Безопасность при использовании измерительных приборов

Безопасное и эффективное использование измерительных приборов - это пожалуй самый ценный навык, который может приобрести начинающий радиолюбитель. Осознание того, что вы будете использовать измерительный прибор на "живой" цепи, которая может содержать опасные для жизни значения напряжения и силы тока, поначалу может немного напугать вас. Такие опасения не лишены оснований, поэтому действовать всегда нужно очень осторожно. Причинами несчастных случаев, которые иногда происходят с опытными мастерами, по большей части является их небрежность.

Самым распространенным электроизмерительным прибором является мультиметр. Свое название он получил благодаря тому, что способен измерять несколько переменных: напряжение, силу тока, сопротивление и ряд других значений, которые здесь рассматриваться не будут ввиду их сложности. В руках квалифицированного специалиста мультиметр является эффективным и безопасным инструментом. В руках неосведомленного и небрежного человека он может стать источником опасности.

Существует большое количество разновидностей мультиметров, которые имеют различные наборы функций. Мультиметр, который мы будем рассматривать в данной статье, имеет "дизайн" не относящийся к конкретному производителю, но его функций будет достаточно, чтобы научить вас основным принципам его использования.

Как вы можете видеть, этот мультиметр имеет цифровой дисплей, который отображает числовые значения с помощью четырех цифр. Его переключатель (на рисунке установлен в положение "Off" (Выкл)) имеет пять различных позиций измерения: две позиции "V", две позиции "A" и одну позицию в виде "подковы", которая обозначает сопротивление. Символ "подковы" - это греческая буква "Омега" (Ω), которая является общим символом для электрической единицы Ом. 

Если вы внимательно посмотрите на рисунок, то увидите, что одна из позиций "V" и "А" слева имеет маркировку в виде двух горизонтальных линий (одна сплошная, а другая пунктирная), а другая позиция этих символов имеет маркировку в виде пунктирной линии и волны. Две горизонтальные линии обозначают постоянный ток или "DC", а пунктирная линия и волна - переменный ток или "АС". Символ "V", конечно-же, означает "напряжение", в то время как символ "A" обозначает "силу тока". Для измерения постоянного и переменного токов мультиметр использует разные методы, поэтому пользователю прибора необходимо выбрать нужный тип напряжения (V) или тока (A) перед началом его применения. Несмотря на то, что мы с вами еще не рассматривали технические подробности переменного тока (АС),  выбор правильного режима измерения очень важен.

На лицевой панели мультиметра имеется три разъема для подключения тестовых проводов. Тестовые провода - это специально подготовленные провода, которые служат для подключения мультиметра к тестируемой схеме. Они покрыты цветной (черной или красной) гибкой изоляцией, предотвращающей контакт руки пользователя с оголенным проводом. К концам этих проводов подключены диэлектрические щупы с заостренными металлическими наконечниками:

Черный тестовый провод всегда подключается к черному разъему мультиметра, который имеет обозначение "COM" (что означает "common" или "общий"). Красный тестовый провод, в зависимости от измеряемой величины, подключается либо к красному разъему помеченному символами "V" и "Ω" (напряжение и сопротивление), либо к красному разъему помеченному символом "А" (сила тока).

Чтобы увидеть работу мультиметра, давайте рассмотрим несколько примеров. Для начала мы измерим постоянное напряжение обыкновенной батарейки:

Обратите внимание, что два тестовых провода подключены к соответствующим разъемам на лицевой панели, а переключатель установлен в положение для измерения постоянного напряжения. Далее мы рассмотрим пример использования мультиметра для измерения переменного напряжения бытовой электрической розетки:

Единственным отличием данного примера от предыдущего будет установка переключателя в положение измерения переменного напряжения. Так как мы до сих пор измеряем напряжение, тестовые провода остаются подключенными к тем же самым разъемам. В обоих этих примерах очень важно не допускать соприкосновения металлических наконечников щупов друг с другом во время проведения измерений. Соприкосновение щупов приведет к короткому замыканию, которое при достаточной силе тока вызовет образование искр или огненного шара. Следующий рисунок наглядно иллюстрирует такое развитие событий:

Это лишь один из способов, в результате которого измерительный прибор может стать источником опасности при неправильном его использовании.

Измерение напряжения -  наиболее часто используемая функция мультиметра. Данное действие является важной составляющей частью комплекса мер безопасности перед началом непосредственной работы с электрической цепью. Как вы помните, напряжение всегда взаимосвязано с двумя точками цепи, поэтому перед началом его измерения щупы мультиметра необходимо надежно приложить к таким точкам.

Ранее мы с вами пришли к выводу, что самым опасным является ток, который проходит через тело человека из одной руки в другую. Вы рискуете получить удар таким током, если при измерении напряжения будете держаться руками за щупы, изоляция которых изношена или имеет трещины. Поэтому, при работе с высоковольтными цепями, оба щупа целесообразно держать в одной руке. Если расстояние между точками измерения велико, то на одном из щупов можно использовать зажим типа "крокодил", который позволит не держаться за него рукой.

Запомните, тестовые провода являются частью измерительного прибора, и к ним нужно относиться с тем же вниманием и бережливостью, что и к самому прибору. Если вам нужны специальные приспособления для тестовых проводов, такие как зажимы или другие наконечники, то лучше их купить в специализированном магазине. Не проявляйте творческий подход и не делайте подобные вещи самостоятельно, если не имеете соответствующей квалификации.

Важно учесть и то обстоятельство, что цифровые мультиметры "различают" постоянное и переменное напряжение. При измерении постоянного напряжения они не "увидят" переменное и наоборот. Как вы уже знаете, смертельно опасными могут быть оба этих напряжения, поэтому, работая со схемой, вы должны проверить ее на наличие как переменного, так и постоянного напряжений (даже если последнее не должно там присутствовать). Кроме того,  вы должны измерить напряжение во всех рассматриваемых парах точек.

Теперь давайте рассмотрим следующий пример. Предположим что вы открыли электрический шкаф, в котором увидели три толстых провода, поставляющих переменное напряжение к нагрузке. Перед выполнением данного действия выключатель питания этих проводов был отключен (предположительно), заблокирован, и на нем вывешена табличка. Следующее что вы должны сделать, это проверить отсутствие напряжения на нагрузке путем нажатия кнопки "Пуск". Если ничего не произошло, то можно переходить к третьему шагу - измерению напряжения.

Первое что нужно сделать на этом шаге - убедиться в должной работоспособности мультиметра на любом источнике напряжения, величина которого заведомо известна. В качестве такого источника можно использовать любую находящуюся поблизости розетку. Если прибор работает должным образом, то можно приступать к измерениям. Но, если напряжение измеряется между двумя точками, то как его измерить между тремя проводами в нашем шкафу?

Ответ на этот вопрос прост, нужно проверить напряжения между всеми комбинациями трех точек. На вышеприведенном рисунке видно, что точки обозначены буквами А, В и С, поэтому, вы должны взять мультиметр (предварительно установив его в режим измерения переменного напряжения) и замерить напряжение между точками А и В, В и С, А и С. Если между любой из этих пар точек будет обнаружено напряжение, значит цепь не обесточена должным образом. Но и это еще не все. Так как мультиметр настроенный на измерение переменного напряжения не сможет зарегистрировать постоянное, вам необходимо проделать те же самые действия установив переключатель прибора на измерение постоянного напряжения. В общей сложности у вас должно получиться шесть замеров.

Проведя все эти замеры и не обнаружив напряжения, вы все еще не можете быть уверены в абсолютной безопасности цепи, потому что опасное напряжение может оказаться между одним из проводов и землей (в данном случае металлический корпус шкафа будет хорошим заземлением). Поэтому, вы должны измерить напряжение не только между точками А и В, В и С, и А и С (в режимах постоянного и переменного напряжения), но и между точкой А и корпусом, между точкой В и корпусом, и между точкой С и корпусом (так же в режимах постоянного и переменного напряжения). В итоге у вас должно получиться двенадцать замеров. После проведения измерений вы должны взять мультиметр, и снова протестировать его на источнике известного напряжения, чтобы убедиться что он по прежнему работает должным образом.

Использовать мультиметр для измерения сопротивления еще проще. Контрольные провода в этом случае подключаются к тем же разъемам что и при измерении напряжения, а переключатель режимов устанавливается в положение для измерения сопротивления (символ "подковы"). Если вы теперь прикоснетесь щупами к выводам устройства, мультиметр покажет вам его сопротивление в Омах:

Необходимо помнить одну очень важную вещь, замер сопротивления можно проводить только на обесточенном компоненте. Когда мультиметр находится в режиме измерения сопротивления, он использует внутреннюю батарею для генерации тока через тестируемый компонент. Оценивая величину этого тока, мультиметр определяет сопротивление компонента (по закону Ома) и отображает его на дисплее. Если в цепи мультиметр - тестовый провод - компонент - тестовый провод - мультиметр существует дополнительный источник напряжения, то результат измерения как минимум будет ошибочным, а как максимум - прибор выйдет из строя.

Режим измерения сопротивления в мультиметре может использоваться для "прозвонки" проводов (определения их целостности). Если провод не имеет обрывов, то при прикосновении щупов к его концам прибор покажет почти нулевое сопротивление. Сымитировать неповрежденный провод можно соединив наконечники щупов друг с другом:

Если щупы не соприкасаются друг с другом, что равнозначно их прикосновению к концам оборванного провода, то прибор покажет бесконечное сопротивление (как правило путем отображения пунктирной линии или аббревиатуры "O.L.", которая означает "open loop" (разомкнутый контур)):

Самым опасным применением мультиметра является измерение силы тока. Объясняется такая опасность просто: измеряемый ток должен пройти непосредственно через мультиметр. Это означает, что прибор должен стать частью схемы, а не просто быть подключенным к ней как в случае измерения напряжения. Для того, чтобы мультиметр стал частью схемы, эта схема должна быть разорвана, а прибор подключен к двум точкам разрыва. Настраивается мультиметр на измерение силы тока следующим образом: переключатель режимов выставляется в положение измерения постоянного или переменного тока, а красный тестовый провод подключается к красному разъему с маркировкой "A". На рисунке ниже показана подготовленная к тестированию схема и настроенный мультиметр:

Перед подключением мультиметра нам нужно разорвать схему:

Теперь можно подключить прибор к схеме. Для этого нужно соединить тестовые провода с разорванными концами цепи: черный щуп - с минусовой клеммой 9-и вольтовой батареи, а красный - со свободным концом провода, ведущего к лампочке:

В этом примере показана безопасная схема, девять вольт которой вряд-ли могут представлять опасность поражения электрическим током при разрыве цепи (даже голыми руками) и подключении к ней измерительного прибора. Однако, при более высоком напряжении такая процедура становится опасной. Не стоит забывать и то обстоятельство, что даже при низком напряжении может возникнуть такой ток, который приведет к образованию искры в момент подключения последнего щупа мультиметра к цепи. 

Еще одна потенциальная опасность мультиметра таится в его конструктивной особенности. Некоторые люди, переходя от замера силы тока к замеру напряжения, выставляют переключатель режима работы в нужное положение, но забывают при этом переставлять тестовые провода в соответствующие разъемы. Это небезопасно, и вот почему. При измерении силы тока путем включения измерительного прибора непосредственно в цепь, последний должен оказывать очень маленькое, или вовсе не оказывать сопротивления потоку электронов, дабы не нарушать работу схемы. Таким образом, сопротивление мультиметра между черным разъемом "COM" и красным "A" практически равно нулю. В режиме измерения напряжения, сопротивление между черным разъемом "COM" и красным "V" наоборот, близко к бесконечности (для того, чтобы не "воровать" ток из тестируемой схемы).

Исходя из этого, если вы переключите режим работы мультиметра из положения "A" в положение "V", но забудете соответствующим образом переставить в разъемах тестовые провода и после этого воткнете щупы в розетку, то получите короткое замыкание:

В целях предотвращения такого варианта развития событий, большинство мультиметров оборудуются специальными сигнализаторами. Они подают звуковой сигнал если переключатель стоит в положении "V", а красный тестовый провод воткнут в разъем "А". Такая функция мультиметра очень удобна, но она не заменит ясное мышление и осторожность при обращении с этим прибором.

Внутри любого качественного мультиметра имеется предохранитель, который "перегорает" при прохождении через него чрезмерного тока (такой случай показан на предыдущем рисунке). Как и все устройства защиты от сверхтоков, предохранители в первую очередь предназначены для защиты аппаратуры (в данном случае - мультиметра), и только во-вторую очередь - для защиты человека. Некоторые мультметры имеют функцию проверки собственных предохранителей. Для проведения такой проверки нужно установить переключатель в положение измерения сопротивления и замкнуть щупы, воткнув тестовые апровода в красные разъемы "A" и "V":

Рабочий предохранитель покажет небольшое сопротивление, в то время как "сгоревший" всегда отобразит символ "OL". Отображаемая величина сопротивления рабочего предохранителя не имеет большого значения, это просто произвольное малое число.

Итак, вы научились измерять напряжение, сопротивление и силу тока с помощью мультиметра. По мере приобретения вами знаний и навыков, значение и возможности этого универсального прибора будут становиться все более очевидными. Не стесняйтесь проводить эксперименты с мультиметром на безопасных схемах с батарейным питанием, так как никакая теория не заменит реальной практики.

Краткий обзор:

• Измерительный прибор, который может измерять напряжение, силу тока и сопротивление, называется мультиметром.
• Поскольку напряжение всегда взаимосвязано с двумя точками цепи, измеряющий напряжение прибор (вольтметр)  также должен быть подключен к двум точкам. Будьте осторожны и не допускайте соприкосновения металлических наконечников щупов друг с другом во время проведения измерений  - это может привести к короткому замыканию.
• Проверяя мультиметром цепь на отсутствие опасного напряжения, необходимо произвести замеры как в режиме переменного, так и в режиме постоянного напряжений. Убедитесь, что вы проверили напряжения между всеми комбинациями пар проводов, а так же между отдельными проводами и землей.
• Когда мультиметр находится в режиме измерения напряжения, сопротивление между его тестовыми проводами очень большое.
• Никогда не измеряйте сопротивления в схеме, которая находится под напряжением. В лучшем случае показания будут неточными, а в худшем - мультиметр выйдет из строя.
• При измерении силы тока мультиметр включается непосредственно в цепь.
• Когда мультиметр находится в режиме измерения силы тока, сопротивление между его тестовыми проводами практически равно нулю. Это сделано для того, чтобы электроны свободно проходили через прибор. Ели бы это было не так, то мультиметр добавлял бы дополнительное сопротивление в схему, нарушая ее работу.