Принцип работы и устройство электронного мегаомметра

Принцип работы

Мегаомметр представляет собой полезное изобретение, с помощью которого можно проверить показатели изоляционного слоя в проводке. Прибор относят к классу профессиональных, но большинство современных моделей поддерживает сразу несколько функций, например, анализ состояния электросети, проверка точного напряжения и так далее. В связи с этим, многие люди желают приобрести собственный мегаомметр, чтобы использовать его для бытовых задач.

С помощью специальных щупов устройство присоединяется к измеряемой линии, а затем запускается. В каждом приборе установлен источник постоянного напряжения, осуществляющий генерацию высокого напряжения для проверки изоляции. Что касается базовых функций и набора калибровочных напряжений, то они отличаются в зависимости от конкретной модели. Если у дешевых вариантов присутствует только один режим работы, то более дорогие характеризуются высокой производительностью и комбинированными возможностями.

В настоящее время на рынке доступны следующие разновидности приборов:

1. Старые модели, оснащенные встроенной динамомашиной. Для запуска устройства необходимо повернуть специальную ручку.
2. Новые приборы с электронной схемой работы. Они подключаются к бытовой электросети или внутренним аккумуляторам, используя их в качестве источника напряжения. Среди поддерживаемых режимов и функций присутствует не только контроль изоляции проводки, но и оценка текущего напряжения, низкоомного сопротивления и других параметров. По сути, многие модели могут заменить мультиметр, так как спектр калибровочных напряжений бывает достаточно обширным.

Калиброванное напряжение и его величина выставляется с помощью специального переключателя. Для точной настройки необходимо учитывать разновидность системы, которая поддается анализу. Полученные измерения будут продемонстрированы на экране или соответствующей шкале. Чтобы упростить процесс изучения результатов, в моделях стрелочного типа шкала откалибрована в КОм или МОм.

Принцип действия изобретения базируется на простом физическом законе Ома: I = U / R .

Мегаомметр — приставка к мультиметру

Эта простая в повторении приставка совместно с мультимет­ром серии 83х, имеющим максимальный предел измерения активных сопротивлений 2 МОм, позволяет напрямую измерять сопротивления резисторов и высокоомных цепей до 20 МОм. Дополнительный источник питания для приставки не требуется.

Известно, что недорогие и по­пулярные среди радиолюби­телей мультиметры серии 83х без дополнительных узлов или вычис­лений не позволяют измерять ак­тивное сопротивление более 2 МОм. Предлагаемая приставка расширяет пределы измерения до 20 МОм. Значение измеренного со­противления отображается на дис­плее мультиметра. Как и в других разработанных автором пристав­ках, питание (+3 В) на неё посту­пает от внутреннего стабилизато­ра микросхемы АЦП мультиметра.

Схема приставки приведена на рис. 1. На ОУ DA1.1 и резисто­рах R3—R6 собран источник тока (ИТ) по схеме, известной в радио­технической литературе как ИТ Хауленда (Howland). Автор уже применял такой узел в своей бо­лее ранней разработке [1]. Расчёт его выходного тока производят исходя из следующих условий: R3 = R5, R4 = R6 для удобства их последующей подборки; ток че­рез резистор R6 равен алгебраи­ческой сумме токов через резис­тор R3 и измеряемый резистор Rx; входные токи ОУ DA1 пренебре­жимо малы. ОУ охвачен глубокой ООС по постоянному току через делитель R4R5, поэтому на его обоих входах (инвертирующем и неинвертирующем) устанавлива­ются равные напряжения, если выходное напряжение меньше максимального при заданном напряжении питания. В этом слу­чае выходной ток ИТ (Iвых) будет равен: Iвых = UR2/3, где UR2 — напряжение на выходе резистивного де­лителя R1R2 (т. е. на резисторе R2). Это напряжение служит для ИТ образцовым, поскольку сопротивление резистора R2 существенно меньше сопротивления резистора RЗ.

Рис. 1

Выходной ток ИТ выбран равным 0,1 мкА, и его вполне достаточно для измерения сопротивления резисторов до 20 МОм, поскольку падение напряже­ния на нём при этом не превысит 2 В, что меньше напряжения питания приставки (3 В). С указанными на схеме сопро­тивлениями резисторов R3—R6 ОУ DA1.1 гарантированно работает в линей­ном режиме, обеспечивая высокую ста­бильность и постоянство выходного тока ИТ, протекающего через измеряемый резистор Rx, а значит, и высокую линей­ность зависимости падения напряжения на измеряемом резисторе или цепи. Это напряжение поступает на вход буферно­го усилителя, выполненном на ОУ DA1.2 (входное сопротивление — не менее 1 ГОм) с единичным коэффициентом усиления по напряжению. Для сопряже­ния с мультиметром служит резистивный делитель напряжения R7R8, который уменьшает напряжение на выходе ОУ DA1.2 в десять раз. С выхода делителя оно поступает на вход «VΩmA» мульти­метра для последующего измерения.

Ток потребления приставки практи­чески равен току потребления микро­схемы DA1. Погрешность измерения сопротивлений в интервале от 2 до 19,99 МОм — не более 3 %.

Приставка собрана на плате из фоль гированного с одной стороны стеклотек­столита, ее чертёж показан на рис. 2, расположение на ней элементов — на рис. 3. ОУ МСР602 можно заменить отечественными ОУ КР1446УД4А (в кор­пусе DIP8) [2]. При замене на другой ОУ Rail-to-Rail следует учитывать, что его входы должны быть выполнены на поле­вых транзисторах (входное сопротивле­ние — не менее 1 ГОм), минимальное напряжение питания — не более 3 В и ток потребления (на корпус) — не более 3 мА. Для уменьшения погрешности при измерении сопротивлений менее 2 МОм напряжение смещения нуля не должно превышать 1…2 мВ. Блокировочный кон­денсатор С1 — танталовый К53-1, резис­торы — МЛТ, С2-33, высокоомные — КИМ. Пары резисторов R3 и R5, R4 и R6 следует отобрать с помощью мульти­метра с отклонением сопротивления не более 1 % в каждой паре. При этом от­клонение сопротивления от номиналь­ного на точность измерения не влияет — важно их равенство. Сопротивления в каждой паре можно уменьшить до 1,5 МОм и 300 кОм соответственно. При этом напряжение на резисторе R2 необ­ходимо уменьшить исходя из равенства UR2(В) = 0,1хRЗ (МОм). Например, если RЗ = R5 = 1,6 МОм, R4= R6 = 330 кОм, то R1 = 27 кОм, R2 — 1,6 кОм. Штырь ХР1 — подходящий от разъёма или отре­зок лужёного провода подходящего диа­метра. Отверстие под него в плате свер­лят «по месту» после установки штырей ХР2, ХРЗ. Штыри ХР2 и ХРЗ — от щупов для мультиметра. Входные гнёзда ХS1, ХS2 — клеммник винтовой ЕD350V-02Р фирмы DINKLE или подобный.

Рис. 2

Рис. 3

При работе с приставкой переключа­тель рода работ мультиметра устанав­ливают в положение измерения посто­янного напряжения на пределе «200mV». Перед калибровкой во избежание выхо­да из строя внутреннего стабилизатора +3 В АЦП приставку сначала подклю­чают к автономному источнику питания напряжением 3 В (можно использовать два гальванических элемента по 1,5 В, соединенных последовательно) и изме­ряют потребляемый ток, который не должен превышать 3 мА, а затем подключают к мультиметру. Далее прово­дят калибровку, подключив к гнёздам ХS1, ХS2 «Rх» резистор сопротивлением несколько мегаом с заведомо измерен­ным сопротивлением или классом точ­ности не хуже 1 %. Подборкой резисто­ра R7 добиваются нужных показаний на индикаторе. Показания с учётом запя­той делят на десять. Обратите внима­ние, что для облегчения калибровки резистор R7 на плате составлен из двух, соединённых последовательно. На рис. 3 они обозначены как R7′ и R7«.

На фотографии (рис. 4) показана подключённая к мультиметру приставка при измерении резистора КИМ-0,125 с номинальным сопротивлением 15 МОм и допустимым отклонением от номина­ла ±10 %.

Рис. 4

ЛИТЕРАТУРА

1. Глибин С. LС-метр — приставка к муль­тиметру. — Радио, 2014, № 8, с. 21—24.
2. КР(КФ)1446УДхх операционные усили­тели. — URL.: https://www.qrz.ru/reference/тісго/сіаіазЬееІ/1446ud.pdf

Автор: С. ГЛИБИН, г. МоскваИсточник: Радио №5, 2015

Устройство и конструкция

Большинство моделей таких измерительных приборов включают в себя генератор постоянного тока, измерительную головку, переключатель, а также резисторы, ограничивающие подачу тока. С помощью этого узла обеспечивается коммутация любых цепей резистора, влияющих на показатели выходного напряжения и режим работы.

Все составляющие мегаомметра совмещены в одном корпусе с прочным диэлектрическим покрытием. Для удобного транспортирования прибор оснащен комфортабельной ручкой, на которой размещена портативная генераторная рукоять. Для запуска устройства достаточно разложить ручку и запустить вращение.

Вам это будет интересно Электротехника и электроника как основа физики

Принцип действия устройств с внутренним или внешним питанием не отличается от механических моделей с ручкой. Чтобы выдать требуемое напряжение, достаточно нажать на соответствующую кнопку и держать ее до тех пор, пока не будут достигнуты нужные показатели. Некоторые устройства могут выдавать разные комбинации напряжения с помощью нескольких простых кнопок.

В моделях современного уровня присутствует более сложное внутреннее устройство. В связи с этим, они могут выдавать разное напряжение, от 100 до 2500 В. К тому же, отдельные приборы способны работать сразу с несколькими диапазонами, что делает их высокоэффективными.

Модели, которые могут определять изоляцию высоковольтного промышленного оборудования, более производительны, чем те приборы, которые работают только с бытовой проводкой. Естественно, их размеры сильно отличаются.

Опасность повышенных напряжений

Встроенный генератор характеризуется такими показателями выходной мощности, которых хватает не только для оценки состояния изоляции, но и для получения серьезного ожога. Из-за этой особенности к использованию прибора допускаются только обученные электротехники, имеющие как минимум 3 группу допуска к таким приборам.

При выполнении замеров с помощью повышенного напряжения нужно охватить проверяемый участок, клеммы и провода. Для обеспечения защиты задействуются щупы с характерной изоляцией. Одной стороной они фиксируются к проводам, а другая часть оснащена предохранительными кольцами. В результате, это препятствует касанию к открытым участкам и предотвращает возможный удар током.

Чтобы провести измерение, на таких устройствах предусматривается специальная рабочая зона, которая не проводит ток и является безопасным местом для удерживания в руках. Для подключения к схеме используется зажим типа «крокодил» с хорошей изоляцией. Любые другие провода или самостоятельные щупы не допускаются. К тому же, для повышения безопасности процедуры проверяемый участок нужно изолировать от посторонних людей. Это по-особому важно при проверке сопротивления в длинномерных кабелях, имеющих протяженность до нескольких км.

Что касается наведенного напряжения, то оно играет весомую роль в точности проводимых измерений. Электроэнергия, которая проходит по проводам ЛЭП, способна создавать определенное магнитное поле, измеряющееся с учетом синусоидального закона. Если кабель обладает внушительной протяженностью, показатели этого напряжения становятся очень большими.

В зависимости от этого фактора точность измерения существенно меняется. Объясняется это тем фактом, что величина и направление тока, проходящего по прибору, остаются неизвестными. Он возникает под воздействием наведенного напряжения, а его показатели появляются возле собственных показаний устройства. В результате на цифровом экране отображается сумма двух токовых величин, а поставленная задача остается нерешенной. Поэтому измерять сопротивления изоляции при наличии любых типов напряжения — бесполезная трата времени и сил.

Вам это будет интересно Определение закона Ома, применяющегося для полной цепи

Как проверить мегаомметр

Перед началом измерительных работ выполняется операция по проверке исправного состояния прибора и его поводков, для этого, провода, подсоединенные к прибору замыкают накоротко, и вращают ручку генератора, стрелка должна показать «0» короткое замыкание в положении переключателя «I». При проверке, во время замыкания проводов, нельзя касаться их голыми руками, можно получить удар током.

Как пользоваться мегаомметром или последовательность проведения измерительных работ:

1. Присоединение мегаомметра к гнездам измерения сопротивления.
2. Присоединение заземляющего проводника к гнезду экрана (кожуха).
3. Установка переключателя в нужный предел проведения измерения, всего их два, чем выше мощность оборудования, тем больше диапазон измерения.
4. Проверяем работу прибора замкнув измерительные щупы, одновременно вращая ручку.
5. После присоединения измерительных шнуров вращаем ручку мегаомметра (генератора питания), скорость должна быть не менее 120 об в мин.
6. Установление стрелки измерения в определенное положение является началом отчета измерения.
7. Чтобы понизить время измерения сопротивления мегаомметром по II шкале гнезда сопротивления закорачиваем (перед началом замера) и вращаем ручку прибора примерно 5 сек.
8. После применения мегаомметра переключатель устанавливаем в нейтральное положение.

Рис №3. Схема присоединения мегаомметра

Допустимая погрешность в работе мегаомметра составляет 0,05 Мом +-15%. Предел дополнительной погрешности связанный с наличием в цепи измерения токов с промышленной частотой в виде помех, составляет около 500 мкА. Прибор может эксплуатироваться при температуре в границах от 30 до +50 о С. На зажимах присутствует измерительное напряжение мегаомметра от 500 до 2500В, в зависимости от диапазона используемого измерения, поэтому по окончании измерения необходимо разрядить генератор, касаясь измерительными щупами «земли» или закоротить их на секунду, между собой, до электрического разряда.

Проведение измерений

Выполнить какое-нибудь измерение или разобраться, как работать мегаомметром, совсем несложно. Но при таком занятии важно соблюдать определенную последовательность действий и правильно переходить от одного этапа к следующему. Перед тем как начать работу, следует прочитать инструкцию и выполнить подготовительные действия.

В первую очередь потребуется отключить тестируемую цепь от заданной нагрузки. Если речь идет об изоляционном слое в домашней проводке, достаточно отсоединить питание с помощью рубильника или выкручиваемой пробки. Измеряя кабеля розеточной группы, из всех розеток нужно изъять вилки. При проведении работ с проводкой для осветительных приборов из всех люстр, точечных светильников и другого оборудования нужно выкрутить лампочки. Только после этого можно начинать проверку.

Следующий этап подготовки — присоединение автономного заземления. Оно понадобится для того, чтобы снять остаточное напряжение в цепи. Для этого к основной шине в щитке фиксируется провод из меди с сечением 1,5 квадрата. Противоположный конец должен быть зачищен от изоляции, поэтому его прикрепляют к сухой палке.

Провод фиксируется таким образом, чтобы медь удобно прикасалась к проводникам.

Требования по безопасности

Если речь идет о выполнении измерений с помощью мегаомметра на каком-либо предприятии, то его должен проводить обученный специалист с группой электробезопасности от 3 и выше. Даже при домашнем обследовании важно придерживаться основных правил и соблюдать требования по безопасности. Итак, согласно установленной инструкции, каждая работа с мегаомметром должна осуществляться с учетом следующих правил:

1. Работу нужно выполнять только в диэлектрических перчатках (к сожалению, большинство людей часто упускают это правило, но это ошибка).
2. Перед тем как начать работу, нужно подготовить линию и убедиться, что возле нее отсутствуют люди. На заводах и фабриках следует вывесить плакаты с предупреждением «не запускать», «осторожно, высокое напряжение» и так далее. При измерении длинной линии в домашних условиях можно придерживаться аналогичного принципа — желательно разместить на щитке вывеску об опасности. Также нужно ознакомиться с первыми действиями при получении удара электрическим током.
3. При работе щупы нужно держать в месте изоляции. Зачастую на рукоятке расположены упоры под пальцы, которые защищены от высоких напряжений.
4. После завершения расчетов нужно соединить щупы, перекрещивая их неизолированные участки. Таким образом можно снять остаточное напряжение. Отдельные электронные приборы поддерживают функцию автоматического разряда, когда остаточное напряжение осуществляется после каждого измерения. При отсутствии такой функции придется выполнить процедуру самостоятельно.

При выполнении расчетов особое внимание нужно уделять остаточному напряжению. Если тестируемая линия слишком длинная, заряд станет внушительным и сможет нанести серьезный урон человеку.

Подключение к линии

В стандартной комплектации присутствует три щупа с разными характеристиками и структурой. Один из них обладает двумя наконечниками и предназначается для борьбы с токами утечки. В верхней стороне прибора расположено три гнезда для присоединения щуп. Каждый из них характеризуется соответствующей буквенной маркировкой:

1. З — для присоединения заземления защиты.
2. Л — линия, которую измеряют.
3. Э — экран (предназначается для исключения токов утечки).

Вам это будет интересно Подключение проходного выключателя света по схеме

Еще какие-либо варианты отсутствуют, за исключением случаев с экранированной проводкой. Однако в частных постройках такие способы не используются, так как монтаж кабелей с экраном здесь практически бесполезный. Тем не менее, при наличии такого типа кабеля нужно минимизировать риск появления токов утечки, применив щуп с раздвоенным концом. Провода экранирующей оплетки нужно скрутить в жгут, добавив в общий пучок проводов.

Проведение измерений

После успешного решения всех задач можно пытаться измерять проводку мегаметром. После успешной установки щупов следует определиться с тестовым напряжением. Проверяя сопротивление изоляции, нужно подать напряжение в 500−1000 В, следуя такой инструкции:

1. В первую очередь необходимо подготовить объект к измерениям.
2. Затем нужно установить переносное заземление и перевести переключатель в нужное положение. Также следует выбрать шкалу измерений, учитывая величину сопротивления.
3. На линии нужно проверить отсутствие напряжения, используя индикаторную отвертку или мультимер, а затем выполнить подключение щупов к объектам измерения.
4. Дальше остается снять переносное заземление и приступить к выполнению измерений. Если работа осуществляется с помощью электронного прибора, то на нем нужно нажать кнопку «тест». В ручных моделях придется покрутить ручку динамомашины до момента, пока не произойдет загорание сигнальной лампы (это подтвердит факт создания тестового напряжения).
5. Записав полученные результаты, остается отключить щупы и снять показатели остаточного напряжения на мегаомметре и линии.

При опускании показателей ниже заданного уровня придется действовать двумя путями: либо найти причину поломки и устранить ее, либо заменить.

Мегаомметр принцип работы и его схема

Работу c мегаомметром рассмотрим на примере самого распространенного прибора с маркировкой ЭС0202/2Г. Прибор произведенный еще в советское время, на Уманском приборостроительном заводе, мегаомметр получил распространение по территории всего Советского Союза и успешно работает в настоящее время. Надежность, неприхотливость, а что самое важное, точность измерений зарекомендовали этот прибор с положительной стороны. В России прибор под этой маркировкой производится в Белгороде и на многих других приборостроительных заводах.

Прибор предназначен для проведения измерений с большими величинами сопротивлений, и рекомендуется для проверки высоковольтного оборудования, рассчитанного на большую мощность, а также для силовых кабелей большого сечения или раскинутых на значительное расстояние.

Рис №1: Внешний вид мегаомметра

Мегаоомметр этого типа относится к индукторным устройствам, работает за счет встроенного в конструкцию генератора, что позволяет прибору работать без постороннего источника питания, и без аккумуляторных батарей.

Принцип работы построен на использовании принципиальной схемы логарифмического измерительного устройства отношений. В измерительном процессе задействованы: электромеханический генератор напряжения, преобразователь и электронный измеритель.

Для работы рекомендуется использовать прерывистый режим, в котором 1 минута отводится на измерение, 2 минуты – пауза. При первом ознакомлении прибором внимательно изучите мегаомметр и инструкцию по эксплуатации.

Рис №2. Принципиальная схема мегаомметра ЭС0202/2Г

Сопротивление изоляции

Разбираясь, для чего нужен мегаомметр и как с ним работать, важно знать, как осуществлять измерение сопротивления изоляции, так как такая задача возникает чаще всего. При обработке кабеля, который уже задействован, его нужно отсоединить от линии и снять нагрузку. В большинстве случаев в электрике применяются трехжильные провода, и только при необходимости подвести трехфазную сеть их бывает больше.

Выполняя измерения, нужно перевести все автоматические переключатели на щитке в положение «выключено», снизить нагрузку и приступить к работе. При наличии экрана на кабеле (он представляет собой оплетку из стальной проволоки или алюминиевой ленты) нужно задействовать щуп с раздвоенным наконечником, а экран добавить в жгут к остальной проводке и «земле».

Как пользоваться мегаомметром, измерение изоляции

Электрические сети характеризуются различными параметрами. Одним из важнейших параметров сетей является электрическая изоляция. Изоляция представляет собой какой-либо материал, препятствующий электрическому току протекать в ненужном направлении. Изоляцией может быть защитная оболочка проводов и кабелей. Такие приспособления, как изоляторы, не позволяют контактировать токопроводящим линиям с землёй. Все эти меры по изоляции токопроводящих частей направлены на то, чтобы не допустить короткого замыкания, возгорания или поражения человека электрическим током.