Безопасное использование приборов для измерения электрических показателей[1]
Безопасное и эффективное использование электроизмерительного прибора – это возможно, один из самых ценных навыков, которыми должен овладеть специалист по радиоэлектронике, т.к. этот навык напрямую связан с вашей личной безопасностью и тем, насколько вы хороши в вашем ремесле. Поначалу использовать его может быть страшно, ведь вам с его помощью нужно будет измерять электрические цепи, по которым может течь ток, чьи показатели (напряжение и сила тока) могут достигать опасных для человеческой жизни пределов. Это опасение небезосновательно, поэтому при использовании электроизмерительного прибора всегда следует соблюдать осторожность. Опытные специалисты по радиоэлектронике главным образом получают удары током именно из-за своей беспечности.
Мультиметры
Самый распространённый электроизмерительный прибор – это мультиметр. Он так называется, потому что способен измерять разные электрические показатели: напряжение, силу тока, сопротивление и многие другие (некоторые из них будет сложно объяснить ввиду их сложности). В руках умелого специалиста мультиметр – это и эффективный рабочий инструмент, и защитное устройство. Но в руках незнающего и/или беспечного человека, решившего подключить его к цепи под напряжением, он может стать источником опасности.
Есть множество различных брендов мультиметров, причём у каждого производителя может быть по несколько моделей, оснащённых самыми разными функциями. Мультиметр на картинках ниже – это собирательный образ мультиметра без привязки к какому-либо производителю, но достаточно общий, чтобы я мог показать на нём базовые принципы использования мультиметра:
Как видите, у этого мультиметра есть дисплей: он рассчитан на 4 цифры и показывает различные числовые значения на манер цифровых часов. Ниже находится круглый поворотный переключатель, рассчитанный на 6 позиций (в данный момент он стоит на позиции «ВЫКЛ»): две настройки для «V», две настройки для «А» и одна настройка с забавным символом, похожим на подкову и обозначающим сопротивление. Этот символ подковы – это греческая буква «омега» (Ω), которой в радиоэлектронике часто обозначают единицу измерения сопротивления (омы).
Что касается настроек «V» и «А», то они, как видите, различаются тем, что у каждой из этих групп одна из настроек помечена двумя горизонтальными линиями (одной сплошной и одной пунктирной), а вторая – пунктирной и искривлённой линиями. Параллельные линии означают постоянный ток, а пунктирная и искривлённая – переменный ток. Буква «V» означает «вольтаж» (напряжение), а «А» – «ампераж» (силу тока). Мультиметр использует разные методы для измерения переменного и постоянного токов, и поэтому пользователю нужно самостоятельно переключаться между тем, какой тип напряжения (V) или силы тока (А) он в данный момент измеряет. Хотя я пока почти не рассказывал о технических аспектах переменного тока, эту разницу в настройках мультиметра важно иметь в виду.
Разъёмы мультиметра
На лицевой стороне мультиметра расположено три разных разъёма, к каждому из которых можно подключить наши тестовые щупы. Тестовые щупы – это ничто иное, как специально оборудованные провода, предназначенные для подключения мультиметра к цепи, которую нужно протестировать. Эти провода покрыты гибкой цветной (чёрной или красной) изоляцией, чтобы руки пользователя мультиметра не контактировали с оголённым проводником, но кончик каждого щупа – это твёрдый и острый кусочек провода.
Чёрный щуп всегда должен быть подключен к чёрному разъёму мультиметра – тому, что помечен надписью «COM» (от англ. «common», т.е. «общий»). Красный щуп нужно подключать либо к красному разъёму для напряжения/сопротивления, либо к красному разъёму для силы тока – в зависимости от того, какой показатель вам нужно измерить с помощью мультиметра.
Теперь давайте разберём пару примеров, чтобы понять, как он работает. Сначала давайте настроим мультиметр на измерение напряжения постоянного тока у батареи:
Обратите внимание, что щупы подключены к мультиметру таким образом, чтобы мы могли измерить напряжение, а переключателем выбрана настройка «постоянный ток (вольтаж)». Теперь давайте взглянем на пример использования мультиметра для измерения напряжения переменного тока у настенной розетки:
Как видите, разница между этими примерами заключается лишь в положении круглого переключателя: теперь он стоит на настройке «переменный ток (вольтаж)». Поскольку мы по-прежнему измеряем напряжение, щупы остаются подключенными к тем же разъёмам. В обоих случаях обязательно, чтобы щупы ни в коем случае не контактировали друг с другом в то время, когда будут касаться точек, которых нужно касаться для измерения показателей. Если это произойдёт, случится короткое замыкание, которое создаст искры и, возможно, если источник напряжения будет достаточно мощным, даже всполох огня. Эта потенциально опасная ситуация проиллюстрирована на картинке ниже:
Но это лишь одна ситуаций, когда мультиметр при неправильном использовании может стать источником опасности.
Вероятно, чаще всего мультиметр используют для измерения напряжения. По сути, это главный замер при проверке на безопасность (и является частью процедуры блокировки и опломбирования), и пользователь вольтметра должен хорошо это понимать. Поскольку напряжение – это величина, действующая относительно двух точек, перед проведением замера щупы мультиметра должны плотно касаться двух точек электрической цепи. Обычно это значит, что человек, использующий мультиметр, должен взять в каждую руку по щупу и приложить их (щупы) к местам цепи, где нужно провести измерение напряжения.
Поскольку самый опасный путь прохождения тока по телу человека – это от одной руке к другой, держание щупов мультиметра таким образом в цепи с высоким напряжением всегда будет сопровождаться риском получить серьёзный удар током. Если защитная изоляция на щупах изношена или треснута, во время теста пальцы могут коснуться проводника щупов, тем самым вызвав удар током. Поэтому, если это возможно, оба щупа во время замера лучше взять в одну руку. Иногда получается всунуть кончик одного щупа в тестовую точку цепи, что позволяет не держать этот щуп, а второй щуп взять рукой. Кроме того, для кончиков щупов даже есть специальные насадки вроде пружинных зажимов, тоже позволяющие не держать щупы руками.
Помните, что тестовые щупы являются неотъемлемой частью комплекта мультиметра, и поэтому с ними стоит обращаться также осторожно и бережно, как и с самим мультиметром. Если вам нужен специальный аксессуар для щупа (вроде пружинного зажима или какой-то другой насадки), поищите его в каталоге компании-производителя мультиметра или другого производителя тестового оборудования. Не надо строить из себя изобретателя и пытаться делать собственные тестовые щупы – так вы можете подвергнуть себя опасности, когда в следующий раз будете использовать их на цепи под напряжением.
Кроме того, помните, что цифровые мультиметры обычно хорошо различают постоянный и переменный ток и даже оснащены для этого соответствующими настройками (и для измерения напряжения, и для измерения силы тока). Как мы узнали ранее, напряжение и сила тока (и в переменном, и в постоянном токе) могут быть смертельно опасными, поэтому при использовании мультиметра как прибора для проверки на безопасность всегда надо проверять наличие и постоянного, и переменного токов – даже если вы, как вам кажется, точно знаете, что какого-то из них в цепи точно быть не может. Также, проверяя наличие опасного напряжения, обязательно проверяйте все возможные пары проводников, находящихся под подозрением.
К примеру, представим, что вы открыли электрощит, чтобы найти три больших проводника, подающих на нагрузку переменный ток. Также предположим, что АВ, подключенный к этим проводам, разомкнут, заблокирован и опломбирован. Здесь нужно дополнительно убедиться, что нагрузка точно не обеспечивается электричеством – для этого нажмите кнопку пуска, предназначенную для этой нагрузки. Если ничего не случилось, можно переходить к третьей фазе проверки на безопасность: проверке напряжения при помощи мультиметра.
Во-первых, нужно проверить мультиметр на стопроцентно работающем источнике напряжения – чтобы проверить, правильно ли работает этот мультиметр. К примеру, хорошим источником переменного тока может послужить любая настенная розетка поблизости. Допустим, вы это сделали и удостоверились, что мультиметр работает как надо. Значит, теперь вам надо проверить напряжение между тремя этими проводами в электрощите. Но напряжение измеряется между двумя точками… как быть?
Всё очень просто – проверить все комбинации между тремя этими проводами. Как видите, они помечена на картинке выше буквами «А», «B» и «C», поэтому вам надо будет взять свой мультиметр, выставить его в режим измерения напряжения и проверить напряжение между точками А-B, B-C и A-C. Если в какой-то из этих пар обнаружится напряжение, то это значит, что цепь не находится в состоянии нулевой энергии. Но и это ещё не всё! Как вы помните, мультиметр не способен регистрировать напряжение постоянного тока, находясь в режиме измерения напряжения переменного тока, и наоборот. Поэтому вам нужно будет проверить эти три пары в каждом режиме, в результате чего общее количество проверок увеличивается до шести.
Но даже со всеми этими проверками до сих пор есть вероятность того, что в цепи есть ток. Как вы помните, напряжение также может проявляться между проводом и заземлённым участком (в нашем случае хорошим ориентиром для заземления будет металлический корпус электрощита) электрической цепи. Поэтому, чтобы быть в максимальной безопасности, вам нужно будет проверить напряжение не только между точками А-B, B-C и A-C (в режимах переменного и постоянного тока), но также между точкой A и заземлённым участком, B и заземлённым участком и С и заземлённым участком (опять же, в обоих режимах – постоянного и переменного токов)! В результате для того, чтобы проверить всего три провода, нам нужно выполнить целых 12 проверок. Но после выполнения всех этих проверок нам нужно будет взять мультиметр и снова протестировать его на стопроцентно работающем источнике напряжения (вроде настенной розетки), чтобы убедиться, что он по-прежнему работает как следует.
Использование мультиметра для измерения сопротивления
Измерять с помощью мультиметрасопротивление гораздо проще. Щупы нужно оставить подключенными к тем же разъёмам, что и при замере напряжения, но переключатель уже нужно переставить на отметку с «подковой» (т.е. с символом сопротивления). Коснитесь щупами точек по обе стороны от устройства, чьё сопротивление вам нужно измерить, и в результате мультиметр должен показать прочитанное значение на цифровом дисплее (в омах).
В данном случае важно помнить, что сопротивление необходимо измерять только на обесточенных компонентах. В мультиметр встроена маленькая батарея, и когда мультиметр переключен в режим измерения сопротивления, она генерирует небольшой ток, который мультиметр пропускает через измеряемый элемент. В результате, измеряя то, насколько трудно генерируемому току проходить через этот элемент, мультиметр и определяет его электрическое сопротивление, а затем показывает его на дисплее. Но если в этой цепи мультиметр-щуп-элемент-щуп-мультиметр будет дополнительный источник напряжения, генерируемый им ток будет «примешиваться» к току, генерируемому мультиметром, в результате чего считанные данные окажутся неверными. В некоторых ситуациях мультиметр может даже прийти в негодность под действием внешнего напряжения.
Режим измерения сопротивления в мультиметре
Режим сопротивлениямультиметра очень полезен для определения непрерывности провода, а также, разумеется, для точных замеров электрического сопротивления. Если приложить кончики щупов друг к другу так, чтобы создать между ними тесный электрический контакт, мультиметр должен показать почти 0 ом. Если в тестовых щупах вообще нет сопротивления, то мультиметр, собственно, покажет ровно 0 ом:
Но если концы щупов не будут касаться друг друга или будут касаться двух концов провода, в середине которого есть обрыв, мультиметр покажет бесконечное сопротивление (при помощи пунктирных линий или аббревиатуры «O.L.», которая значит «open loop», т.е. «разомкнутый контур»):
Измерение силы тока с помощью мультиметра
Самым опасным и трудным типом применения мультиметра считается измерение силы тока. Причина проста: чтобы мы могли измерить силу тока, этот ток должен пройти через мультиметр. Это значит, что мультиметр должен стать частью электрической цепи, по которой идёт ток, а не просто подключиться к ней, как при измерении напряжения. И для того, чтобы мультиметр мог стать частью цепи, сама эта цепь должна быть разорвана, после чего щупы мультиметра нужно подключить к точкам, в которых эта цепь была разорвана. Чтобы настроить мультиметр на измерение силы тока, с помощью его круглого переключателя нужно выставить на нём либо настройку «постоянный ток (ампераж)» или «переменный ток (ампераж)», а красный тестовый щуп должен быть подключен к красному разъёму, обозначенному буквой «А». На картинке ниже изображён мультиметр, подготовленный к измерению силы тока, и цепь, на которой она будет измеряться:
Теперь эту цепь нужно разорвать, чтобы подготовить её к подключению мультиметра:
Следующий шаг – это последовательно подключить мультиметр к этой цепи, подсоединив оба его щупа к концам, в которых мы сделали обрыв цепи: чёрный щуп необходимо подключить к минусовому (-) терминалу 9-вольтовой батареи, а красный – к проводу, который ведёт к лампе:
В этом примере продемонстрирована очень безопасная цепь. 9 вольт вряд ли смогут стать причиной сильного электрического удара, поэтому создание разрыва в этой цепи и последующее последовательное подключение к ней мультиметра – процедура совсем не страшная. Это можно сделать даже голыми руками. Но если вы имеете дело с цепью, где присутствует ток большой силы, опасность процедуры вырастает в разы. Даже если напряжение в этой цепи будет небольшим, силы тока может хватить на то, чтобы вызвать травмоопасную искру в момент, когда вы будете замыкать цепь, подключая последний тестовый щуп.
Ещё одна потенциальная опасность использования мультиметра в режиме измерения силы тока – это то, что вы можете забыть правильно перенастроить его в режим измерения напряжения, когда соберётесь, собственно, измерять само напряжение. Причины этой опасности кроются в строении и принципе работы мультиметра. Когда мы измеряем силу тока, вставляя мультиметр прямо в цепь, то мультиметр, будучи теперь элементом этой цепи, должен создавать минимум электрического сопротивления (а лучше – не создавать никакого сопротивления вовсе). В противном случае это дополнительное сопротивление внесёт коррективы в работу цепи. Следовательно, мультиметр создаётся так, чтобы при подключении красного щупа к красному разъёму «А» (предназначенному для измерения силы тока), между кончиками тестовых щупов было минимум электрического сопротивления. Но в режиме измерения напряжения (когда красный щуп подключен к красному разъёму «V»), между кончиками щупов создаётся сопротивление во много мегаом, потому что мультиметры создаются такими, чтобы при измерении напряжения создавать сопротивление, близкое к бесконечному, и тем самым не тянуть ток из цепи, на которой проходит измерение.
При переключении мультиметра из режима измерения силы тока в режим измерения напряжения, можно переставить переключатель с позиции «А» на позицию «V», но забыть переставить тестовый щуп с разъёма «А» на разъём «V». В результате – если мультиметр подключен к источнику высокого напряжения – возникнет короткое замыкание!
В целях предотвратить эту ситуацию большинство мультиметров имеют функцию предупреждения, благодаря которой они пищат, если у вас есть щуп, подключенный к разъёму «А» и переключатель, выставленный в положение «V». Эта функция очень полезна и удобна, но она всё равно не заменит привычной осторожности и здравого смысла при использовании мультиметра.
Внутри всех качественных мультиметров встроены предохранители, которые созданы так, чтобы «перегорать», если через них вдруг пройдёт ток слишком большой силы – вроде той ситуации, что проиллюстрирована на картинке выше. Как и все другие устройства для защиты от электрических перегрузок, эти предохранители создаются в первую очередь для того, чтобы защитить оборудование (в нашем случае – сам мультиметр), а не пользователя. Проверить предохранитель в мультиметре можно, выставив переключатель на позицию с «подковой» (сопротивление), а затем поднести друг к другу кончики тестовых щупов, подключенных к красным разъёмам:
Исправный предохранитель покажет очень маленькое сопротивление, тогда как перегоревший покажет «O.L.» (или какой-то другой индикатор, с помощью которого мультиметр показывает отсутствие непрерывности в цепи). Непринципиально, сколько именно ом покажет мультиметр с исправным предохранителем – главное, чтобы их было относительно немного.
Итак, теперь мы знаем, как при помощи мультиметра измерить напряжение, сопротивление и силу тока… наверное, на этом всё? Ничего подобного! По мере освоения этого универсального измерительного инструмента вы будете всё больше понимать его полезность и многогранность. При работе с подобными сложными инструментами нет ничего лучше регулярной практики, поэтому не стесняйтесь экспериментировать с ним на безопасных, работающих от батарей цепях.
Итого
Измерительный прибор, используемый для проверки напряжения, силы тока и сопротивления называется мультиметром.
Напряжение – это величина относительно двух точек, поэтому при её измерении мультиметр (или вольтметр; это прибор, предназначенный исключительно для измерения напряжения) должен быть подключен к двум точкам цепи. Но не допускайте того, чтобы во время измерения напряжения кончики тестовых щупов касались друг друга, так как это создаст короткое замыкание.
Проверяя при помощи мультиметра наличие опасного напряжения, проверяйте его и для переменного, и для постоянного тока. Также обязательно проверьте напряжение между всеми парами-комбинациями проводников, включая проверки между каждым проводником и заземлённым участком.
Когда мультиметр работает в режиме измерения напряжения (вольтметра), между тестовыми щупами присутствует очень высокое сопротивление.
Никогда не пытайтесь измерять напряжение или проверять непрерывность цепи, которая находится под напряжением. В лучшем случае считанные показатели будут неточными, в худшем – мультиметр может повредиться, а вы можете получить травму.
Когда мультиметр работает в режиме измерения силы тока (амперметра), его нужно сделать частью цепи, чтобы поток электронов проходил через него.
