多功能测电笔 admin    17/12/12

简介:

    电工用的普通测电笔又称为验电笔、试电笔,有螺丝刀式和钢笔式两种外形,其结构如图1所示。测电笔是用来测试电线、用电器以及其他电气设备等是否带电的一种最常用的简单工具。

普通测电笔结构图

图1  普通测电笔结构图

    测电笔的工作原理如图2所示。当使用者手持测电笔触及带电体时,就在带电体与大地(包括人体)之间形成了一条通路,电流I经电阻器、氖管到地(人体)。由于氖管的阻抗极高,电阻器的阻值也达兆欧级, 因此电流I极小,对人体是安全的,带电体的电压基本上都降落在电阻器和氖管上。当带电体存在60V以上电压时,氖管两端的电压超过其启辉电压,氖管发光,指示被测物体带电。通常一般测电笔可以检测60一500V的电压。

测电笔工作原理图

图2  测电笔工作原理图

    读者按本部分介绍的方法操作,可以将传统的氖管测电笔改造升级为多功能测电笔,不但具有普通氖管测电笔所具备的一般验电功能,还具有隔着绝缘层测试导线通电与否,判断接地线与相线、 测线圈和电阻器等的通断,判断二极管的极性,估测小容量电容器的容量并判断其是否断路和短路,区别直流电的正极与负极等功能。

    这种多功能测电笔不仅保留了普通氖管测电笔所具有的体积小巧、携带方便、使用简单等优点,而且还克服了以往的氖管测电笔发光亮度不够、在测量弱电或在强光下使用时很难看清氖泡亮灭的弊端, 使用起来显示醒目、灵敏度高、功能齐全,在室内和室外使用都较方便。

工作原理:

     多功能测电笔的电路如图3所示。探测极无电流或感应信号输入时,晶体管VTl、VT2均截止,发光二极管LED不发光;当探测极有微弱电流输入或感应到电场信号时,由于晶体管VTl、VT2的高倍放大作用, 在晶体管VT2上产生了较大的集电极电流,从而推动发光二极管LED发光指示。

多功能测电笔电路图

图3  多功能测电笔电路图

    电路中,由于晶体管VTl的发射极输出电流直接作为晶体管VT2的基极电流,故由晶体管VTl、VT2构成的放大电路放大能力很强,电路的探测灵敏度也很高。R为人体保安电阻器,可防止人手在触摸时, 由探测极引入的36V(一般场所安全电压最大值)以上电压造成触电事故。

    综上所述,多功能测电笔与普通测电笔的区别为:普通测电笔是直接利用检测到的微弱电信号启辉氖管发光的,发光亮度低是其“先天不足”;而多功能测电笔则是利用检测信号作为信号源, 经晶体三极管VTl、VT2高倍放大后,由专用电池G提供充足电能,驱动发光二极管LED发出明亮的指示光。由于晶体三极管VTl、VT2的放大作用,使得多功能测电笔的检测灵敏度也很高。不仅由探测极引入的微弱电信号能够可靠触动发光二极管LED发光, 而且探测极感应到的微弱电信号也能够触动发光二极管LED发光。后面介绍的隔着交流电线绝缘外皮等进行测电,就是利用了这一新功能。

元器件选择:

    为了方便初学者易认易购,特给出本制作所用全部电子元器件实物外形,如图4所示。

需要准备的元器件实物外形图

图4  需要准备的元器件实物外形图

    晶体管VTl、VT2均选用9014(集电极最大允许电流Icm=100mA,集电极最大允许功耗Pcm=310mW)或3DG8型硅NPN小功率晶体管,要求电流放大系数 β>100。 LED用5mm×2mm方形普通红色发光二极管,用塑料外壳是黄色或白色、但发红光的高亮度发光二极管效果更佳

    R为欲改造升级的氖管测电笔原有电阻器,不再另外选配

    G采用两粒AG3(Φ7.9×3.6mm)或SR4l、XY—03型氧化银纽扣式电池串联而成,电压为3V。因整个电路平时耗电很少(实测小于luA),故不必设电源开关

制作与使用:

    图5(a)所示为该多功能测电笔的印制电路板接线图,图5(b)所示为焊接好元器件的印制电路板实物照片。印制电路板可用刀刻法制作,实际尺寸为17mm×7mm。

多功能测电笔印制电路板接线图

图5  多功能测电笔印制电路板接线图

    焊接时,按图5所示把发光二极管LED紧焊在印制电路板左边的铜箔面,把晶体管VTl、VT2的管脚均齐根弯成90°,插焊在印制电路板上,焊接后的多余部分应剪掉。应注意晶体管VTl的基极不要剪短, 将其引至发光二极管LED的顶端,稍弯一下以便和测电笔内原有的电阻器可靠接触;晶体管VT2的发射极也不要剪短,按图弯过后作为电池G的负极接线。另外,从电路板上晶体管VTl的集电极端焊一根稍硬些的塑料外皮电线, 取适当长度(约25mm),使它和电池G的正极扣在一起。

    为了帮助读者顺利完成焊接,图6给出了已焊接好的印制电路板正面和背面照片,供焊接时对照参考。组装好的电子电路,其整体长度和体积与氖管测电笔内部的氖管相差无几,为下一步顺利改造普通氖管测电笔奠定了基础。

已焊接好的印制电路板

图6  已焊接好的印制电路板

    多功能测电笔的装配按图7所示进行,图7(a)所示为内部结构剖面图,图7(b)所示为实物装配图。所用普通氖管测电笔既可以是螺丝刀式的,也可以是钢笔式的,能够放入图6所示的电子电路即可。 具体装配方法是打开欲改造的普通测电笔的后盖,取出弹簧、氖管(不再用),故人电路板和电池,注意使晶体三极管VTl的基极和测电笔内的电阻器R接触,并使电池G也接触良好,然后放人弹簧、拧上后盖,多功能测电笔便装配完成。 图8所示为制作好的两种多功能测电笔实物外形图。

多功能测电笔装配图

图7  多功能测电笔装配图

多功能测电笔实物外形图

图8  多功能测电笔实物外形图

    制成的多功能测电笔,可采用“双手检测法”检验其是否工作正常。具体方法是按图9(a)所示,用两手分别接触多功能测电笔的探测极和尾部的手摸极,如果发光二极管LED亮,则表示测电笔工作正常;否则, 应检查各部件是否接触良好、焊接是否有错误、元器件是否有问题。还可采用“静电检测法”判断多功能测电笔的灵敏度,具体方法是按图9(b)所示,手持多功能测电笔(注意手指要接触手摸极),在干燥的化纤布料上来回摩擦探测极, 所产生的静电会使发光二极管LED闪亮。其亮度越高,说明多功能测电笔的测电灵敏度越高。

检验多功能测电笔

图9  检验多功能测电笔

    图9(a)所示的“双手检测法”,是检验多功能测电笔工作是否正常的最基本、最有效的方法。每次使用多功能测电笔前,都应采用“双手检测法”检验多功能测电笔的性能。如果发现发光二极管LED亮度变暗, 应及时更换新的同规格氧化银纽扣式电池。

    该多功能测电笔除可以像普通氖管测电笔一样使用外,还具有下列较典型的用途及使用方法。

    (1)检测电灯泡、荧光灯管的灯丝是否烧断。家用普通磨砂玻璃或有色白炽灯、荧光灯管不能正常发光时,无法凭肉眼直接看清里面的灯丝(钨丝)是否已经被烧断,需通过万用表测试等方法才能作出判断。 但可按图10所示,一只手捏住白炽灯(或荧光灯)的其中一个电极端,另一只手持测电笔(注意手指要接触手摸极),通过探测极触及白炽灯(或荧光灯)的另一个电极端。如果测电笔内发光二极管亮,说明灯丝没有被烧断,被测白炽灯(或荧光灯)是好的; 如果测电笔内发光二极管不亮,说明被测白炽灯(或荧光灯)内部灯丝已经烧断,只能报废换新了。这种检测灯丝是否烧断的方法简便、快捷,在检修照明电路故障时很有用。

检测电灯泡的灯丝是否烧断

图10  检测电灯泡的灯丝是否烧断

    (2)检测用电器外壳是否漏电。用电器的金属外壳必须与电源插头的两电极保持良好的绝缘,否则人体触及通电工作的用电器时,会发生触电事故。图ll所示为用测电笔检测电烙铁外壳是否漏电的方法。 一只手捏住电烙铁电源插头的电极,另一只手持测电笔(注意手指要接触手摸极),通过探测极触及电烙铁的金属外壳。如果测电笔内发光二极管不亮,说明电烙铁的金属外壳与内部电路之间的绝缘性能良好;如果测电笔内发光二极管亮, 说明电烙铁内部电路与金属外壳之间存在严重的漏电现象,必须在排除电烙铁故障后方可使用。其他用电器的检测方法与之相同。

检测电烙铁外壳是否漏电

图11  检测电烙铁外壳是否漏电

    (3)检测电感器、变压器等线圈的通断。如图12所示,手持测电笔(注意手指要接触手模极),用测电笔的探测极触及电感器、变压器等线圈的一端。另一只手捏住线圈的另一端。如果测电笔内部发光二极管亮, 说明线圈是通的;如果测电笔内部发光二极管不亮,说明线圈内部已经开路。

检测变压器线圈的通断

图12  检测变压器线圈的通断

    (4)判断二极管的极性。如图13所示,直接用手捏住二极管的一端,另一只手接触测电笔的手摸极,用探测极接触二极管的另一端。如果测电笔内部发光二极管发光,说明手捏一端是二极管的正极, 测电笔探测极接触的一端是负极;如果发光二极管不发光,说明情况正好相反。这里捏住二极管一端的手,相当于用指针式万用表欧姆挡判断二极管极性时的黑表笔,而测电笔的探测极相当于红表笔。掌握了这一规律,还可用测电笔判断电阻器是否开路, 以及晶体管、晶闸管等的极性等。具体方法读者可动脑、动手总结,这里不再赘述。由于用两手代替了平常测量常用的表笔,所以操作起来较万用表更方便。

判断晶体二极管的极性

图13  判断晶体二极管的极性

    (5)估测小容量电容器。测电笔可粗略估计十几皮法到零点几微法的电容器,方法如图14所示。开始可看到测电笔内部发光二极管发光并逐渐熄灭的电容充电过程,通过观察发光亮度及所亮时间的长短, 来判断电容器容量的大小。容量越大,亮度越高,所亮时间越长,反之亦然。如果测电笔内部发光二极管长亮不灭,可判断为电容器内部击穿短路或漏电;如果测电笔内部发光二极管始终不亮,可短路一下电容器两脚(放电)或调换电容器引脚再测试, 如仍然不亮则可判断为电容器内部开路。由于测电笔电路的放大倍数非常高,用它测小电容器比使用万用表“R×lKΩ”挡还要灵敏。另外,电容器稍有漏电,测电笔内部发光二极管便会一直发光。但应注意,不能用测电笔测试电解电容器。

估测小容量电容器

图14  估测小容量电容器

    (6)区别直流电的正、负极。如果不清楚1.5—24V的直流电源或单个电池、电池组的输出端(线)的正、负极性,可按图15所示,直接用手捏住其中的一端,另一只手接触测电笔的手摸极,用探测极去接触另一端。 如果测电笔内部发光二极管发光,说明测电笔探测极接触的一端是正极,手捏的一端是负极;如果发光二极管不发光(1.5V时有微光),说明情况正好相反。用该方法还可判断低压(小于24V)直流电路中任意两点间的电压高低。具体方法读者可动脑、 动手总结,这里不再赘述。

区别直流电的正、负极

图15  区别直流电的正、负极

    (7)感应法测220V交流电。测电笔的探测极不用接触交流 电源的金属部分,只要如图l6所示,将探测极触及电线绝缘外皮、电器塑料外壳等,就可以通过观察测电笔内部发光二极管的亮灭与否,判断被测对象是否带电,甚至还能够分辨出单根通电的电线是相线(火线)还是地线(零线)。读者在摸索和总结出经验后, 利用该方法还可隔着电热毯的布层,顺着电热丝的走向移动测电笔的探测极,尽快查找到电热毯内部的断丝位置,以及隔着塑料外皮找出通电电线中的断点位置。

感应法测220V交流电

图16  感应法测220V交流电

    (8)检测用电器是否接上保护接地线。对于金属外壳与供 电电路之间绝缘性能良好的用电器[可按前述方法(2)进行检测],在接通220V交流电正常工作时,按图17所示测量金属外壳。如果测电笔内部发光二极管不发光,说明用电器的外壳接有良好的保护接地线(或接零线);如果测电笔内部发光二极管发光, 说明用电器的外壳没有接上保护接地线,或者接线已经开路。为了确保人身安全,应按照要求给用电器的外壳接上良好的保护接地线。这里需要指出的是,在检测用电器的金属外壳时,测电笔内部发光二极管发光, 并不是用电器的外壳已经漏电带上了220V交流电,而是由于用电器的外壳没有接上地线,所产生的极微弱的感应电压使测电笔内部的发光二极管发出了亮光。同理,按图18所示,将测电笔的探测极插入220V三孔电源插座的保护接地线(或保护接零线)插孔内, 如果测电笔内部发光二极管不发光,说明保护接地线(或接零线)良好;如果发光二极管发光,说明插座的保护接地线插孔没有作用,可能是保护接地线已经开路,也可能是没有接上保护接地线。 检测用电器是否接上保护接地线

图17  检测用电器是否接上保护接地线

检测三孔电源插座是否接有保护接地线

图18  检测三孔电源插座是否接有保护接地线



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