В повседневной работе электрики часто используют простейшие измерительные приборы - пробники. Для выполнения большинства работ достаточно двух устройств, работающих по принципу да/нет, это - индикаторы сетевого напряжения и короткого замыкания. Традиционно индикатор сетевого напряжения, позволяющий определить, находится ли контролируемая цепь под напряжением и найти фазный провод, делают на неоновой лампе, а индикатор короткого замыкания, позволяющий определить целостность цепи, выполняют из последовательно соединённых батареи гальванических элементов и малогабаритной лампы накаливания.
Такие пробники имеют ряд недостатков, в частности, при случайном подключении индикатора короткого замыкания к цепям, находящимся под сетевым напряжением, перегорает лампа накаливания. Наличие двух устройств приводит к неудобству их использования - перед проверкой целостности цепи необходимо убедиться в отсутствии в ней напряжения.
Эти недостатки устранены в предлагаемом пробнике, схема которого показана на рис. 1. Оба индикатора объединены в единую конструкцию, а применение в качестве элементов индикации светодиодов различного свечения позволяет однозначно оценивать состояние проверяемой цепи и комфортно работать при любых уровнях освещения. Этот пробник предназначен для использования при выполнении монтажных, пуско-наладочных и ремонтно-восстановительных работ в цепях и электроустановках напряжением 110...400 В промышленной частоты 50 и 60 Гц.
Рис. 1. Схема предлагаемого пробника
Индикатор сетевого напряжения выполнен на светодиоде HL1 красного свечения. Резисторы R1-R3 ограничивают ток через этот светодиод на безопасном для него уровне. Применение двух последовательно включённых резисторов одного номинала (R2 и R3) позволило применять индикатор в цепях с напряжением до 400 В. Диод VD1 защищает светодиод HL1 от напряжения обратной полярности. Резистор R1, кроме основной функции, о которой будет сказано далее, выполняет функцию предохранителя и перегорает при возможном электрическом пробое элементов пробника.
Прозвонка электрических цепей в пробнике, в отличие от традиционных, производится не постоянным током, а импульсным током повышенной частоты. Это дало возможность развязать индикатор короткого замыкания от измеряемой цепи по постоянному току, а наличие напряжения 230 В частотой 50 Гц на входе пробника не выводит его из строя. Индикатор короткого замыкания работает на частоте около 50 кГц. Влияние индуктивности и ёмкости проводки незначительное, это проверялось для проводов различных типов длиной до 200 м.
На транзисторе VT1 и трансформаторе Т1 по схеме блокинг-генератора собран генератор импульсов. Его питание осуществляется от одного гальванического элемента G1, параметрического стабилизатора напряжения на резисторе R4 и включённом в прямом направлении диоде VD2. Выходное напряжение стабилизатора - около 0,6 В, что дало возможность обеспечить стабильную работу генератора вплоть до полной разрядки элемента питания.
Подключение индикатора короткого замыкания к щупам пробника выполнено через конденсаторы С1 и С2, представляющие значительное сопротивление для тока частотой 50 Гц. Активное и индуктивное сопротивление обмоток трансформатора Т1, включённых последовательно с конденсаторами С1 и С2, весьма мало, и падение напряжения на них при подключении к сети не превышает нескольких милливольт, что безопасно для транзистора VT1. Резистор R1 снижает амплитуду зарядного тока конденсаторов С1 и С2, что повышает надёжность пробника. Разрядка этих конденсаторов при отключении пробника от измеряемой цепи, находящейся под напряжением, происходит через элементы T1, VD1, HL1, R2 и R3, что позволяет избежать удара током, хоть и небольшого, при прикосновении к щупам пробника после отключения его от сети 230 В.
Работает индикатор короткого замыкания следующим образом. При нажатии на кнопку SВ1 подаётся питание на генератор. Начинает светить светодиод НL2 синего свечения, подключённый к выходу генератора. Если замкнуть щупы Х1 и Х2 или подключить их к цепи с сопротивлением не более 100 Ом, через элементы С1, С2, R1 и контролируемую цепь с коллектора VT1 на его базу будет подан сигнал отрицательной обратной связи. Под её воздействием амплитуда импульсов на выходе генератора уменьшится, и её станет недостаточно для свечения светодиода НL2. Если нажать на кнопку SB1 при подаче на щупы пробника сетевого напряжения (светится светодиод НЬ1), цепь отрицательной обратной связи будет замкнута через небольшое внутреннее сопротивление сети и светодиод НL2 светить не будет.
Таким образом, при исправной электропроводке светодиоды НL1 и НL2 всегда светят раздельно, HL1 - только при наличии сетевого напряжения между щупами Х1 и Х2, а HL2 - только при большом сопротивлении между щупами. При проведении ремонтно-восстановительных работ после аварии возможна ситуация, когда оба светодиода светят одновременно. Это свидетельствует о том, что электропроводка неисправна - имеет недопустимо большое сопротивление или низкое сопротивление изоляции. Такая электропроводка требует ремонта или замены.
К деталям устройства особых требований не предъявляется. Резисторы могут быть МЛТ, С2-23, конденсаторы должны быть на номинальное напряжение не менее 400 В. Весьма надёжны конденсаторы от ЭПРА КЛЛ. Оттуда же взят ферритовый кольцевой магнито-провод диаметром 10 мм для трансформатора Т1. Обе его обмотки намотаны вдвое сложенным эмалированным проводом диаметром 0,18 мм и содержат по 16 витков. Начало одной обмотки соединяют с концом второй и подключают к линии питания. Диоды - любые маломощные кремниевые, а светодиоды - повышенной яркости свечения диаметром 3 мм. Транзистор - любой маломощный кремниевый структуры p-n-p с коэффициентом передачи тока базы не менее 100. Если изменить полярность включения светодиода HL2, диода VD2 и элемента питания GB1, можно применить транзистор структуры n-p-n, например, серии 3102. Кнопка SB1 - малогабаритная с самовозвра-том, она должна иметь длинный толкатель из изоляционного материала.
Если применить малогабаритные детали, а в качестве источника питания использовать элемент типоразмера ААА, то пробник можно собрать на макетной плате размерами 100x10 мм (рис. 2) с применением проводного монтажа. Элемент питания фиксируют на плате несколькими витками изоляционной ленты, заменять его приходится не чаще одного раза в год. Корпусом пробника послужил корпус маркера. Для толкателя кнопки в нём просверлено отверстие, напротив светодиодов вырезано окно размерами 4x10 мм, заклеенное двумя слоями прозрачной липкой ленты. Это защищает пробник от попадания внутрь посторонних предметов и создаёт достаточную светорассеивающую поверхность. Плату после налаживания покрывают несколькими слоями нитролака. Щуп X1 изготовлен из винта М3х35, установленного на месте пишущего узла. Изнутри под головку винта подложен лепесток с припаянным проводом, гайку следует законтрить каплей нитрокраски. Щуп Х2 - "крокодил", припаянный к проводу с надёжной изоляцией длиной примерно 0,4 м. Плата в корпусе зафиксирована кусочками поролона.
Рис. 2. Пробник на макетной плате
Налаживание пробника заключается в подборке резистора R1, которым устанавливается глубина отрицательной обратной связи. При замкнутых щупах светодиод HL2 должен быть погашен, при их подключении к сопротивлению 100 Ом и более - светить. При работе с пробником необходимо соблюдать требования техники безопасности.
Автор: К. Мороз, г. Белебей, Башкортостан