Основні фактори при вимірах напруги

Напруга - проста на перший погляд тема, але в той же час надзвичайно складна, з тисячами сценаріїв, що включають невидимі сили потоку електронів навколо нас.

Ці 7 фактів можуть вас здивувати!

Ось сім фактів, які вам слід знати про напругу:

1. Напруга - це не одинична величина, а різниця двох різних значень.

Досить просто запитати: «Яка напруга у цій точці ланцюга?» І справді, якщо хтось ставить таке питання, можна припустити, що він має на увазі основну нейтраль чи негативну полярність батареї чи джерела живлення. Але сама концепція є дуже важливою: ми не можемо просто мати напругу в якійсь точці ланцюга.

Несправності завжди виникають через неправильну кількість струму в місці ланцюга. Можливо, обрив дроту означає нульовий струм. Або проблема перегріву викликає надто великий струм. Якщо ми хочемо знайти проблему, ми повинні вміти розрізняти терміни «напруга в точці ланцюга» (знову ж таки, з можливим заземленням/нейтраллю) та термін «напруга на пристрої в ланцюзі».

Головне: вам потрібно бути впевненим у тому, куди має бути підключений чорний провід COM мультиметра.

Рисунок 1. Для вимірювання напруги вирішальне значення мають два вимірювальні дроти, на відміну від вимірювань тиску, до яких часто дорівнює напруга.

2. Напруга присутня завжди і скрізь

Коли ви йдете по дому, ви не часто думаєте про те, що напруга присутня всередині та навколо кожного предмета, але це правда. Існують цілі галузі, присвячені вирішенню проблеми статичної електрики, яка може створювати великі напруження на випадкових предметах, просто чекаючи на дотик, щоб згенерувати швидку іскру і розряд.

Це часто нешкідливо, але три місця, де це проблематично: дитина, що спускається з пластикової гірки, бензоколонка з палаючими парами навколо вас і чутлива незахищена комп'ютерна схема. Ковзання відчувається найчастіше, але бензоколонка і схема можуть бути набагато небезпечнішими і дорогими. Просто пам'ятайте, що у вас завжди є напруга. Повітря має напругу, і кожен предмет має напругу. Намагайтеся завжди мати розуміння, як правильно доторкнутися до предмета, який поверне вас до того ж напруги, що і навколишнє середовище (або взагалі заземліть себе), перш ніж випадково створити іскру в невідповідному місці.

3. Напруга пов'язана зі струмом, але не залежить від нього.

Закон Ома пов'язує напругу, струм та опір у лінійній залежності. При постійному опорі навантаження напруга та струм безпосередньо пов'язані; подвайте напругу, і ви подвоїте струм. Однак у вас може бути напруга без струму в ланцюзі, і закон Ома, мабуть, порушується. Цей факт найбільш очевидний у розімкнених ланцюгах, де майже нескінченний опір множиться на нульовий струм, і напруга також повинна дорівнювати нулю. Тим не менш, ми вимірюємо напругу в розімкнутому ланцюгу і побачимо кінцеве значення.

За наявності розімкнутого ланцюга ми натомість вимірюємо «потенційну» напругу, а не напругу, що падає через потужність, що розсіюється в навантаженні.

Малюнок 2. Ця батарея, що є простим «розімкненим» ланцюгом, звичайно, все ще має напругу, але не має струму.

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

Цифрові вольтметри обмежені частотою оновлення, тому кожен невеликий стрибок або падіння напруги не будуть вимірювані, ні відображені. Аналогові вимірювачі, хоча вони не мають частоти оновлення, вимагають часу, щоб відреагувати на зміни, тому вони не зможуть показати швидкі зміни напруги. Натомість думайте про них як про ті, які показують вам «середню» напругу за останню секунду або близько того.

Найчастіше це «ковзне середнє» цілком достатньо розуміння. Але якщо вам дійсно потрібно виміряти високошвидкісні сигнали, то найкращим інструментом буде осцилограф, який відображатиме профілі форми сигналу з точністю до мільярдів вибірок за секунду!

5. Ви не можете виміряти фактичне падіння напруги на компоненті.

Коли ви вимірюєте напругу, через вольтметр проходить невелика кількість струму від +V до COM. Коли ви намагаєтеся виміряти напругу на клемі або навантаженні, через вимірювач проходить трохи додаткової електрики, і з точки зору схеми це означає, що опір навантаження просто трохи знизився. Це не так багато, але цього достатньо, щоб змінити схему.

У більшості випадків ця невелика зміна зовсім не є проблемою для електрика і навіть не заслуговує на обговорення. Але чи є схеми, в яких це може бути суттєвим? Так. У високо-омних ланцюгах, таких як напівпровідники, опір пристроїв може бути близько до опору вольтметра (можливо, опір у вимкненому стані МОП-транзистора). Якщо раптово ввести рівний опір (має місце в мультиметрі), то опір навантаження падає вдвічі, а струм через ланцюг подвоюється! Коли ми говоримо про мільйони Ом опору, це все ще не такий великий струм, але результати на дисплеї вимірювача напевно не буде відображатися правильна картина!

Рисунок 3. Зліва ми бачимо простий вимір напруги послідовного резистора. Але справа єдина зміна полягає в тому, що до іншого резистори підключено ще один вольтметр. Цей вольтметр має велике значення!

6. Ви можете створювати електричні дуги навіть від низьковольтних батарей.

Я дуже рідко отримував удар струмом від вимірювального приладу. Але вперше це сталося (не випадково) всього за кілька хвилин до того, як я справді зрозумів, як насправді працює мультиметр ізоляції (мегаомметр)!

Коли постійна напруга, що виробляється батареєю, перетворюється на змінне через інвертор, його можна відправити на трансформатор, як і будь-який інший сигнал змінного струму. Це цілком може бути підвищуючий трансформатор, що перетворює мізерні 6-9 вольт батарей АА в більш ніж 500 або навіть 1000 вольт. І цього, безумовно, достатньо, щоб створити видиму напругу дуги та розбудити цікавого молодого інженера.

На щастя, загальна потужність іскри, що виходить від декількох батарей АА, дуже мала, тому вона навряд чи небезпечна, але це вчить вас поважати закони електрики і бути дуже обережним з тим, як ви використовуєте руки, щоб тримати вимірювальні дроти на пристрої.

7. Напруга може зберігатися роками.

Ви знаєте це; ви купували батарейки в магазині, термін придатності яких закінчується через кілька років, можливо, навіть через десятиліття. Але деякі пристрої можуть зберігати величезну кількість енергії і, якщо вони мають високоякісну конструкцію, може знадобитися кілька десятиліть, щоб ця напруга остаточно розсіялася через опір ланцюга, повітря чи матеріалів у пристроях.

Один із найвідоміших винуватців — конденсатори. Якщо великі конденсатори, що використовуються в таких пристроях, як електроприводи та старі електронно-променеві телевізори, зберігаються в сухому, помірному середовищі і, якщо вони не містять резистора повільного розсіювання, вони можуть утримувати енергію протягом дуже тривалого часу.

Якщо ви зіткнетеся з великим конденсатором, вам знадобиться лише мить, щоб виміряти напругу на висновках. Якщо він утримує заряд, можна підключити резистор з високим значенням (наприклад, 100 кОм на 1 МОм) до висновків і спостерігати, як він повільно розряджається, поки напруга не зникне.

Рисунок 4. Щоб переконатися, що старий конденсатор є безпечним, обов'язково виміряйте напругу. Якщо воно є, залиште вольтметр підключеним або встановіть резистор, доки напруга не впаде до нуля.

Щоб досягти успіху в електроніці, вам не потрібно знати все про електрику, вам просто потрібно бути досить розумним, щоб продовжувати вчитися на своїх помилках!

Магазин Gtest® - авторизований постачальник мультиметрів до України: https://gtest.com.ua/izmeritelnye-pribory/multimetry