НЕЗАМЕНИМЫЙ ПОМОЩНИК ЭЛЕКТРИКА

Незаменимый помощник электрика (НПЭ) — это довольно чувствительное электронное устройство, которое реагирует на электрическое поле проводов и кабелей различного назначения, в том числе высоковольтных линий электропередачи, и сигнализирует о напряженности поля выше допустимого уровня. Прототип, описанный в [1], имеет только светодиодную индикацию, что крайне затрудняет использование этого прибора, например, при обнаружении скрытой проводки.

Предлагаемый прибор является улучшенным вариантом ранее опубликованного в статье «Индикатор электрического поля» [1].

Автором (хотя и за счет некоторого усложнения) дополнительно была введена в схему звуковая индикация, что значительно повысило эксплуатационные возможности нового изделия.

Прибор электрика можно использовать для предупреждения людей, работающих вблизи электроустановок, сигнализируя об опасности поражения электрическим током. В быту НПЭ с успехом пригодится в качестве фазоуказателя и для обнаружения скрытой проводки.

Универсальность прибора, отсутствие антенного щупа, направленное действие, простота настройки, высокая чувствительность, светодиодная и звуковая индикации — вот основные преимущества НПЭ перед аналогичными устройствами описанными в радиолюбительской литературе.

Принципиальная электрическая схема незаменимого помощника электрика.

Чувствительным элементом напряженности переменного электрического поля служит полевой транзистор в металлическом корпусе VT1, у которого затвор соединен с его корпусом. Величина наведенного сигнала пропорциональна напряженности электрического поля Высокоомный резистор R2 предотвращает накапливание статических зарядов. Пройдя через эммиторный повторитель, выполненный на транзисторе VT2, наведенный сигнал выделяется на резисторе R3. Конденсатор С4 подавляет высокочастотные импульсы и помехи. Далее сигнал поступает через резистор R4 и разделительный конденсатор С5 на неинвертирующий вход 3 операционного усилителя (ОУ) DA1 (с параметрами и областью применения этого ОУ можно подробно ознакомиться в работе [2]). Резисторы R5, R6 создают искусственную нулевую точку, резисторы R7, R17 служат для установки необходимого микромощного режима ОУ DA1 и DA2 [2].

Переменным резистором R9 («чувствительность») регулируют усиление каскада ОУ DA1. Конденсатор С6 — элемент коррекции частотной характеристики, а резистор R11 являетя нагрузочным для ОУ DA1. С вывода 6 ОУ DA1 усиленный сигнал через резистор R15 поступает на инверсный вход 2 компаратора напряжения, выполненного на ОУ DA2. Компаратор DA2 сравнивает напряжение с выхода ОУ DA1 с образцовым напряжением, поступающим на неинверсный вход 3 компаратора DA2. Величина образцового напряжение регулируется с помощью переменного резистора R13 («порог»). Благодаря положительной обратной связи через резистор R18, компаратор напряжения DA2 обладает небольшим гистерезисом, что повышает четкость его срабатывания.

С выхода 6 DA2 сигнал поступает на усилитель мощности, выполненный на транзисторе VT3, который работает в ключевом режиме.

В описанном ранее прототипе [1] этот транзистор управлял только светодиодной индикацией. Исследования автора показали, что простое подключение к этому транзистору дополнительно еще и звуковой индикации нарушает стабильность работы микромощных ОУ DA1, DA2 за счет влияния элементов индикации на чувствительные входы DA1 и DA2 и увеличения потребляемого тока, что было недопустимо. Это стало главным препятствием на пути увеличения чувствительности НПЭ.

Проблема была решена за счет раздельного питания: измерительной части (VT1, VT2, DA1, DA2) — от батареи GB1 9В, а светодиодной и звуковой индикации — от другой батареи GB2 9В. Поэтому воздействие индикации на измерительную часть удалось ликвидировать. Связь между ними осуществляется через транзисторный оптрон U1. Сигнал, переданный через светодиод оптрона, выделяется на эмиттере его фототранзистора U1.2, нагрузку которого осуществляют последовательно соединенные резисторы R23, R24. Конденсатор С9 повышает устойчивость узла индикации. Транзистор VT4, работающий в ключевом режиме, инвертирует сигнал и обеспечивает индикацию светодиода VD1 как при подготовке прибора к работе (методика настройки будет рассмотрена ниже), так и при измерениях. С эмиттера фототранзистора оптрона U1.2 сигнал также поступает на запуск схемы тонального генератора, выполненного на микросхеме DD1.1 и DD1.2, который может быть выведен на резонансную частоту пьезоизлучателя НА1 типа ЗП-25 подбором резистора R26, что заметно увеличивает громкость его звучания. Частота генератора определяется по формуле:

F=0,5*1000000/(R26*C10),

где R26 — в кOм, C10 — в нФ, f — в Гц.

Буферные элементы DD1.3, DD1.4 дополнительно повышают качество звука НА1. Это связано с улучшением условий возбуждения генератора, уменьшением длительности его фронтов. Подстроенным резистором R27 можно регулировать громкость звучания НА1.

Печатная плата НПЭ (105×35 мм) выполнена из одностороннего фjльгиhованного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм и помещена в пластмассовый корпус размерами 130x75x25 мм. Сам датчик электрического поля — полевой транзистор VT1 выведен из печатной платы на переднюю панель корпуса.

Чтобы обеспечить экранирование печатной платы устройства, автор изготовил корпус из фольгированного стеклотекстолита толщиной 2 мм. При этом общая точка измерительной части схемы соединяется с медной фольгой внутри корпуса. Чтобы защитить выступающую часть корпуса полевого транзистора от прикосновения к незаизолированным проводам и металлическим элементам, на него надета и приклеена пластмассовая втулка.

Органы управления R9, R13, SA1 и светодиод VD1 выведены на лицевую панель прибора. Пьезоизлучатель НА1 находится внутри корпуса изделия на самой печатной плате. В боковой стенке корпуса предусмотрено отверстие под подстроенный резистор R27. Для 9-вольтовых батарей питания GB1 и GB2 (типа «Крона», «Корунд») внутри корпуса выделены отсеки.

Печатная плата НПЭ.

В дежурном режиме потребление измерительной части схемы НПЭ от батареи GB1 составляет не более 0,2 мА, увеличиваясь до 3 мА при срабатывании входного светодиода оптрона U1.1.

Схема индикации от батареи GB2 в дежурном режиме не более 0,1 мА, увеличиваясь до 3 мА при срабатывании светодиодной и звуковой индикации.

Работоспособность НПЭ сохраняется при снижении напряжения питания батарей GB1 и GB2 до 4 В.

При настройке НПЭ возможно придется подбирать номиналы резисторов R8, R18 и R26. Транзистор VT1 можно заменить на КП307Ж или из серии КП303, КП307. Вместо VT1 — VT4, обозначенных на схеме, можно применить маломощные кремниевые биполярные транзисторы соответствующей структуры. Переменные резисторы R9 и R13 — типа СПЗ-4. Подстроенный резистор R27 — типа СП5-16ВА-0,25 Вт. Выключатель SA1 малогабаритный — типа П2Т-1-1В. Ниже рассмотрены 3 режима работы НПЭ.

Элементы и узлы НПЭ:

1 — печатная плата; 2 — потенциометр R13; 3 — потенциометр R9; 4 — полевой транзистор VT1; 5 — батарея GB1; 6 — выключатель SA1; 7 — батарея GB2.

Режим фазоуказателя. Если переменный резистор R9 («чувствительность») установить почти в нижнее (по схеме) положение, a R13 («порог») — почти в верхнее положение, то усиление наведенного на датчик сигнала будет минимально, а порог срабатывания — максимален.

Исходное положение перед началом измерения — отсутствие светодиодной и звуковой индикации, что достигается соответствующей регулировкой переменных резисторов R9 и R13, когда датчик прибора удален на некоторое расстояние от источника переменного электрического поля.

В таком предварительно установленном состоянии НПЭ позволяет сначала по зажиганию светодиода VD1, а затем и звуковой индикации пьезоизлучателя HA1 отличить «фазовый» провод бытовой электросети от «нулевого». Необходимо поочередно приблизить датчик к изоляции каждого из этих проводов.

В этом режиме удобно производить калибровку прибора, например, поднося осторожно датчик к бытовой розетке с «фазовым» и «нулевым» проводом.

Режим поиска скрытой проводки. Чтобы найти с помощью НПЭ скрытую в стене проводку, необходимо увеличить усиление ОУ DA1 перемещением движка переменного резистора R9 («чувствительность») вверх (по схеме) и понизить порог срабатывания компаратора DA2 перемещением переменного резистора R13 («порог») вниз по схеме.

Исходное положение перед началом измерения — отсутствие светодиодной и звуковой индикации, что достигается соответствующей регулировкой переменных резисторов. При приближении датчика к трассе проводов под напряжением индикация начинает действовать.

При поиске скрытой проводки не следует касаться даже заизолированным датчиком стен, внутри которых она проходит. Чувствительности прибора вполне достаточно, чтобы избежать ложного срабатывания НПЭ от наводок статического электричества и помех.

Еще одно преимущество этого прибора в том, что на фоне сетевых наводок например, в блочных домах, при соответствующей настройке R9 и R13 можно, благодаря высокой чувствительности и избирательности НПЭ, определить трассу 4 находящихся под напряжением проводов. С аналогичными приборами это было бы проблематично.

Режим индикатора электрического поля. При дальнейшем увеличении усиления ОУ DA1 и понижении порога срабатывания компаратора DA2 удается обнаружить токоведущие провода и кабели на значительном расстоянии от них. Как и в предыдущих случаях, в исходном состоянии прибора перед измерением индикация должна отсутствовать.

Настроенный соответствующим образом НПЭ, к примеру, может подавать сигнал о наличии электрического поля на расстоянии не менее трех метров от высоковольтных шин, находящихся под напряжением 10 кВт. Настройка прибора не сложная, и при работе с ним довольно быстро появляются необходимые навыки.

При эксплуатации НПЭ зарекомендовал себя высокочувствительным сбалансированным устройством, позволяющим проводить бесконтактные измерения переменного электрического поля как вблизи, так и вдали от различных по назначению проводов и кабелей, находящихся под напряжением.

Б. СОКОЛОВ, г. Протвино Московская область