В предыдущей статье я рассмотрел кустарные методы поиска скрытой проводки, основанные на разных физических принципах. Теперь настало время вспомнить про индикаторы скрытой проводки промышленного производства. Наиболее простые и распространенные приборы этого класса, используют электрическое поле от фазного сетевого провода, а поскольку напряженность электрического поля пропорционально напряжению, такие приборы нередко выполняют, по совместительству, роль индикаторов напряжения. Они не могут находить скрытые обесточенные провода, хотя, если применить небольшую хитрость и это иногда бывает возможно.
Каких то сложных, специальных изделий касаться не будем, пользование каждым из них сугубо специфично и описано в прилагаемой инструкции, а для примера хорошо подходит простой пробник-индикатор с функцией поиска скрытой проводки.
На Рис. 1 показан одна из таких моделей. Вы встретите его под разными марками и брэндами (RFA101, NTP-E, ОП-2Э, 6885-48, R-48, Stayer, Navigator, IEK, Зубр-"Эксперт", Rexant и др.) различающимися ценой и качеством изготовления. Он достаточно прост, но не настолько примитивен как простая отвертка с лампочкой и в то же время, весьма многофункционален.
Не смотря на широкое распространение, подобные приборчики так и не обрели в русском языке устоявшегося названия. Одну и ту же модель в разных источниках могут назвать "тестер-индикатор", "отвертка-индикаторная", "бесконтактный детектор напряжения", "пробник фазы", "отвертка-пробник" и т.п.
Что же может такой пробник:
- Поиск скрытой проводки находящейся под напряжением.
- Контактная и бесконтактная индикация напряжения с возможностью проверки полярности.
- Оценочная проверка, диодов, конденсаторов и прозвонка цепей с высоким сопротивлением изоляции.
Щупом можно еще крутить винты, но без фанатизма, обычно, прочность его крепления и качество металла оставляют желать лучшего.
Индикатор имеет переключатель чувствительности на три положения. По факту, средний уровень не особо нужен и часто, внутри схемы, объединен с высоким (как регулировать чувствительность я напишу позднее). Низкая чувствительность, при которой светится красный светодиод, применяется для контактных тестов а высокая, когда светится зеленый светодиод и работает зуммер, применяется для бесконтактных.
Как работает бесконтактный поиск
На Рис. 2 представлена упрощенная схема пробника, работающая в режиме максимальной чувствительности (бесконтактный режим).
Чувствительным элементом является обычная КМОП-микросхема жесткой логики. Вернее один из ее логических элементов, который здесь обозначен цифрой "1". Входное сопротивление такого элемента очень высокое, практически равно бесконечности. Он начинает срабатывать (переключается, в другое логическое состояние), когда напряжение на входе превысит половину напряжения питания, в данном случае +1,5В.
Сопротивление R1, номиналом около 1МОм, играет роль защитного и ограничивает ток в цепи значением 0,22мА (это меньше предела ощущения человека). Такой ток может возникнуть если щуп касается жилы фазного провода и при этом, вы случайно коснетесь дополнительного контакта на боковой поверхности индикатора (что, в данном случае, делать не нужно). Значок опасности поставлен потому, что номинал и качество изготовления этой детали влияют на безопасность, R1 должен быть достаточно крупным резистором с сопротивлением не менее нескольких сотен килоом, способным надежно выдержать напряжение до 1000 вольт. При бесконтактных манипуляциях, дополнительной защитой от сквозного тока через индикатор может служить колпачок на щуп, которым комплектуется пробник.
Резистор R2 снимает постоянный потенциал, наведенный на щупе, это должно происходить достаточно медленно, поэтому, его сопротивление очень высокое - сотни мегаом и выше, в зависимости от чувствительности. На схеме Рис. 2 не показаны два обратно смещенных защитных диода, один из которых, подключается со входа логического элемента на "+" питания, другой на "-", они важны, но принципиально ни на что не влияют, а только защищают электронику от пробоя высоким напряжением. Такие диоды встроены внутрь микросхемы, хотя, могут дублироваться и внешними дискретными элементами.
Сам щуп играет роль своеобразной антенны, на которую, в электрическом поле провода, наводится напряжение относительно остальной электронной схемы устройства. Прибор "видит" только положительную полуволну электрического поля на щупе, вспышка светодиода и звук появляется в моменты, когда наведенное на входе напряжение превысит +1,5В (Рис. 3), поэтому, звуковой сигнал от промышленной сети всегда характерно "дребезжит" - прерываясь с частотой 50 Гц. Светодиоды тоже мигают с такой же частотой, но мы этого не замечаем.
Когда пробник реагирует на статическое электричество или постоянное поле, звук зуммера имеет чистый тон а срабатывание происходит только при перемещении в определенном направлении.
Начинаем искать скрытую проводку
Переключаем чувствительность в режим "высокая" и взяв в руку корпус индикатора, не касаясь дополнительного контакта, проводим щупом над поверхностью. На небольшом расстоянии (обычно 5...20 см), пробник начинает реагировать на электрическое поле провода, находящегося под напряжением.
На Рис. 4 показано как на вход пробника, через емкости провод-щуп и печатная плата-рука наводится напряжение. Эти емкости очень маленькие и они создают основное сопротивление в цепи. Приближая щуп к проводу, мы увеличиваем емкость и напряжение на входе микросхемы (на резисторе R2, Рис. 2) растет, достигая порогового и наоборот.
Как вы знаете, емкостное сопротивление обратно пропорционально частоте X=1/(2πfC). Если на частоте промышленной сети 50 Гц такой пробник имеет нормальную чувствительность, то на более высоких частотах его чувствительность значительно возрастает. Например, на выходе частотных преобразователей, частота напряжения ШИМ, формирующего синусоиду тока, достигает десятков килогерц при наличии богатого спектра высших гармоник. В таких условиях, дальность действия подобного пробника резко возрастает и может создаться впечатление что он неисправен.
Что бы провести трассировку провода, идущего в стене, надо двигать пробник волнообразными движениями поперек, предполагаемого направления прокладки. При этом надо учитывать что провод имеет 2 или 3 жилы, и только одна из них, фазная, имеет высокий потенциал относительно земли и создает электрическое поле, в то время как нулевая и заземляющая жилы нейтральны. Если фазная жила окажется под нулевой или заземляющей, за счет эффекта экранировки, электрическое поле от нее будет сильно ослаблено. Из за этого, если жилы провода перевиты, он будет детектироваться не по всей длине, может создаться впечатление что проводка в стене идет волнами а при параллельной прокладке жил, максимум сигнала пробник покажет немного в стороне от оси провода. Как это выглядит и почему происходит, показано на Рис. 5.
Поиск традиционным методом невозможен, если кабель в экране и экран заземлен. Электрическое поле такого кабеля ослаблено практически до нуля. Но его, все же, можно попробовать найти методом обратного поиска, который описан чуть ниже.
Поиск трехфазны кабелей ни чем не отличается. Напряжение любой фазы, относительно земли, такое же - 220 вольт. Надо только иметь в виду, что сумма электрических полей от всех трех фаз, при их равной амплитуде, равна нулю и на большом расстоянии от кабеля они почти скомпенсированы (что нельзя сказать об однофазной проводке). От этого, дальний поиск может быть затруднен. При приближении, за счет увеличения относительной разницы расстояний, какая то одна из фаз начинает доминировать.
Возвратимся к Рис. 4, на нем рука условно показана подключенной к заземлению. Это означает, что тело человека, держащего пробник, имеет некий нейтральный потенциал, близкий к потенциалу земли, но иногда, это может оказаться не так. Например, если вы случайно наступите на провод включенного в сеть удлинителя, облокотитесь на стену, в том месте где под штукатуркой идут провода или держите в другой руке, включенный в розетку, электроинструмент, на вашем теле наведется переменное напряжение, которое вы не почувствуете, но пробник, при этом, либо уменьшит чувствительность, либо вообще перестанет реагировать на фазные провода (исчезнет разность потенциалов). При этом, возможно, он начнет реагировать на заземленные предметы.
Такое явление можно использовать целенаправленно, если требуется найти обесточенные провода или какие то металлоконструкции, скрытые под не проводящими ток поверхностями. Для этого можно взять свободной рукой за изоляцию провод какого то, включенного в сеть электроинструмента или удлинителя. Теперь ваше тело, через емкость рука-провод, окажется под наведенным потенциалом около 110 вольт (среднее напряжение между нулевым и фазным проводниками идущими внутри провода, так как емкость между каждым из них и рукой одинакова). Теперь пробник, в другой руке, станет реагировать наоборот. Сигнал будет появляться при приближении к проводящим объектам, имеющим потенциал более близкий к потенциалу земли.
Как регулировать чувствительность
Для того, что бы точно определить положение объекта, необходимо, каждый раз, устанавливать порог срабатывания на минимально возможном уровне. Это можно сделать меняя положение руки при удержании пробника. Вот как меняется чувствительность от максимальной до минимальной.
Удерживать пробник за щуп, "задом наперед". При этом антенной является уже не щуп а схема прибора, которая значительно больше в объеме. При этом дальность действия может доходить до метра.
Удерживать пробник в "правильном положении", но только за заднюю часть, где батарейный отсек, касаясь, при этом, дополнительного контакта. Это тоже, достаточно высокая чувствительность, позволяющая вести поиск примерно от полуметра до 10 см.
Удерживать пробник как обычно, не касаясь доп. контакта (это можно делать в перчатках). Порог чувствительности регулируется перехватыванием корпуса ближе или дальше к щупу. Чем ближе к щупу, тем чувствительность ниже. Здесь дальность поиска уже сократится до нескольких сантиметров.
Минимальная чувствительность получится, если при полном захвате корпуса пробника перемещать указательный палец над щупом как на Рис. 6. Чем палец больше покрывает щуп и ближе к нему, тем меньше чувствительность. Естественно, это надо делать аккуратно, исключая касания токопроводящих жил.
Другое использование пробника
На прозвонке цепей и различных деталей долго останавливаться не будем, так как это за рамками темы. Такая проверка делается с использованием дополнительного контакта на боковой поверхности индикатора, на котором присутствует "+" питания от внутренней батареи (2 элемента LR44 или AG13). Цепь замыкается на щуп, на котором присутствует "минус". В режиме низкой чувствительности (L) индикатор (красный светодиод) начинает срабатывать при сопротивлении цепи ниже 10 МОм, в режиме высокой чувствительности ("H" - зеленый светодиод и зуммер), порог измеряется гигаомами. Дополнительный проводник не нужен, можно замкнуть пальцами щуп или доп. контакт с одним из выводов детали, ведь сопротивление тела человека гораздо меньше порогового. Естественно, перед этим надо обязательно убедиться что напряжения везде отсутствуют а конденсаторы разряжены.
На этом пока что всё. В следующей статье сделан реверс-инжиниринг и разбор схемы этого приборчика.
Еще один прибор с дополнительной функцией поиска металла разобран тут: