Безопасные методы работы с мультиметром

Безопасное и эффективное использование измерительных приборов – это, пожалуй, самый ценный навык, которым может овладеть электронщик, как ради собственной безопасности, так и для профессионального мастерства. Использовать измерительный прибор поначалу может быть сложно, зная, что вы подключаете его к цепям под напряжением, которые могут содержать опасные для жизни уровни напряжения и тока.

Это опасение небезосновательно, и при использовании измерительных приборов всегда лучше действовать осторожно. У опытных технических специалистов небрежность чаще, чем любой другой фактор, является причиной несчастных случаев с электричеством.

Мультиметры

Самым распространенным электрическим измерительным оборудованием является мультиметр. Мультиметры названы так потому, что они могут измерять множество параметров: напряжение, ток, сопротивление и часто многие другие, некоторые из которых не могут быть описаны в данной статье из-за их сложности.

В руках обученного специалиста мультиметр является одновременно эффективным рабочим инструментом и средством безопасности. Однако в руках неграмотного и/или неосторожного человека мультиметр может стать источником опасности при подключении его к «действующей» цепи.

Существует множество различных брендов мультиметров, причем каждый производитель выпускает несколько моделей с разными наборами функций. Мультиметр, показанный здесь на следующих иллюстрациях, представляет собой «обобщенный» дизайн, не специфичный для какого-либо производителя, но достаточно общий, чтобы научить основным принципам использования:

Вы можете заметить, что дисплей этого измерительного устройства имеет «цифровой» тип: числовые значения отображаются с помощью четырех цифр, как на цифровых часах. Поворотный переключатель (сейчас установлен в положение «Off»/«Выкл») имеет пять различных положений режимов измерения, в которых он может быть установлен: два положения «V», два положения «A» и одно положение посередине с забавным символом «подковы», представляющим «сопротивление».

Символ «подкова» – это греческая буква «Омега» (Ω), которая в англоязычной литературе является символом для электрической единицы измерения Ом.

У двух положений «V» и двух положений «A» вы можете заметить, что у каждой из этих пар одно положение имеет дополнительную иконку из пары горизонтальных линий (одна сплошная, одна пунктирная), а другое – из пунктирной линии с волнистой кривой над ней. Параллельные линии представляют «постоянный ток», а волнистая кривая – «переменный ток». «V», конечно, означает «напряжение», а «A» означает «силу тока».

Для измерения постоянного тока мультиметр внутри использует методы, отличные от тех, которые он использует для измерения переменного тока. Поэтому пользователю необходимо выбрать, какой тип напряжения (V) или тока (A) должен измеряться. Хотя мы не обсуждали переменный ток (AC, alternating current) в каких-либо технических подробностях, это различие в настройках мультиметра важно помнить.

Разъемы мультиметров

На лицевой панели мультиметра есть три разных разъема, к которым мы можем подключить наши измерительные провода. Измерительные провода – это не что иное, как специально подготовленные провода, используемые для подключения измерителя к тестируемой цепи.

Провода покрыты гибкой изоляцией с цветовой кодировкой (черной или красной), чтобы руки пользователя не касались оголенных проводов; концы измерительных щупов представляют собой острые жесткие металлические штыри:

Черный измерительный провод всегда подключается к черному разъему на мультиметре: с пометкой «COM», то есть «общий» (common). Красный измерительный провод подключается либо к красному разъему с обозначениями напряжения и сопротивления, либо к красному разъему с обозначением тока, в зависимости от того, какой параметр вы собираетесь измерить с помощью мультиметра.

Чтобы увидеть, как это работает, давайте посмотрим на пару примеров, показывающих, как используется мультиметр. Сначала мы настроим мультиметр для измерения постоянного напряжения от батареи:

Обратите внимание, как два измерительных провода подключены к соответствующим разъемам на мультиметре для измерения напряжения, а переключатель установлен в положение постоянного напряжения.

Теперь рассмотрим пример использования мультиметра для измерения переменного напряжения от бытовой (настенной) электрической розетки):

Единственное отличие в настройке мультиметра – это положение переключателя: теперь он находится в положении «V» для переменного напряжения. Поскольку мы всё еще измеряем напряжение, измерительные провода останутся подключенными к тем же разъемам.

В обоих этих примерах крайне важно не допускать, чтобы наконечники щупов соприкасались друг с другом, пока они оба находятся в контакте с соответствующими точками в цепи. Если это произойдет, произойдет короткое замыкание, создающее искру и, возможно, даже пламя, если источник напряжения способен обеспечивать достаточный ток! На следующем изображении показана эта потенциальная опасность:

Это лишь один из способов, которым мультиметр может стать источником опасности при неправильном использовании.

Измерение напряжения, пожалуй, самая распространенная функция, для которой используется мультиметр. Это, безусловно, первичное измерение, проводимое в целях безопасности (часть процедуры блокировки/маркировки), и оно должно быть хорошо понятно человеку, использующему мультиметр.

Поскольку напряжение всегда относительное между двумя точками, мультиметр, прежде чем обеспечить надежное измерение, должен быть надежно подключен к двум точкам в цепи. Обычно это означает, что оба щупа должны быть крепко взяты пользователем и прижаты к правильным точкам источника напряжения или цепи во время измерения.

Поскольку путь электрического тока «рука-рука» является наиболее опасным, удерживание измерительных щупов в двух точках высоковольтной цепи таким образом всегда представляет потенциальную опасность. Если защитная изоляция измерительных щупов изношена или потрескалась, пальцы пользователя во время измерения могут соприкоснуться с проводниками щупа, что приведет к электрическому удару.

Более безопасным вариантом будет, если можно использовать только одну руку для удерживания щупов. Иногда один измерительный щуп можно «защелкнуть» на проверяемой точке цепи, чтобы его можно было отпустить, а другой установить на место, используя только одну руку. Для облегчения этого на щуп можно прикрепить специальный аксессуар, такой как пружинный зажим «крокодил».

Помните, что измерительные щупы мультиметра являются частью всего комплекта оборудования и с ними следует обращаться с той же осторожностью и бережностью, что и к самому мультиметру. Если вам нужен специальный аксессуар для ваших измерительных проводов, такой как пружинный зажим или другой специальный наконечник щупа, обратитесь к каталогу продукции производителя мультиметра или другого производителя измерительного оборудования.

Не пытайтесь проявлять творческий подход и делать свои собственные щупы, так как в следующий раз, когда будете использовать их в цепи под напряжением, вы можете подвергнуть себя опасности.

Кроме того, следует помнить, что цифровые мультиметры обычно хорошо справляются с различением измерений переменного и постоянного тока, поскольку они настраиваются на одно или другое при проверке напряжения или тока.

Как мы видели ранее, как переменное, так и постоянное напряжение и ток могут быть смертельными, поэтому при использовании мультиметра в качестве устройства проверки безопасности вы всегда должны проверять наличие как переменного, так и постоянного напряжения, даже если вы не ожидаете обнаружить их обоих! Также, проверяя наличие опасного напряжения, вы должны обязательно проверить все пары рассматриваемых точек.

Например, предположим, что вы открыли распределительный шкаф и обнаружили три больших проводника, подающих переменное напряжение на нагрузку. Автоматический выключатель, питающий эти провода (предположительно), был отключен, заблокирован и промаркирован. Вы дважды проверили отсутствие питания, нажав кнопку «Вкл» на нагрузке. Ничего не произошло, так что теперь вы переходите к третьему этапу проверки безопасности: проверке отсутствия напряжения.

Сначала вы проверяете свой мультиметр на источнике напряжения, заведомо находящемся под напряжением, чтобы убедиться, что мультиметр работает правильно. Удобный источник переменного напряжения для этой проверки может обеспечить любая ближайшая электрическая розетка. Вы выполняете это и обнаруживаете, что мультиметр показывает всё правильно. Затем вам нужно проверить напряжение между этими тремя проводами в шкафу. Но напряжение измеряется между двумя точками, так где же проверить?

Ответ – проверить все комбинации этих трех точек. Как видите, на рисунке точки обозначены буквами «A», «B» и «C», поэтому вам нужно будет взять мультиметр (установленный в режиме вольтметра) и проверить между точками A и B, B и C, A и C.

Если вы обнаружите напряжение между любой из этих пар, цепь не находится в «состоянии нулевой энергии». Но подождите! Помните, что мультиметр не будет регистрировать постоянное напряжение, когда он находится в режиме измерения переменного напряжения, и наоборот, поэтому вам необходимо проверить эти три пары точек в каждом режиме, в общей сложности шесть проверок напряжения для полной проверки!

Однако, даже несмотря на все эти проверки, мы еще не охватили все возможности. Помните, что опасное напряжение может появиться между одиночным проводом и землей (в этом случае металлический корпус шкафа будет хорошей опорной точкой заземления) в энергосистеме.

Итак, чтобы быть в полной безопасности, мы должны проверять не только между A и B, B и C и A и C (как в режимах переменного, так и постоянного напряжения), но также мы должны проверять между A и землей, B и землей, и C и землей (в режимах переменного и постоянного напряжения)! Это дает в общей сложности двенадцать проверок напряжения для этого, казалось бы, простого сценария всего с тремя проводами. Затем, конечно же, после того, как мы завершим все эти проверки, нам нужно взять мультиметр и повторно проверить его с помощью источника напряжения, заведомо находящегося под напряжением, (например, розетка), чтобы убедиться, что мультиметр по-прежнему в рабочем состоянии.

Использование мультиметра для проверки сопротивления

Использование мультиметра для проверки сопротивления – гораздо более простая задача. Измерительные провода будут оставаться подключенными к тем же разъемам, что и при проверке напряжения, но переключатель необходимо повернуть, чтобы он указывал на символ сопротивления «подкова». Касаясь щупами устройства, сопротивление которого необходимо измерить, прибор должен правильно отображать сопротивление в омах:

При измерении сопротивления следует помнить об одном очень важном моменте: оно должно выполняться только на обесточенных компонентах! Когда мультиметр находится в режиме «сопротивление», он использует небольшую внутреннюю батарею для генерации небольшого тока через измеряемый компонент.

Определив, насколько сложно пропустить этот ток через компонент, можно определить и отобразить сопротивление этого компонента. Если в петле «щуп мультиметра – компонент – щуп мультиметра» имеется дополнительный источник напряжения, который помогает или противодействует току измерения сопротивления, создаваемому мультиметром, это приведет к ошибочным показаниям. В худшем случае мультиметр может даже быть поврежден внешним напряжением.

Режим «сопротивление» мультиметра

Режим «сопротивление» мультиметра очень полезен для определения целостности проводов, а не только для точных измерений сопротивления. Когда между наконечниками измерительных щупов имеется хорошее, надежное соединение (моделируется путем их соприкосновения), мультиметр показывает почти нулевое сопротивление. Если бы в измерительных проводах не было сопротивления, он показывал бы ровно ноль:

Если выводы не соприкасаются друг с другом или касаются противоположных концов разорванного провода, мультиметр покажет бесконечное сопротивление (обычно путем отображения пунктирных линий или сокращения «O.L.», что означает «open loop» («разомкнутый контур»)):

Измерение тока с помощью мультиметра

Безусловно, наиболее опасным и сложным применением мультиметра является измерение тока. Причина этого довольно проста: чтобы мультиметр мог измерять ток, этот измеряемый ток должен проходить через мультиметр.

Это означает, что мультиметр должен быть включен в путь протекания тока, а не просто подключаться к какой-либо стороне, как в случае измерения напряжения. Чтобы сделать мультиметр частью протекания пути тока цепи, исходная цепь должна быть «разорвана», а мультиметр должен быть включен между двумя точками этого разрыва. Чтобы подготовить мультиметр для этого измерения, необходимо установить переключатель в положение «A» для переменного или постоянного тока, а красный измерительный провод необходимо подключить к красному разъему с маркировкой «A».

На следующем рисунке показаны измеритель, готовый к измерению тока, и проверяемая цепь:

Теперь для подготовки к подключению мультиметра разрываем цепь:

Следующим шагом является вставка мультиметра в цепь, путем подключения двух щупов к разорванным концам цепи, черный щуп к отрицательной (-) клемме 9-вольтовой батареи и красный щуп к свободному концу провода, ведущего к лампе:

Этот пример показывает очень безопасную схему для работы. Напряжение 9 вольт вряд ли представляет опасность поражения электрическим током, поэтому не стоит бояться разомкнуть эту цепь (голыми руками, не меньше!) и подключить мультиметр в путь протекания тока. Однако с цепями более высокой мощности это действительно может быть опасным занятием.

Даже если напряжение в цепи будет низким, ток может быть достаточно высоким, чтобы возникла опасная искра в момент установления последнего подключения щупа мультиметра.

Еще одна потенциальная опасность использования мультиметра в режиме измерения силы тока («амперметр») – это возможность неправильно вернуть его в режим измерения напряжения после измерения силы тока. Причины этого зависят от конструкции и работы амперметра.

При измерении тока силы цепи путем помещения мультиметра непосредственно на пути прохождения тока лучше всего, чтобы мультиметр оказывал току небольшое сопротивление или не оказывал никакого сопротивления. В противном случае дополнительное сопротивление изменит работу схемы. Таким образом, мультиметр спроектирован так, чтобы сопротивление между наконечниками измерительных щупов было практически нулевым, когда красный щуп был вставлен в красный разъем «А» (для измерения тока). В режиме измерения напряжения (красный провод вставлен в красный разъем «V») между наконечниками измерительных щупов имеется большое количество мегаомов сопротивления, поскольку вольтметры рассчитаны на сопротивление, близкое к бесконечному (чтобы они не отбирали значительный ток от тестируемой цепи).

При переключении мультиметра из режима измерения тока в режим измерения напряжения легко повернуть переключатель из положения «A» в положение «V» и забыть переключить красный измерительный провод с разъема «A» в разъем «V». В результате, если мультиметр затем подключить к источнику значительного напряжения, произойдет короткое замыкание цепи через мультиметр!

Чтобы предотвратить это, большинство мультиметров имеют функцию предупреждения, которая издает звуковой сигнал, если провод вставлен в гнездо «A», а переключатель установлен в положение «V». Однако какими бы удобными ни были эти функции, они всё же не заменяют ясного мышления и осторожности при использовании мультиметра.

Все качественные мультиметры содержат внутри предохранители, которые выбраны так, чтобы «перегорать» в случае протекания через них чрезмерно большого тока, как в случае, показанном на последнем изображении. Как и все устройства защиты от сверхтоков, эти предохранители в первую очередь предназначены для защиты оборудования (в данном случае, самого мультиметра) от чрезмерного повреждения и только во вторую очередь для защиты пользователя от травмы.

Мультиметр можно использовать для проверки собственного предохранителя, установив переключатель в положение сопротивления и создав соединение между двумя красными разъемами следующим образом:

Исправный предохранитель покажет очень маленькое сопротивление, а перегоревший предохранитель всегда покажет «O.L.» (или любое другое показание, которое используется в конкретной модели мультиметра для обозначения разрыва цепи). Фактическое количество Ом, отображаемое для исправного предохранителя, не имеет большого значения, если оно является достаточно низким.

Итак, теперь, когда мы увидели, как использовать мультиметр для измерения напряжения, сопротивления и силы тока, что еще нужно знать? Очень много! Ценность и возможности этого универсального измерительного прибора станут более очевидными по мере того, как вы познакомитесь и приобретете навыки работы с ним.

Ничто не заменит регулярных занятий со сложными инструментами, такими как мультиметр, поэтому не стесняйтесь экспериментировать с безопасными схемами с батарейным питанием.

Резюме

• Измерительный прибор, способный измерять напряжение, ток и сопротивление, называется мультиметром.
• Поскольку напряжение всегда относительно между двумя точками, измеритель напряжения («вольтметр»), чтобы получить правильные показания, должен быть подключен к двум точкам в цепи. Будьте осторожны, при измерении напряжения не допускайте соприкосновения оголенных концов щупов друг с другом, так как это приведет к короткому замыканию!
• Не забывайте всегда проверять как переменное, так и постоянное напряжение при использовании мультиметра для проверки наличия опасного напряжения в цепи. Убедитесь, что вы проверяете напряжение между всеми комбинациями пар проводников, в том числе между отдельными проводниками и землей!
• В режиме измерения напряжения («вольтметр») мультиметры имеют очень высокое сопротивление между выводами.
• Никогда не пытайтесь измерить сопротивление или целостность цепи с помощью мультиметра в цепи, которая находится под напряжением. В лучшем случае показания сопротивления, которые вы получите от мультиметра, будут неточными, а в худшем случае мультиметр может быть поврежден, а вы можете получить травму.
• Измерители тока («амперметры») всегда включаются в цепь, поскольку измеряемый ток должен проходить через измерительный прибор.
• В режиме измерения тока («амперметр») мультиметры практически не имеют сопротивления между выводами. Это сделано для того, чтобы электроны могли проходить через мультиметр с наименьшими трудностями. Если бы это было не так, измеритель добавлял бы в цепь дополнительное сопротивление, тем самым влияя на ток.

Теги