СЦБИСТ - железнодорожный форум, блоги, фотогалерея, социальная сеть СЦБИСТ - железнодорожный форум, блоги, фотогалерея, социальная сеть
Вернуться   СЦБИСТ - железнодорожный форум, блоги, фотогалерея, социальная сеть > Техника > Уголок радиолюбителя > Измерительные приборы

Ответ    
 
В мои закладки Подписка на тему по электронной почте Отправить другу по электронной почте Опции темы Поиск в этой теме
Старый 30.05.2015, 17:03   #1 (ссылка)
Crow indian
 
Аватар для Admin


Регистрация: 21.02.2009
Возраст: 42
Сообщений: 28,791
Поблагодарил: 397 раз(а)
Поблагодарили 5851 раз(а)
Фотоальбомы: 2566
Записей в дневнике: 647
Загрузки: 672
Закачек: 274
Репутация: 126089

Тема: Гальванический щуп-индикатор


Гальванический щуп-индикатор


Ю.П. Саража, г. Миргород

Изделие, оформленное в виде автономного щупа, позволяет качественно оценить наличие электрических зарядов и их полярность, выявить утечки и наводки переменного тока, примерно оценить емкость конденсаторов и т.п.

Щуп-индикатор схемотехнически представляет собой инвертирующий усилитель постоянного тока на микромощном операционном усилителе (ОУ) (рис.1) Применение микромощного ОУ типа КР140УД1208 позволило выполнить компактную конструкцию с питанием от двух литиевых элементов CR2032 по 3 В и даже отказаться от выключателя питания (потребляемый ток в режиме ожидания не превышает 20 мкА).


Высокое входное сопротивление ОУ позволило отказаться и от соединительного провода по общей шине, в качестве которой используется тело человека, а общим электродом Е2 является сам корпус щупа, соединенный с общей шиной схемы индикатора. Вторым электродом Е1 является игла, подключенная через амплитудный двусторонний ограничитель R1, VD1, VD2 на инвертирующий вход ОУ (вывод 2 DA1).

Коэффициент усиления усилителя зависит от сопротивления резисторов R1 и R2: Ку=R2/R1, и в данном случае Ку=16. Это определяет чувствительность схемы индикатора, и ее можно либо повысить (снижая входное сопротивление), либо уменьшить подбором резисторов R1 и R2.

Я остановился на указанных на схеме номиналах из того соображения, что реальная чувствительность (по зажиганию на выходе светодиода) составила около 0,5 В. При таком напряжении начинают открываться кремниевые полупроводниковые приборы, и схемы "оживают", а ниже 0,5 В находятся шумы и наводки, которые лучше не индицировать.

Двухцветный красно-зеленый двухвыводный светодиод HL1 подключен анодом зеленого светодиода непосредственно на вывод 6 ОУ DA1, анод красного светодиода подключен к общему проводу, поскольку входной сигнал инвертируется. Микросхема DA1 типа КР140УД1208 имеет схему защиты выхода от коротких замыканий и ограничивает ток (выв.6) при питании от источника ±3 В (GB1, GB2) до 3-5 мА, что достаточно для светодиода, безопасно для DA1, и при этом отсутствуют потери на гасящем резисторе.

Светодиодные кристаллы, по сути, являются пороговыми элементами с порогами ~1,9 B y зеленого и около 1,75 B y красного кристаллов (при токе 5 мА у светодиода типа КИПД-41А). Свечение (заметное) кристаллов светодиодов, как уже отмечалось, должно быть при напряжениях +0,5 В красного и -0,5 В зеленого на игле щупа. Разбаланс пороговых напряжений, т.е. резкую чувствительность для положительной и отрицательной полярностей входного напряжения частично можно устранить (выровнять чувствительность) подбором сопротивления резистора R3, которое в общем случае выбирают равным сопротивлению резистора R1. Однако в примененном ОУ есть отдельные выводы балансировки (выводы 5 и 1 на схеме не показаны), между которыми подключают подстроечный резистор на 100 кОм. Его подвижный контакт соединяют с шиной - 3 В (GB2 "-"), и с его помощью при отключенной игле Е1 (или замкнутых Е1 и Е2) на выходе ~ +0,075 В (т.е. при указанных выше пределах U=1,9 В и UR=-1,75 В; Ucp=1,85 В, DUср=±0,075 В (75 мВ)), а поскольку зеленый светодиод зажигается положительной полярностью, и его напряжение горения выше, то напряжение на выходе DA1 при нулевом напряжении на входе должно быть в полярности "+", что автоматически "увеличит" напряжение зажигания красного кристалла и "снизит" напряжение зажигания зеленого. Добиваться желтого цвета свечения HL1 при индикации переменного тока мы не будем, поскольку в большинстве двухцветных светодиодов это невозможно ввиду большого расстояния между кристаллами и несовершенства оптической системы.

Резистор R4 по выводу 8 является программирующим по току потребления DA1 и, кроме того, его сопротивление влияет на выходной ток ОУ, поэтому я не стремился установить максимальное сопротивление, а ограничился R4=1 МОм. Наличие этого резистора обязательно для работы микромощного ОУ, каким является и КР140УД1208. Кроме указанного типа ОУ можно применить любой другой микромощный ОУ, способный работать при напряжении питания +3 В, например, ОУ серии КР1407.


Примененный ОУ КР140УД1208 выпускается в корпусе DIP-8 (кристалл ОУ КР140УД1208, помещенный в пластмассовый корпус со стандартной цоколевкой), что и позволило выполнить "плоскую" конструкцию щупа-индикатора (рис.2) и применить плоские литиевые элементы питания GB1 и GB2. Толщина корпуса при использовании батареек типа CR2032 (Ж20 мм, толщина (высота) 3,2 мм), печатной платы из двустороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм и кожуха из хромированного листа (полосы из зеркала фотоглянцевателя толщиной 0,3 мм) получается равной 9 мм. Весь монтаж на печатной плате размерами 100x25 мм выполнен в уплощенном виде, чтобы высота деталей над платой не превышала 3 мм (высоту элементов питания). Для этого под микросхему DA1, резистор R1 и светодиод HL1 выполнены вырезы и отверстия в плате. При этом микросхему монтируют в планарном варианте в вырезе 10x10 мм (выводы DA1 выпрямляют в плоскость и подрезают) (рис.3). Резистор R1 (МЛТ-0,5) монтируют по оси симметрии платы на консоли крепления иглы щупа электрод Е1 из хромированной бронзы Ж2,5 мм, запаянный в вырез на краю консоли и дополнительно (предварительно) закрепленный двумя проволочными скобами). Последний узел (консоль) выполнен так для жесткости и удобства вывода иглы из корпуса щупа (через вырез в кожухе) изолированной консоли, а под изоляцию параллельно резистору R1 уложены четыре полоски из стеклотекстолита 20x3x1.



Особенностью предлагаемой конструкции является исполнение отсека питания на другом краю платы. На каждой стороне двусторонней платы выполнены площадки-контакты круглой формы под литиевые элементы Ж20 мм, соединенные непосредственно с выводами ввода питания DA1. Контакт общего провода получается от соединения выводов батареек, направленных от платы упругой скобой (канцелярским зажимом). Поскольку поверхность такого зажима из углеродистой стали оксидирована (воронение) или окрашена, то на этот контакт не рассчитываем, а дублируем его консолями кожуха корпуса, надежно соединенного с общим проводом схемы и являющегося вторым электродом щупа Е2.


Заготовка кожуха представляет собой полосу из хромированной латуни ~25x200 мм (из зеркала (пластины) от фотоглянцевателя). Посредине этой полосы перпендикулярно длине делаем Н-образный вырез шириной 17 мм и высотой 4 мм для пропуска консоли иглы щупа. Эту заготовку кожуха потом надеваем на консоль иглы щупа до плечиков платы и огибаем по боковинам. В заготовке кожуха по месту сверлим пять отверстий (четыре под стяжные винты и одно под линзу светодиода). У отсека питания кожух закрепляем двумя (или 4) винтами М2 к плате через распорные втулки (или резьбовые буксы) высотой, равной высоте батареек GB1 и GB2, которые лучше сразу напаять на площадки платы (втулки). Образовавшиеся консоли кожуха подрезаем по месту так, чтобы они входили между боковинами корпуса и не могли замкнуть батарейки. Получился надежный отсек питания, в котором следует еще установить (вклеить) изолирующие прокладки по боковинам и распорным втулкам. Перед установкой на батарейки CR2032 можно надеть кольца из винила (например, трубки Ж30 мм или изоляцию от провода МГШВ) для удобства извлечения. А в общем, батарейки должны легко вытряхиваться из отсека после снятия канцелярского зажима черного цвета (рис.2), который красиво "затыловывает" хромированную конструкцию щупа и заменяет выключатель питания. Рычажки зажима после обжатия отсека питания тоже красиво укладываем на поверхности (в предлагаемом по чертежам варианте лучше прилепить рычажки от зажима шириной 20 мм). Примыкание кожуха и боковин может быть выполнено с уступом по внутренней поверхности боковин ~ 0,5 мм, для этого боковины могут быть составными (2-слойными). Если боковины из двустороннего стеклотекстолита, то один слой напаивают к боковым сторонам платы, а наружную поверхность следует хотя бы облудить и обязательно соединить с общим проводом, в таком случае кожух тоже лучше выполнить из луженой жести, поскольку щуп чувствителен и к гальванической разности потенциалов.

Особенно нежелательно применять серебряные детали, поскольку серебро обладает максимальной ЭДС в паре со многими металлами (до 1,85 В при чувствительности щупа 0,5 В). Также нежелательно применять оцинкованные детали (по тому же соображению). В общем нужно добиться такого состояния, чтобы гальванические пары не образовывались между электродами Е1 (игла) и Е2 (кожух, а в общем корпус). Проверить их отсутствие можно, если держаться одной рукой за иглу (влажными, но не мокрыми пальцами), а второй ощупывать (держать) корпус во всех возможных местах. При этом светодиод-индикатор не должен вспыхивать ни каким цветом. Например, если игла серебряная, а поверхность боковин или кожух луженые, то светодиод будет светиться красным цветом. В таком случае нужно убрать серебро из иглы. Вообще, следует стремиться выполнить конструкцию так, чтобы использовать минимальный ассортимент металлов на поверхностях щупа. При этом получится весьма жесткая экранированная конструкция щупа. Это позволяет избавиться от ложной индикации наводок и при желании повысить (значительно) чувствительность щупа, например, для поиска акупунктурных точек на теле человека. Гальванический щуп-индикатор можно "тыкать" во многие точки электронных схем, в т.ч. и в высоковольтные, а также в розетку осветительной сети, правда, при этом будут индицироваться наводки по "нулю", и на нем будет индикация такая же, как и на фазе.

Безопасность и верхний предел напряжения на игле в основном определяются сопротивлением и надежностью резистора R1, и в данном случае с R1 типа МЛТ-0,5 сопротивлением 330 кОм напряжение на игле не должно превышать 500 В, ввиду возможности пробоя между витками спирального резистивного слоя.

Если применить специальный высоковольтный резистор с сопротивлением в несколько мегаом (R1) и пропорционально увеличить сопротивление R2 для сохранения чувствительности, то можно выполнить "беспредельный" щуп, способный выдержать на игле до 50 кВ без опасности поражения током через корпус.

Гальванический щуп-индикатор позволяет сориентироваться в потенциалах и их полярностях схемы практически любого электронного устройства.

При касании одной рукой общего провода или корпуса (обычно левой) щуп в правой руке покажет положительную полярность (или потенциал) постоянного тока свечением светодиода красным светом, отрицательная полярность напряжения (потенциал) точки, к которой подключена (касается) игла, будет отмечена зеленым свечением светодиода. Переменное напряжение, а также наводки и утечки переменного тока с уровнем, превышающим +0,5, будут индицироваться свечением обеих кристаллов светодиода, при этом можно оценить преобладающую полярность или наличие постоянной составляющей в той или иной полярности.

Кроме того, с описанным индикатором доступны некоторые эксперименты по электростатике и гальванике. Например, обнаружение упомянутых эффектов гальванической разности потенциалов (наличие гальванических пар), что может быть полезно при практическом конструировании, например, совместимости металлов и правильности разводки общего провода схемы и выбора места заземления схемы (подключения одноточечного) к корпусу или шасси прибора.

Выбор этой точки общего провода (подключения) в корпусе - весьма тонкое дело и обычно выполняется "наобум", что приводит к повышенному уровню фона, например, в высококачественном (потенциально безукоризненном по схемотехнике) УМЗЧ. С помощью моего щупа-индикатора места на шасси для упомянутого соединения находится легко и верно - в этих местах индикатор погашен, а вокруг них проходят целые "трассы", где индикатор светится. Причем эта картина изменяется, например, при пересадках узлов, перекладке жгутов, изоляции узлов и деталей или, наоборот, соединении их с корпусом и не помогает даже глухая экранировка плат и узлов. Выверить монтаж и поможет щуп-индикатор.

Полезным может быть также определение утечек на корпусе оксидных конденсаторов и наличие заряда на конденсаторах. Для этого достаточно иметь (я так делал) батарейку 6 В (я использовал "подсаженную" "Крону" 22PLF), с помощью которой заряжается конденсатор, а затем, прикасаясь рукой к одному выводу щупом, касаются другого или корпуса - будет показана полярность заряда, а по времени его стекания через щуп и тело человека примерно можно оценить емкость. Так, удавалось регистрировать заряд у конденсаторов емкостью около 300 пФ -заметная вспышка индикатора при подключении иглы-щупа к заряженному до напряжения 6 В конденсатору.

Практически полезной является также возможность быстрого определения полярности клемм и наличие потенциалов химических источников тока (ХИТ), например, с затертыми надписями или в труднодоступных футлярах.

При чувствительности ±0,5 В это возможно для любых ХИТ (гальваническая пара, помещенная в отдельную упаковку, батарейка или аккумулятор), включая 1,5-вольтовые и экзотические медно-цинковые с ЭДС 0,5-0,7 В, фотоэлементов и т.п. изделий.

Полезно походить с щупом-индикатором по дому, мастерской и даже по улице и "потыкать" его в различные предметы иглой. Таким методом мне удалось найти трассу утечки вокруг осветительного провода сети ~220 В, шириной ~15 см на и диэлектрике - крашеной ДВП (подшивки потолка на кухне) и "электрический" кирпич вокруг кнопки звонка у входа, а также многочисленные наводки на многих металлических предметах, вообще, не связанных с электричеством.

У высоковольтных и высокочастотных источников энергии щуп лучше держать за иглу, поднося корпус к источнику (но не касаясь токоведущих частей). Так можно изучать электромагнитную картину окружающего мира.
__________________
Если у вас возникли вопросы по работе сайте - пишите на почту admin@scbist.com
Admin вне форума   Ответить с цитированием 12
Старый 23.02.2023, 10:48   #2 (ссылка)
Кандидат в V.I.P.
 
Аватар для dgoni


Регистрация: 15.07.2010
Сообщений: 6
Поблагодарил: 1 раз(а)
Поблагодарили 0 раз(а)
Фотоальбомы: 0
Загрузки: 72
Закачек: 0
Репутация: 0
Кто нибудь повторял этот щуп?
Неправильно разведена плата. От GB2 минус должен по схеме идти на 4 вывод ОУ, а через R4 на 8. А на печатной плате наоборот.
dgoni вне форума   Ответить с цитированием 0
Похожие темы
Тема Автор Раздел Ответов Последнее сообщение
Коммерческий акт Rebellion Справочная 0 15.08.2014 18:46
Звуковой индикатор рабочего тока в электроприводе Admin Лаборатория СЦБ 0 14.05.2012 16:33
Нужна инструкция прибора "Индикатор места заземления" petrov1ch Лаборатория СЦБ 1 15.02.2012 11:31
Снижение гальванического влияния ДПР на рельсовые цепи Admin xx3 0 28.05.2011 17:48
[Статья] Индикатор бодрствования машиниста типа Л-164 Толян Ж/д статьи 0 19.08.2010 15:44

Ответ

Возможно вас заинтересует информация по следующим меткам (темам):
миит


Здесь присутствуют: 1 (пользователей: 0 , гостей: 1)
 
Опции темы Поиск в этой теме
Поиск в этой теме:

Расширенный поиск

Ваши права в разделе
Вы не можете создавать новые темы
Вы не можете отвечать в темах
Вы не можете прикреплять вложения
Вы не можете редактировать свои сообщения

BB коды Вкл.
Смайлы Вкл.
[IMG] код Вкл.
HTML код Выкл.
Trackbacks are Вкл.
Pingbacks are Вкл.
Refbacks are Выкл.



Часовой пояс GMT +3, время: 02:56.

СЦБ на железнодорожном транспорте Справочник 
сцбист.ру сцбист.рф

СЦБИСТ (ранее назывался: Форум СЦБистов - Railway Automation Forum) - крупнейший сайт работников локомотивного хозяйства, движенцев, эсцебистов, путейцев, контактников, вагонников, связистов, проводников, работников ЦФТО, ИВЦ железных дорог, дистанций погрузочно-разгрузочных работ и других железнодорожников.
Связь с администрацией сайта: admin@scbist.com
Advertisement System V2.4