Dlaczego, do licha, mówi się o zakresach o ziemi?

60

Myśląc o tym: nigdy nie znalazłbyś multimetru z uziemieniem jako tak solidnego i przydatnego, gdyby wprowadzono ścieżkę uziemienia przez multimetr, zmieniając zachowanie obwodu i potencjalnie uszkadzając multimetr prądami.

Dlaczego tak wiele oscyloskopów odnosi się do ziemi? Po przeczytaniu niektórych materiałów edukacyjnych większość „typowych błędów popełnianych przez uczniów” nieprawidłowo umieszcza zacisk uziemiający i powoduje słabe wyniki - gdy zakres optyczny jest po prostu używany jako fantazyjny woltomierz!

Słyszałem o lunecie Tek wyposażonej w transformator izolacyjny ... jednak ignorowanie tego i wzięcie pod uwagę, że nowsze OSD mogą mieć plastikowe skrzynki (izolowane od ciebie, co najważniejsze, zakładam, że), czy mógłbym po prostu usunąć bolec uziemiający i zainstalować transformator prądu przemiennego 1: 1 między o-lunetą a gniazdkiem i być na mojej wesołej drodze, próbując różnych gorących / neutralnych / uziemionych źródeł, nie martwiąc się o ścieżkę uziemienia?

Przemijający
źródło
8
Powszechny błąd popełniany przez uczniów, gdy nieprawidłowo umieszczają zacisk uziemiający, zwykle nie jest związany z uziemieniem. Błąd polega na tym, że nie zdają sobie sprawy, że napięcie musi być mierzone między dwoma punktami, więc robią dziwne rzeczy. Widziałem, jak uczniowie opuszczają zacisk, łączą go z tym samym, co sondują, zwierają z nim wiele styków, próbują podłączyć go do uziemienia (wyciągając wtyczkę do połowy ...!), Wszelkiego rodzaju dziwnego i dziwnego zachowania. Aby znaleźć „zacisk uziemiający”, przeczytaj „czarny przewód multimetru” w znalezionym materiale edukacyjnym.
Optimal Cynic
12
@OptimalCynic, wiele O-zakresów mocno wiąże to z ziemią. Widziałem, jak projekty wzbijają się w dym z podłączania go do czegoś napędzanego i ciągnięcia go do ziemi, co było akurat tym, do czego zasilacz używał w odniesieniu do neutralnego.
Kortuk
2
Och, jasne, to prawda i myślę, że sens pierwotnego pytania (dlatego opublikowałem komentarz, a nie odpowiedź). Chciałem tylko zwrócić uwagę, że większość błędów studentów dotyczy, moim zdaniem, niezrozumienia pomiaru napięcia, a nie zrozumienia uziemienia. Ale potem uczyłem głównie studentów inżynierii elektronicznej, więc mamy szczęście, że laboratorium nie paliło się częściej.
Optimal Cynic
8
@optymalny przynajmniej u wszystkich uczniów, których uczyłem, powszechnym błędem było połączenie uziemienia z czymś, co nie było uziemieniem. Wynika to z tego, że rozumieli napięcie jako względne i uważali, że jest to jak multimetr.
Kellenjb

Odpowiedzi:

37

Oscyloskopy zwykle wymagają znacznej mocy i są duże fizycznie. Posiadanie takiego podwozia, które obejmowałoby odsłonięte uziemienie na złączach BNC i zaciskach uziemienia sondy, mogłoby być niebezpieczne.

Jeśli musisz przyjrzeć się kształtom fali w urządzeniach zasilanych ze ściany, na ogół znacznie lepiej jest umieścić transformator izolacyjny na tym urządzeniu niż na lunecie. Po podłączeniu luneta zapewnia odniesienie do masy do tej części obwodu, aby inne części mogły być pod wysokim napięciem odniesienia do ziemi, co może być niebezpieczne. Prawdopodobnie jednak będziesz ostrożniejszy niż nie dotykać części testowanego urządzenia niż luneta.

Lunety mogą mieć także inne ścieżki do ziemi, o których łatwo zapomnieć. Na przykład luneta na moim stole zwykle ma stałe połączenie RS-232 z moim komputerem. Łatwo byłoby unosić lunetę, ale zapominać o takich rzeczach. Zakres faktycznie nie byłby zmienny. W najlepszym wypadku bezpiecznik wyskoczy, gdy zostanie po raz pierwszy podłączony do testowanego urządzenia zasilanego ze ściany w niewłaściwym miejscu.

Producenci mogliby dość łatwo wyodrębnić zakres, ale to prawdopodobnie otwiera je na problemy z odpowiedzialnością. Zasadniczo wyposażenie ławki nie jest izolowane, ale sprzęt ręczny jest. Jeśli naprawdę często musisz wykonywać izolowane pomiary, możesz uzyskać ręczne lunety na baterie.

Olin Lathrop
źródło
4
Tak, ale dlaczego nie po prostu różnicować danych wejściowych zakresu?
nibot
5
Różnica jak ta? tek.com/differential-probe (Zwróć uwagę na metki.)
markrages
Oscyloskopy USB (lub karty DAQ, są prawie takie same) mogą być zasilane przez PCI lub USB, które są ciągłymi dostawami; często zapewniają w pełni różnicowe dane wejściowe (i można je znaleźć za ponad 300 euro / dolarów).
clabacchio
7
Ta odpowiedź odpowiada na pytanie „dlaczego uziemienie obudowy lunety nie jest odizolowane od uziemienia”, ale nie odpowiada na pytanie „dlaczego lunety zwykle nie mają różnicowych sygnałów wejściowych”.
nibot
6
@nibot: Racja. Jak powiedziałeś, odpowiedziałem na zadane pytanie, a nie na to, które wymyśliłeś.
Olin Lathrop
30

OSTRZEŻENIE: Sposoby mniejszej szansy na śmierć lub zabicie innych zostały omówione poniżej.
Czytanie można uznać za przydatne.
.

Rozważ tę „świadomą opinię” zamiast świętego pisma.

W oscyloskopie chcesz uzyskać najlepszy wynik za pieniądze. O wiele łatwiej jest zbudować wzmacniacz z pojedynczym końcem niż różnicowy, gdy chcesz uzyskać liniowe wzmocnienie dla możliwie największej szerokości pasma i stałe opóźnienie fazowe. Oscyloskop jest często wymagany do pomiaru sygnału niesinusoidalnego, więc jego zdolność do wiernego radzenia sobie z komponentami częstotliwości „w całym zakresie” jest niezbędna, aby zapewnić dokładny obraz tego, co naprawdę tam jest. W wielu przypadkach pojedyncze zakończenie jest wystarczająco dobre, aby zapewnić podwójnie uziemione kanały odniesienia dla więcej niż jednego kanału różnicowego, ale mniej do zauważalnie mniej niż właściwe kanały różnicowe.

Wiele lepszych oscyloskopów ma tryb dwukanałowego odejmowania, który daje przybliżenie do wzmacniacza różnicowego. Przybliżenie jest łatwo widoczne w zdolności do niezależnego dostosowywania wzmocnienia kanału, tak aby zerować cokół w trybie wspólnym lub w razie potrzeby dodać jego część.

Ludzie, którzy „muszą mieć” prawdziwy zmiennoprzecinkowy tryb różnicowy, mogą kupić opcjonalny dodatek na pewno na pewno moduł różnicowy.


„Pływający” oscyloskoptak, że lokalny grunt nie jest na prawdziwym gruncie, jest czasem uhonorowanym i zwykle lekko marszczy się na marne od praktyki. W wielu przypadkach działa wystarczająco dobrze. Powszechną praktyką w moich (dawno temu) czasach uniwersyteckich było posiadanie wtyczki zasilającej z gniazdem typu pick-a-back. Wtyczka odcięła kołek uziemienia i wspomniana wtyczka była zwykle w kolorze jasnoczerwonym, aby zapobiec różnym nieuniknionym konsekwencjom. Aby to zadziałało, wzmacniacze muszą być zbudowane jako single-ended, ale pływające z przewodem uziemienia zakresu są jedynym połączeniem z lokalnym (rzeczywistym) uziemieniem. To stawia tę metodę w tej samej klasie, co opisana w pytaniu - transformator „1: 1 zastępuje izolowany zasilacz. Tam, gdzie do zasilania sieciowego używa się smps (jak prawie zawsze będzie to miało miejsce w przypadku sprzętu wyprodukowanego w dowolnym momencie, odkąd Noah przeszedł na emeryturę), można pomyśleć o możliwych efektach kondensatorów X i Y podłączonych między zakresem P&N a uziemieniem zakresu. Są one izolowane od prawdziwego PNE przez transformator 1: 1, ale wciąż mogą robić interesujące rzeczy, próbując emulować odpowiednio zbalansowany wzmacniacz.

BIGproblem pojawia się (lub może), gdy próbujesz być na swojej wesołej drodze, próbując różnych gorących / neutralnych / uziemionych źródeł, nie martwiąc się o ścieżkę do ziemi, używając już dwóch kanałów jednocześnie. Lub próbuję. Nowo odkryta swoboda używania końcówki sondy + uziemienia, ponieważ Vin1-Vin2 NIE rozciąga się na dwa kanały, gdzie Vin2 nie jest taki sam dla obu kanałów. Jest to oślepiająco oczywiste, zanim to przeczytasz, lub kiedy to robisz, ALE fakt, że nie uwzględniłeś go ani nie zauważyłeś zastrzeżenia w swoim pytaniu, pokazuje, jak łatwo można przeoczyć. Nawet jeśli jesteś świadomy tego nie tak subtelnego ograniczenia, nadal może zabić kogoś, kto używa twojego sprzętu lub który pracuje z tobą lub który po prostu fizycznie ma kontakt z zaciskiem uziemienia na kanale 2, gdy zdecydujesz się podłączyć kanał 1 ziemi fazować. Oczywiście odrobina zdrowego rozsądku sprawia, że ​​ta praktyka jest bezpieczna [tm] dla raczej bardziej ograniczonego zakresu wartości bezpieczeństwa, niż większość ludzi jest przyzwyczajona. Twój lokalny inspektor bezpieczeństwa pracy (nazwiska różnią się w zależności od kraju), szefa lub małej córki może chcieć.

To powiedziawszy, większość z nas robi rzeczy regularnie w ramach naszego codziennego życia, które są w stanie zabić lub okaleczyć nas lub innych w jednej chwili, jeśli naruszymy umowę społeczną lub przekroczymy dopuszczalne granice zachowania. Dobrym przykładem jest jazda samochodem po 2-pasmowej drodze z nadjeżdżającym ruchem po drugiej stronie. Twój samochód i luneta mogą zabić ciebie i innych, jeśli są używane niewłaściwie. Naprawdę naprawdę naprawdę pewny, że zakres nie jest minimalnym wymogiem do grania w gry, które opisujesz, Pływający wzmacniacz izolacyjny MOŻE być lepszym wyborem.

Russell McMahon
źródło
2
+1 za „może cię zabić”, niektóre wewnętrzne działania i inne opcje. Będę musiał przeczytać to kilka razy, kiedy będę gotowy. Dziękuję Russell.
Przejściowy
9

Głównym powodem, dla którego lunety są uziemione, jest to, że generalnie mają dwa lub więcej kanałów, które mają wspólny punkt odniesienia uziemienia. Jeśli luneta nie jest uziemiona, a jedno z wejść uziemienia sondy jest podłączone do nieuziemionego odsłoniętego metalowego korpusu, podczas gdy inne wejście uziemienia jest podłączone do AC120, pierwsza sonda może zelektryfikować wspomnianą obudowę za pomocą AC120, tworząc w ten sposób wyjątkowo niebezpieczny stan. Filozofia konstrukcyjna zakresu jest taka, że ​​jeśli uziemienie jednej sondy może być podłączone do odsłoniętego metalowego obiektu, a zacisk uziemienia innej sondy dotyka niebezpiecznego napięcia, lepiej byłoby, gdyby iskry leciały w tym drugim punkcie (lub gorzej) niż stworzyć zagrożenie na pierwszym miejscu.

supercat
źródło
2

Ma to na celu powstrzymanie lunety czytającej latające EMI.

Uziemienie sondy pomiarowej „lunety” łączy długi ekran kabla sondy z ziemią. Ekran przestaje promieniować zakłócenia zakłócające napięcie na przewodzie pomiarowym na środku kabla sondy.

W przeciwnym razie twój pomiar może zawierać promieniowany hałas z testowanego sprzętu, oświetlenie sieciowe i cokolwiek innego, co się kręci (zwykle wiele w laboratorium testowym).

Tony Morris
źródło
1

Nigdy nie byłem w sytuacji, w której musiałbym izolować o-zakres za pomocą transformatora izolującego. Używam transformatora izolującego na mierzonym sprzęcie, takim jak telewizor lub SMPS. Pierwsze etapy zasilania są zwykle nieizolowane. Moje doświadczenie pochodzi z pracy w warsztacie telewizyjnym sprzed kilku dekad i zawsze zakładamy, że urządzenie nie jest izolowane lub jego izolacja jest zagrożona, dopóki nie zostanie przetestowana pod kątem prądów upływowych odsłoniętego metalu na zewnątrz.

Nigdy nie widziałem potrzeby stosowania tych sond diff, ponieważ jeśli wybierzesz prawidłowy o-scope, będzie on obsługiwał to wejście poprawnie.

Również, aby odpowiedzieć na pytanie na twoje pytanie, to dlatego, że jego wymaganiem jest uziemienie odsłoniętego metalu zgodnie z regulatorami urządzeń, takimi jak UL i CE.

drtechno
źródło
0

Jeśli zasięg uziemienia nie jest odniesiony do uziemienia, wszystkie kanały muszą być odizolowane od siebie, zarówno sondy dodatnie, jak i ujemne (aby zapobiec skróceniu ujemnego sygnału wejściowego jednego kanału z innymi odpowiednikami).

Oscyloskopy przenośne lub ręczne z pojedynczym kanałem działają w ten sposób i można ich używać jako multimetrów (np. Velleman HPS50, Velleman HPS140i). O dwóch lub więcej oscyloskopach kanałowych nie ma pojęcia, czy kanały są odizolowane od siebie.

Smeterlink
źródło
1
Załóżmy, że kanały w wielokanałowym oscyloskopie nie są izolowane, dopóki nie zostanie udowodnione inaczej. Istnieją wielokanałowe oscyloskopy z kanałami izolowanymi galwanicznie, ale są one specjalnością.
Nick Alexeev
0

Uziemiające części przewodzące uziemienie zabezpieczające zapobiegają samobójstwu podczas pomiaru potencjałów wysokiego napięcia - w przeciwnym razie zakres i wszystko, co jest z nim związane, byłoby niebezpieczne.

Izolowanie kanałów od siebie nawzajem i od ramy zakresu zwiększyłoby poziom ceny zakresu. Jednocześnie należy zapobiegać dotykaniu się części przewodzących. Niektóre zakresy TEK zaimplementowały to 10-15 lat temu.

Jeśli wiesz, co robisz, uniesienie lunety nie stanowi problemu, ale osoba ta musi w pełni zrozumieć kwestie bezpieczeństwa, zapobiegając możliwości dotknięcia części / urządzeń przewodzących podłączonych do lunety i / lub odizolowania testowanego urządzenia.

thobie
źródło
0

Obudowa zewnętrzna musi być uziemiona, ale wejścia wcale. Konieczne może być wprowadzenie zmian, które spowodują, że odsłonięte podłoże BNC stanie się przestarzałe. Łatwy do zrobienia i powinien być. Pozdrawiam CB

użytkownik174994
źródło
0

Spróbuj pomyśleć o tym, co by się stało, gdyby zakres był zmienny. Rozsądnie byłoby podłączyć zacisk sondy do jednej strony linii różnicowej (np. RS422), a końcówkę sondy do drugiej nogi. Strona końcówki zwykle widziałaby obciążenie 10M / 10pf, ale strona zacisku zobaczyłaby źle zdefiniowane obciążenie pojemnościowe z powrotem przez transformator sieciowy do sieci i neutralne. Wszystko mierzone powyżej spektrum audio byłoby wysoce podejrzane.

kiwiron
źródło