Основные факторы при измерениях напряжения

Напряжение — простая на первый взгляд тема, но в то же время чрезвычайно сложная, с тысячами сценариев, включающих невидимые силы потока электронов вокруг нас.

Эти 7 фактов могут вас удивить!

Вот семь фактов, которые вам следует знать о напряжении:

1. Напряжение — это не единичная величина, а разность двух различных значений.

Достаточно просто спросить: «Каково напряжение в этой точке цепи?» И действительно, если кто-то задает такой вопрос, можно предположить, что он имеет в виду основную нейтраль или отрицательную полярность батареи или источника питания. Но сама концепция очень важна: мы не можем просто иметь напряжение в какой-то точке цепи.

Неисправности всегда происходят из-за неправильного количества тока в месте цепи. Возможно, обрыв провода означает нулевой ток. Или проблема перегрева вызывает слишком большой ток. Если мы хотим найти проблему, мы должны уметь различать термины «напряжение в точке цепи» (опять же, с предполагаемым заземлением/нейтралью) и термин «напряжение на устройстве в цепи».

Главное: вам нужно быть уверенным в том, куда должен быть подключён черный провод COM мультиметра.

Рисунок 1. Для измерения напряжения решающее значение имеют два измерительных провода, в отличие от измерений давления, к которым часто приравнивается напряжение.

2. Напряжение присутствует всегда и везде

Когда вы идете по дому, вы не часто думаете о том, что напряжение присутствует внутри и вокруг каждого предмета, но это правда. Существуют целые отрасли, посвященные решению проблемы статического электричества, которое может создавать большие напряжения на случайных предметах, просто ожидая прикосновения, чтобы сгенерировать быструю искру и разряд.

Это часто безвредно, но вот три места, где это проблематично: ребенок, спускающийся с пластиковой горки, бензоколонка с горящими парами вокруг вас и чувствительная незащищенная компьютерная схема. Скольжение ощущается чаще всего, но бензоколонка и схема могут быть гораздо более опасными и дорогостоящими. Просто помните, у вас всегда есть напряжение. Воздух имеет напряжение, и каждый предмет имеет напряжение. Старайтесь всегда иметь понимание, как правильно прикоснуться к предмету, который вернет вас к тому же напряжению, что и окружающая среда (или вообще заземлите себя), прежде чем случайно создать искру в неподходящем месте.

3. Напряжение связано с током, но не зависит от него.

Закон Ома связывает напряжение, ток и сопротивление в линейной зависимости. При постоянном сопротивлении нагрузки напряжение и ток напрямую связаны; удвойте напряжение, и вы удвоите ток. Однако у вас может быть напряжение без тока в цепи, и закон Ома, по-видимому, нарушается. Этот факт наиболее очевиден в разомкнутых цепях, где почти бесконечное сопротивление умножается на нулевой ток, и напряжение также должно быть равно нулю. Тем не менее, мы измеряем напряжение в разомкнутой цепи и увидим конечное значение.

При наличии разомкнутой цепи мы вместо этого измеряем «потенциальное» напряжение, а не напряжение, падающее из-за мощности, рассеиваемой в нагрузке.

Рисунок 2. Эта батарея, представляющая собой простую «разомкнутую» цепь, конечно, все еще имеет напряжение, но не имеет тока.

4. Вольтметры не могут отображать точное напряжение в каждый момент времени.

Цифровые вольтметры ограничены частотой обновления, поэтому каждый небольшой скачок или падение напряжения не будут ни измерены, ни отображены. Аналоговые измерители, хотя у них нет частоты обновления, требуют времени, чтобы отреагировать на изменения, поэтому они не смогут показать быстрые изменения напряжения. Вместо этого думайте о них как о тех, которые показывают вам «среднее» напряжение за последнюю секунду или около того.

В большинстве случаев это «скользящее среднее» вполне достаточно для понимания. Но если вам действительно нужно измерить высокоскоростные сигналы, то лучшим инструментом будет осциллограф, отображающий профили формы сигнала с точностью до миллиардов выборок в секунду!

5. Вы не можете измерить фактическое падение напряжения на компоненте.

Когда вы измеряете напряжение, через вольтметр проходит небольшое количество тока от +V до COM. Когда вы пытаетесь измерить напряжение на клемме или нагрузке, через измеритель проходит немного дополнительного электричества, и с точки зрения схемы это означает, что сопротивление нагрузки просто немного снизилось. Это не так много, но этого достаточно, чтобы изменить схему.

В большинстве случаев это небольшое изменение совершенно не является проблемой для электрика и даже не заслуживает обсуждения. Но есть ли схемы, в которых это может быть существенно? Да. В высоко-омных цепях, таких как полупроводники, сопротивление устройств может быть несколько близко к сопротивлению вольтметра (возможно, сопротивление в выключенном состоянии МОП-транзистора). Если внезапно ввести равное сопротивление (имеющее место в мультиметре), то сопротивление нагрузки падает вдвое, а ток через цепь удваивается! Когда мы говорим о миллионах Ом сопротивления, это все еще не такой большой ток, но результаты на дисплее измерителя определенно не будет отображаться правильная картина!

6. Вы можете создавать электрические дуги даже от низковольтных батарей.

Я очень редко получал удар током от измерительного прибора. Но первый раз это случилось (не случайно) всего за несколько минут до того, как я действительно понял, как на самом деле работает мультиметр изоляции (мегаомметр)!

Когда постоянное напряжение, вырабатываемое батареей, преобразуется в переменное через инвертор, его можно отправить на трансформатор, как и любой другой сигнал переменного тока. Это вполне может быть повышающий трансформатор, преобразующий скудные 6-9 вольт батареек АА в более чем 500 или даже 1000 вольт. И этого, безусловно, достаточно, чтобы создать видимое напряжение дуги и разбудить любопытного молодого инженера.

К счастью, общая мощность искры, исходящей от нескольких батареек АА, очень мала, поэтому она вряд ли опасна, но это учит вас уважать законы электричества и быть очень осторожным с тем, как вы используете руки, чтобы держать измерительные провода на устройстве.

7. Напряжение может сохраняться годами.

Вы знаете это; вы покупали батарейки в магазине, срок годности которых истекает через несколько лет, может быть, даже через десятилетие. Но некоторые устройства могут хранить огромное количество энергии и, если они имеют высококачественную конструкцию, может потребоваться несколько десятилетий, чтобы это напряжение окончательно рассеялось через сопротивление цепи, воздуха или материалов в устройствах.

Один из самых известных виновников — конденсаторы. Если большие конденсаторы, используемые в таких устройствах, как электроприводы и старые электронно-лучевые телевизоры, хранятся в сухой, умеренной среде и, если они не содержат какого-либо резистора медленного рассеивания, они могут удерживать энергию в течение очень долгого времени.

Если вы столкнетесь с большим конденсатором, вам понадобится всего лишь мгновение, чтобы измерить напряжение на выводах. Если он удерживает заряд, вы можете подключить резистор с высоким значением (например, 100 кОм на 1 МОм) к выводам и наблюдать, как он медленно разряжается, пока напряжение не исчезнет.

Рисунок 4. Чтобы убедиться, что старый конденсатор безопасен, обязательно измерьте напряжение. Если оно есть, оставьте вольтметр подключенным или установите резистор, пока напряжение не упадет до нуля.

Чтобы добиться успеха в электронике, вам не нужно знать все об электричестве, вам просто нужно быть достаточно умным, чтобы продолжать учиться на своих ошибках!

Магазин Gtest® - авторизованный поставщик осциллографов, мультиметров и токовых клещей в Украину: https://gtest.com.ua/izmeritelnye-pribory/multimetry