены. Во многих приборах для замены элемента питания требуются разобрать корпус. Многие пользователи затем просто защелкивают половинки, забывая зафиксировать винты.
• Проверьте надежность соединения измерительных кабелей в разъемах. Для этого достаточно с небольшим усилием потянуть провод, удерживая в руках изолятор.
• При работе с напряжением, большим, чем 60 вольт, не держите оба измерительных провода разными руками. Выполняя это простое требование, вы обезопасите себя от поражения электрическим током вдоль так называемые «линии смерти»: рука-сердце-рука.

Типовые измерения бытовым мультиметром

Измерение постоянного тока

Измерение постоянного тока безопасной величины. Например — проверка автомобильного аккумулятора. Установка режима: измерение постоянного напряжения. Предел измерения — 20 вольт (ближайший диапазон). Измерительные кабели включаются в соответствии с инструкцией.

Как проверить батарейки или аккумуляторы

Аналогичным способом проверяем пальчиковые батарейки или аккумуляторы. Предел измерения в нашем случае те же 20 вольт постоянного напряжения. Предполагаемое значение 1.4 вольта. Прижимаем контакты к аккумулятору (соблюдая полярность), снимаем показания.

Измерение опасного напряжения

Внимание! Работать с опасным напряжением могут только лица, имеющие соответствующие группы допуска!

Измерение опасного напряжения: например, в розеточной сети. Для начала проверяем измерительные кабели. Изолирующие рукояти должны быть целыми, провода надежно удерживаться. На измерительном кабеле отформованы ограничительные кольца, чтобы пальцы не соскользнули в опасную зону во время прижимания к измеряемым контактам.

Выставляем режим измерения переменного тока, предел измерения — 500 (или 750) вольт (измеряемое напряжение 220 вольт). Надежно фиксируем кабели в приборе, подключаемся к розетке, манипулируя одной рукой.

Чтобы измерить напряжение в сети, достаточно нескольких секунд. Не следует надолго оставлять подключенный к розетке прибор.

Прозвонка цепи

Разобравшись, как пользоваться тестером напряжения, переходим к самой простой операции: прозвонка цепи.

Внимание! Допустимо выполнять прозвонку только полностью обесточенных участков цепи.

Производится при наличии такого режима на приборе.

Перед началом прозвонки, соединяем щупы между собой и проверяем работоспособность прибора (устойчивый звуковой сигнал). Если концы проверяемой проводки разнесены далеко друг от друга, воспользуйтесь удлинителем.

Важно! Чтобы вы могли безопасно работать на сетевой электропроводке в режиме прозвонки, следует физически отсоединить проверяемую линию в ближайшей распределительной коробке.

Проверка радиокомпонентов

Разумеется, детали следует проверять после извлечения их из монтажной платы. В крайнем случае, достаточно отсоединить один контакт.

Проверка диода или резистора. Выставляем соответствующий режим на переключателе. Если вы не знаете приблизительный номинал, начинаем измерения с большего предела. Переключая диапазон измерений, вы рано или поздно найдете нужный номинал.

Светодиоды проверяются в режиме прозвонки. Даже если вы увидите, что диод исправно проводит ток в одну сторону (в режиме проверки обычных диодов), но при этом не светится, измерения не имеют значения.

В режиме прозвонки, силы тока будет достаточно для зажигания кристалла. Перепутав полярность, вы не испортите деталь. Просто диод не засветится.

Это надо знать: Даже тестеры эконом класса имеют определенную защиту от перегрузки и предохранитель на входных контактах.

Но это не означает, что вы можете путать режимы, и подключаться к высокому напряжению с установленным низким порогом измерения.

Как проверить заземление

Измерение заземления также можно произвести с помощью бытового тестера.

1. Прежде всего убедимся, что у вас в доме выполнена разводка «земли». Для этого открываем корпус любой розетки, и проводим визуальный осмотр. Если на «земляной» контакт ничего не заведено, или есть перемычка (это опасно!) между нулевым и «земляным» выводом, собственно и проверять нечего. При наличии на контакте «земли»: типового желто — зеленого провода, вы можете проверить, подключено «естественное заземление», либо у вас объединены нулевая и земляная шины.
2. Определяем фазу. Для этого существует индикаторная отвертка.
3. Затем, предварительно проверив провода, и выставив правильный режим, замеряем напряжение между фазой и нулевым контактом. Записываем результат и проводим измерение между фазой и проверяемым заземлением.
4. Если результат п.3 одинаковый — значит у вас фальшивая «земля», провод объединен с нулевой шиной. Это крайне опасно, лучше вообще отсоединить такой провод и закрыть изолирующим колпачком.
5. Если результат п.3 отличается на несколько вольт — проверьте несколько раз с минимально возможным интервалом измерения. При устойчивом отличии значения вы можете быть уверены в безопасности вашей электросети. У вас естественное заземление.

Как проверить заземление без индикаторной отвертки

Для этого необходимо с помощью тестера проверить напряжение между всеми парами контактов. Разумеется, в этом есть смысл при наличии подключенного провода к заземляющему контакту розетки.

Напряжение, близкое к значению 220 вольт будет только между парами: фаза-ноль, и фаза-«земля». Понятное дело, что фаза не может быть заведена на заземляющие контакты розетки, стало быть, она в одном из рабочих отверстий.

Как пользоваться тестером для проверки естественного заземления (при известном фазном контакте), вы уже знаете.

Подробнее об измерении силы тока

В принципе, все, кто учил в школе физику, знает, как измерить силу тока на участке цепи. Необходимо пропустить ток через прибор: то есть, включить его в разрыв цепи. В лабораторных условиях это просто, там выверенные параметры и прибор с запасом прочности. А как, к примеру, проверить утечку тока на автомобильном аккумуляторе?

Для такой работы подойдет не каждый тестер. Предел измерения силы тока, как минимум, должен превышать мощность ламп головного света. Например, у вас в фарах галогенки по 55 Вт. Суммарная мощность 110 Вт, делим на напряжение 12 вольт, получаем значение около 10 ампер. Значит, на бытовом тестере должен быть режим измерения постоянного тока с пределом в 20 ампер.

Далее — стандартное включение (как в школьной лаборатории):

• Отключаем минусовой провод (массу) от аккумулятора.
• Надежно соединяем минусовой измерительный кабель тестера, с минусовой клеммой АКБ.
• Плюсовой измерительный кабель прибора соединяем с минусовым проводом автомобиля.

Видим ток утечки при отключенных потребителях. Если он измеряется амперами, поочередно извлекаем предохранители, и находим узел, который дает паразитную нагрузку.

Нулевого тока быть не должно: под постоянным питанием находится бортовой компьютер, магнитола, сигнализация (при наличии). Но это десятки миллиампер. Если значение на порядок выше — тестер поможет найти проблемный участок.

Как правильно выбрать мутьтиметр

Однозначная рекомендация для тех, кто не увлекается радиоэлектроникой — базовый цифровой тестер серии 830, 832 или 182. Его цена — несколько сотен рублей. Единственный недостаток такого прибора — малый диапазон измерения силы тока. Тем не менее, для бытовых измерений его хватит с запасом.

Если вы самостоятельно обслуживаете автомобиль — следует выбрать модель в крепком прорезиненном корпусе, с пределом измерений по току не ниже 10 ампер.

Такой прибор будет стоить порядка 1000 руб., но запас прочности у него выше.

Приобретение стрелочных тестеров сегодня не имеет смысла. Разве что для специфических задач, когда необходимо следить за некими импульсами в реальном времени.