Категория: Разное

Указатели напряжения: Указатель напряжения. Виды и применение. Работа и применения

   08.06.2023  Комментировать

Содержание

Указатель напряжения. Виды и применение. Работа и применения

Указатель напряжения называются переносные устройства, которые предназначены для выявления отсутствия или наличия напряжения в сети или на токоведущих элементах электрических установок. Такую проверку производят перед подключением переносного заземления или включением заземляющих ножей, а также перед началом электромонтажных работ. В этих случаях не обязательно определять значение напряжения, требуется знать только его наличие или отсутствие.

От указателя напряжения зависит жизнь электромонтера, так как по его показаниям определяют наличие напряжения. Только убедившись, что на токоведущих частях устройства нет напряжения, можно приступать к работе по ремонту светильника, выключателя или розетки.

Существующие виды указателей напряжения, и как они разделяются.

По напряжению:
  • До 1 кВ.
  • Свыше 1 кВ.
Указатели напряжения до 1 кВ делятся по числу полюсов:
  • Однополюсные.
  • Двухполюсные.
Универсальные указатели делятся по виду измеряемого тока:
  • Для переменного тока.
  • Для постоянного тока.
По виду индикатора:
  • Светодиодные.
  • Цифровые.

Также, существуют бесконтактные указатели.

Устройство и принцип действия

Конструктивные особенности всех перечисленных видов указателей, и их принцип работы.

Однополюсный указатель напряжения

Такие указатели имеют один полюс. Для определения наличия напряжения достаточно прикоснуться этим полюсом к токоведущему элементу. Соединение с заземлением создается по телу человека, когда он пальцем руки касается контакта на указателе. При этом возникает очень малый ток, не более 0,3 миллиампера, лампа начинает светиться.

Чаще всего однополюсный указатель изготавливается в виде отвертки или авторучки из диэлектрического прозрачного материала, или со смотровым окошком. В корпусе расположен резистор и неоновая лампочка. Внизу корпуса находится пружина и щуп, а вверху контактная площадка для касания пальцем.

Указатель с одним полюсом используется только для проверки переменного тока, так как при постоянном токе неоновая лампа не будет гореть, даже если есть напряжение. Его целесообразно использовать для контроля фазных проводников, фазы в выключателе, розетке или патроне и в других аналогичных местах.

Допускается использование указателя до 1000 вольт без резиновых перчаток и других средств защиты. Согласно правилам безопасности, нельзя использовать в качестве указателя напряжения контрольную лампу («контрольку»), установленную в патрон, с подключенными двумя небольшими кусками провода. При случайной подаче большого напряжения на эту лампу, или при ее механическом повреждении, колба лампы может лопнуть и нанести травму электромонтеру.

Из недостатков однополюсных указателей можно отметить их малую чувствительность. Они показывают наличие напряжения только от 90 В.

Двухполюсный указатель напряжения

Состоит из 2-х отдельных частей, выполненных из диэлектрического материала и медного гибкого изолированного проводника, соединяющего эти части.

На этом рисунке показано устройство двухполюсного указателя. Неоновая лампа зашунтирована сопротивлением. Это снижает чувствительность указателя к воздействию наведенного напряжения.

Чтобы определить отсутствие или наличие напряжения с помощью двухполюсного указателя, необходимо прикосновение к двум элементам устройства, между которыми может быть напряжение. Если напряжение присутствует, то неоновая лампа будет светиться при протекании через нее тока, который зависит от разности потенциалов между элементами устройства, к которым выполнено прикосновение указателем.

Ток, протекающий через лампу, имеет очень малую величину (несколько миллиампер). Это достаточно, чтобы лампа выдавала устойчивый сигнал света. Чтобы ограничить увеличивающийся ток в лампе, последовательно к ней подключен резистор.

В этом указателе применяется специальная светодиодная шкала на корпусе, имеющая градуировку на конкретные значения напряжения: 12 … 750 В.

Указатели напряжения свыше 1 кВ

Работают за счет эффекта свечения неоновой лампы во время прохождения по ней зарядного тока конденсатора (емкостного тока). Конденсатор подключается по последовательной схеме с неоновой лампой. Такой указатель напряжения еще называют высоковольтным. Он годится только для контроля переменного напряжения, им касаются только к фазе. Никаких контактных площадок для пальцев на них нет.

Различные варианты указателей имеют свои особенности конструкции, но все они состоят из основных общих для любых указателей элементов:

Согласно правилам безопасности, при работе с таким указателем необходимо использовать резиновые перчатки. Всегда перед использованием указателя необходимо произвести его внешний осмотр на предмет отсутствия повреждений, а также проверить его работоспособность и подачу сигнала.

Такой контроль выполняется путем подноса щупа к токоведущим элементам устройства, которые точно находятся под напряжением. Также проверку работоспособности иногда проводят с использованием источников повышенного напряжения, либо мегомметром. Высоковольтный указатель в условиях гаража можно проверить следующим образом: приблизить указатель к работающему двигателю мотоцикла или автомобиля, а именно, к одной из свеч зажигания.

Согласно правилам безопасности указатель напряжения запрещается заземлять, так как провод заземления может случайно прикоснуться к частям, находящимся под напряжением, вследствие чего произойдет поражение электромонтера электрическим током. Высоковольтный указатель напряжения и без подключения заземления образует четкий сигнал работы.

Заземление указателя напряжения допускается заземлять только в случае, когда емкость указателя относительно земли очень незначительная, и ее не достаточно для контроля наличия напряжения. Это бывает при работах с воздушными линиями, находясь на деревянных опорах.

Универсальные указатели

Используются для контроля нуля и фазы, а также проверки напряжения и его значения в интервале 12-750 вольт для переменного тока, и до 0,5 кВ для постоянного тока.

Такие указатели применяют также для прозвонки соединений различных электрических цепей.

В этих устройствах в качестве индикаторов применяют светодиоды, а вместо источника напряжения – конденсатор повышенной емкости.

Указатель напряжения может оснащаться цифровым ЖК дисплеем с выводом напряжения в вольтах. При наибольшем значении напряжения 220 В на дисплее отображаются все значения от наименьшего до наибольшего. Этот прибор отображает ориентировочное значение, и имеет низкую точность показаний. Преимуществом такого устройства является отсутствие источника питания.

Бесконтактный указатель напряжения служит для выявления проводов, находящихся под действием напряжения. Они могут быть скрыты в стеновых панелях или стенах. Устройство такого прибора реагирует на электромагнитное переменное поле. Имеется звуковая и световая индикация.

Правила применения

Перед применением указателя нужно убедиться в его работоспособности и правильных показаниях. Чтобы это проверить, необходимо произвести контроль напряжения в сети, которая точно находится под напряжением, и убедиться в том, что прибор работает. Только после этого допускается его применение в работе.

Запрещается применять лампу накаливания вместо индикатора в указателе напряжения. Эта лампа является травмоопасной и ненадежной.

Чтобы найти фазу на токоведущих элементах или проводах с помощью однополюсного указателя, необходимо взять указатель в правую руку за диэлектрическую рукоятку, прикоснуться щупом к проверяемому проводнику или токоведущему элементу. При этом левую руку нужно отвести за спину, чтобы ей случайно не прикоснуться к токоведущим элементам или заземлению. Пальцем правой руки коснуться металлического контакта однополюсного указателя. Прикасаться удобнее большим пальцем.

Если неоновая лампочка при этом светится, это значит, что проверяемый вами токоведущий элемент находится под напряжением фазы. Если лампа не горит, значит это ноль, либо напряжение отсутствует вовсе.

В случае с двухполюсным указателем, щуп того корпуса указателя, где есть индикатор, устанавливают на проверяемый элемент. Вторым щупом касаются другой фазы или ноля. По свечению лампы также определяют отсутствие или наличие питания. Пользование таким прибором не составляет никакой трудности.

При проверке напряжения необходимо работать аккуратно и осторожно, соблюдая правила безопасности, так как это очень опасно для жизни человека.

Похожие темы:
  • Токоизмерительные клещи. Устройство и виды. Как выбрать
  • Фазометры. Виды и работа. Устройство и применение. Особенности
  • Мультиметры. Виды и работа. Применение и измерение
  • Ваттметры. Виды и применение. Работа. Примеры и параметры
  • Измерение напряжения. Виды и принцип измерений
  • Измерение тока. Приборы. Принцип измерений. Виды
  • Инструмент для электрика. Приборы и вспомогательный инструмент

Указатель высокого напряжения – Электросистемы

См. также мультиметр, клещи токоизмерительные, отвертка-индикатор.

Применение указателей высокого напряжения

УВН применяются при проверке наличия/отсутствия высокого напряжения ( от 1000 В) в распределительных устройствах на токоведущих частях, на которых будут производиться работы. Также УВН используют для проверки совпадения фаз, т.е. фазировки высоковольтного электрооборудования.

Основные составляющие:

  • Рабочая часть.
  • Индикаторная часть (газоразрядные или светодиодные лампы, прорезь-окна для ламп или затенителей).
  • Изолирующая часть.
  • Рукоятка с ограничительным кольцом.

Рабочую и индикаторную части крепят к изолирующей части при помощи резьбы. Рабочая часть включает элементы, которые реагируют на наличие напряжения в контролируемых цепях. Корпус рабочей части выполнен электроизоляционным материалом с улучшенными диэлектрическими свойствами. Изолирующую часть УВН от 1000 В выполняют из электроизоляционных материалов, отталкивающих влагу, имеющими улучшенные диэлектрические и механические свойства. Поверхность её должна быть гладкой. Индикаторная часть УВН состоит из элементов со световой индикацией или светозвуковой индикацией.

Указатели высокого напряжения действуют по принципу свечения неоновой лампочки при протекании через нее емкостного тока, т.е. зарядного тока конденсатора, включенного последовательно с лампочкой. Эти указатели пригодны лишь для установок переменного тока и приближать их надо только к одной фазе.

УВН могут быть:

  • контактными;
  • бесконтактными;
  • комбинированными.

В контактных УВН есть электрод-наконечник (щуп), осуществляющий прямой контакт с токоведущей частью. При бесконтактном УВН — электрода-наконечника нет.

Световую индикацию выполняют с:

  • газоразрядными лампами;
  • светодиодными лампами.

Правила пользования указателем напряжения

Перед использованием указателя напряжения необходимо проверить его целостность, отсутствие загрязнений, дату последнего испытания, а также рабочее напряжение, на которое он рассчитан – оно должно быть больше рабочего напряжения электроустановки, в которой планируется проверять наличие или отсутствие напряжения.

Указатель высокого напряжения следует держать в диэлектрических перчатках, которые также должны быть проверены в соответствии с правилами. Перед проверкой отсутствия напряжения необходимо убедиться в том, что указатель работоспособен. Работоспособность указателя напряжения проверяется на токоведущих частях, которые заведомо находятся под напряжением.

Держать данное средство защиты следует за рукоятку до ограничительного кольца. Приближаться к токоведущим частям для проверки наличия или отсутствия напряжения следует на расстояние, которое определено длиной изолирующей части электрозащитного средства.

Указатели, предназначенные для электроустановок до 1000 В, делятся на двухполюсные и однополюсные указатели низкого напряжения (УНН).

Двухполюсные указатели могут применяться в установках как переменного, так и постоянного тока. Однако при переменном токе металлические части указателя — цоколь лампы, провод, щуп могут создать емкость относительно земли или других фаз электроустановки, достаточную для того, чтобы при касании к фазе лишь одного щупа указатель с неоновой лампочкой светился. Чтобы исключить это явление, схему дополняют шунтирующим резистором, шунтирующим неоновую лампочку и обладающим сопротивлением, равным добавочному резистору.

Однополюсные указатели – индикаторные отвертки, требуют прикосновения лишь к одной — испытуемой токоведущей части. Связь с землей обеспечивается через тело человека, который пальцем руки создает контакт с цепью указателя. При этом ток не превышает 0,3 мА.

Визуализация напряжения

Введение

Все клетки животных окружены клеточной мембраной, состоящей из двойного слоя липидов с внедренными в него белками, как показано на Рис. 1 . Стандартное электричество (например, в вашем доме) в основном связано с движением электронов; но электрофизиология связана с движением ионов (атомов, имеющих заряд). В организме одними из наиболее распространенных ионов являются натрий (Na + ), калий (K + ), кальций (Ca 2+) и хлор (Cl –). Область внутри клеток (цитозоль) и снаружи клеток заполнена миллионами ионов, а клеточная мембрана контролирует движение ионов внутрь и наружу клетки.

Это перемещение ионов через мембрану может быть измерено и приводит к изменениям напряжения . Эти изменения отмечены индикаторами напряжения , и визуализация этих красителей известна как визуализация напряжения .

Индикаторы напряжения

Постоянное наличие градиентов концентрации ионов через мембрану приводит к разнице в напряжении внутри и снаружи клетки. Это называется мембранным потенциалом и обычно составляет от -40 мВ до -80 мВ. Для большинства клеток мембранный потенциал стабилен при этих типичных значениях, которые также называют потенциалом покоя .

Рисунок 1: Клеточная мембрана. А) Типичная клетка полностью окружена мембраной, а объекты и события внутри и вне клеточной мембраны называются соответственно внутриклеточными и внеклеточными. Б) Расширенный вид клеточной мембраны, которая состоит из двух слоев фосфолипидов, расположенных головками снаружи и хвостами внутри. C) В клеточную мембрану встроены белки, жиры и углеводы, причем некоторые белки находятся только в одной половине мембраны, а некоторые полностью пересекают мембрану и служат каналом. Изображения с https://open.oregonstate.education/aandp/chapter/3-1-the-cell-membrane/

Индикаторы напряжения (ВИ) являются веществами которые изменяются в ответ на изменение напряжения. Путем обработки культур головного мозга или клетки сердца с VIs, их вольтажную активность можно наблюдать и измерять. А большое количество процессов в организме сопровождаются изменениями в мембранный потенциал, такой как нейроны в мозге, передающие сигналы друг другу, и миоциты сердца, регулирующие сердцебиение.

Визуализация с помощью VI ( визуализация напряжения ) позволяет получать прямую флуоресцентную визуализацию изменений напряжения, привлекательный метод изучения нейронных цепей и сердечной мышцы и полезное дополнение к традиционным методам на основе электродов или визуализации кальция.

Однако есть несколько недостатков, из-за которых визуализация среднего напряжения не так широко распространена, как другие электрофизиологические методы:

  1. Нейронная сигнализация очень быстрая (~ 1 мс), и любой ВП должен реагировать даже быстрее, чем это (доли миллисекунды) в для наилучшего разрешения изображения.
  2. В то время как визуализация кальция может использовать любой поток ионов кальция в клетке, визуализация напряжения должна быть локализована на клеточной мембране, чтобы функционировать.

Это означает, что разработка ВП является более сложной задачей, поскольку они не будут функционировать, если не смогут локализоваться на мембране, и только ограниченное число молекул красителя получит полезный сигнал, поскольку мембрана имеет небольшой объем по сравнению с мембраной. интерьер и экстерьер клетки. Сочетание этих двух факторов (быстрых биологических событий и малых рабочих объемов) означает, что ВП должны быть яркими, стабильными, высокочувствительными и не нарушать нормальную активность клеток. Несмотря на это, визуализация напряжения была частью электрофизиологии почти 40 лет, и за это время был разработан ряд жизнеспособных ВИ.

Красители, чувствительные к напряжению

Самые ранние ВИ представляли собой небольшие молекулы флуоресцентных красителей, обнаруженные после того, как Ларри Коэн и его коллеги исследовали тысячи красителей для поиска красителей, чувствительных к напряжению (VSD) . Первым был мероцианин 540, который демонстрировал чувствительную к напряжению флуоресценцию и использовался для отслеживания передачи сигналов у гигантского кальмара, и с тех пор был обнаружен ряд других VSD. Эти VSD связываются с мембранами клеток и изменяют свою флуоресценцию при изменении потенциала клеточной мембраны.

VSD можно разделить на две категории:

медленные красители и быстрые красители . Медленные красители реагируют на изменения мембранного потенциала от миллисекунд до секунд и поэтому лучше всего подходят для измерения потенциала покоя больших групп клеток, поскольку они не могут измерять быструю нейронную коммуникацию. Быстродействующие красители реагируют за микросекунды и пропорционально изменению мембранного потенциала, что делает их намного более быстрыми и поддающимися количественной оценке, но часто имеют низкую чувствительность.

Оба медленные и у быстрых красителей были свои приложения, но дальнейшее развитие VSD привели к появлению более современных методов, таких как фотоиндуцированный перенос электронов (ПЭТ). Этот метод включает перенос электронов с молекулярной проволоки на ВИ, этот процесс чувствителен внешним электрическим полям (и, следовательно, мембранному потенциалу), а также быть очень быстрым, обладая достаточной скоростью для захвата нейронной связи.

Несмотря на эти достижения, VSD ограничены из-за их неспособности нацеливаться на определенные популяции нейронов и интерференции сигналов от неактивных клеток или нежелательных активных клеток. Кроме того, ДМЖП реагируют ненадежно и часто требуют многочисленных повторений и шагов оптимизации, а краситель может вызывать необратимые изменения в клетках, обработанных ДМЖП, даже изменяя фотодинамику. Более совершенный VI будет обладать способностью целенаправленно воздействовать на субпопуляции клеток или даже белки внутри клеток, такие как белки мембранных каналов или другие единицы, связанные с мембранным потенциалом. Это продвижение происходит в форме флуоресцентных белков.

Генетически кодированные индикаторы напряжения

Флуоресцентные белки (FP), такие как зеленый флуоресцентный белок (GFP), произвели революцию в поле биологической визуализации, позволяющее органическим белкам, встречающимся в природе, флуоресцентно пометить любой белок, клеточный компонент или комплекс в неинвазивной, быстрый и чувствительный способ.

Что касается визуализации напряжения, Искаофф и Сигель соединили GFP с калиевым каналом мембраны в 1997 году, сделав первый чувствительный к напряжению флуоресцентный белок, называемый FlaSh. Эти индикаторы обычно обозначают генетически закодированные индикаторы напряжения (GEVI) .

На самом деле, слияние FP с любым белком, который претерпевает конформационное изменение формы в реакция на изменения концентрации ионов кальция или мембранного потенциала создает жизнеспособный ВИ. Эти основанные на FP индикаторы закодированы в ДНК и могут быть выражены любой клеткой после некоторой генной инженерии, а это означает, что визуализация напряжения может быть выполняется на крупных живых животных или срезах тканей. Исследователи объединили GFP с большое разнообразие компонентов ячейки, связанных с напряжением, в результате чего

три поколения GEVI.

Первое поколение состояло из оригинального FlaSh и других GEVI, в которых GFP был слит с калиевым или натриевым каналом, таких как VSFP1 (2001) и SPARC (2002). Это первое поколение имеет плохое нацеливание на клеточную мембрану и низкую экспрессию, но установило основы для GEVI.

Второе поколение было основано на открытии белка (Ci-VSP), который имел один домен, чувствительный к напряжению, в отличие от предыдущих натриевых/калиевых каналов, у которых было четыре, и мог функционировать сам по себе изолированно. Это позволило создать гораздо более простые GEVI, которые лучше нацелены на плазматическую мембрану, такие как VSFP2 (2007–2009 гг.).), который также может использовать несколько разных цветов FP (желтый, красный, голубой), чтобы можно было использовать несколько индикаторов одновременно. Недостатком было то, что эти GEVI медленно реагировали на изменения мембранного потенциала.

Третье поколение было похоже на второе, но включало гораздо более сильную связь между доменом, чувствительным к напряжению, и FP с более коротким линкерным участком, и предполагало использование только одного FP, а не нескольких. Это сделало их намного быстрее и способными разрешать быстрые сигналы нейронов, но ограничивались только одним цветом.

Рисунок 2: Различные VI на основе FP в нейронах гиппокампа. Зеленым цветом обозначены индикаторы второго поколения, голубым — третьего поколения. Пунктирные белые прямоугольники увеличиваются и отображаются рядом с изображением. Белые стрелки показывают локализацию, некоторые локализуются на мембране и/или внутриклеточно. Изображения адаптированы из Perron
et al. (2009 г.).

Опсины

Вместо слияния FP с белками, связанными с напряжением, другой вариант включает естественно чувствительные к свету белки каналов в опсин семейство белков (например, родопсин, белок, который позволяет нашим глазам обнаруживать свет). Один бактериальный опсин (творческое название бактериородопсин ) широко используется в оптогенетике, где свет используется для индукции конформационное изменение белка канала, включение и выключение клеток с помощью свет. В 2011 году Ларри Коэн и его коллеги нашли способ обратить этот процесс вспять. где изменение мембранного потенциала изменило конформацию канала, что затем изменилась флуоресценция опсина.

Эти GEVI на основе опсина обладают высокой чувствительностью к изменениям напряжения и быстро активируются, но также требуют достаточно интенсивного света для достижения флуоресценции, что означает, что у клеток есть шанс развить фотоповреждение. Тем не менее, опсиновые GEVI помешали стать надежной платформой для изучения, поскольку несколько итераций различных GEVI были созданы из небольших изменений генетического кода, что привело к повышению яркости и снижению начального светового возбуждения.

Кроме того, GEVI на основе опсина были дополнительно объединены с дополнительными FP для создания пары GEVI Opsin-FP FRET, где FRET — это резонансная передача энергии Фёрстера (FRET), а именно то, как две флуоресцентные молекулы могут обмениваться энергией, когда они находятся достаточно близко друг к другу. (в пределах ~10 нм). Это обеспечивает большую гибкость при выборе датчика напряжения и оптического репортера, поскольку изменения мембранного потенциала изменяют спектр опсина и вызывают удобный сигнал для мониторинга напряжения.

Рисунок 3: Четыре типа индикатора напряжения. A) Малые молекулы VSD прикрепляются к клеточной мембране и изменяют флуоресценцию в ответ на изменения мембранного потенциала. B) FP сливаются с белками каналов с доменами, чувствительными к напряжению, флуоресценция изменяется в зависимости от мембранного потенциала. C) Опсины, флуоресценция которых естественным образом изменяется при изменении мембранного потенциала. D) Пары Opsin-FP, которые могут выполнять FRET, что позволяет использовать более настраиваемый GEVI.

Камеры для визуализации напряжения

Визуализация напряжения — это приложение с очень высокими скоростями, а это означает, что высокоскоростная камера sCMOS лучше всего подходит для визуализации напряжения, чтобы наилучшим образом захватывать и количественно оценивать быстро меняющиеся сигналы. Поскольку это изображение может происходить на больших тканях или между отдельными клетками, лучше всего сопоставить размер пикселя камеры с увеличением и полем зрения в эксперименте, чтобы разрешить по Найквисту и получить наилучшие изображения.

Резюме

Визуализация напряжения сама по себе является мощным и гибким методом. Постоянный прогресс в визуализации напряжения от низкомолекулярных VSD до GEVI с парой FRET привел к тому, что визуализация напряжения часто превосходит более инвазивные традиционные методы, такие как запись на основе электродов. Современная визуализация напряжения может отображать клеточные сигналы с субклеточным пространственным разрешением и быстрым временным разрешением, достаточным для соответствия сигналам нейронных клеток. С точки зрения скорости изображение напряжения намного быстрее, чем изображение кальция, и использовалось во многих экспериментах на живых клетках и крупных модельных организмах.

В целом визуализация напряжения является важной частью электрофизиологии, которая со временем постоянно совершенствуется и, вероятно, продолжит играть большую роль в далеком будущем.

Ссылки

Perron A, Mutoh H, Akemann W, Gautam SG, Dimitrov D, Iwamoto Y and Knöpfel T (2009). Чувствительные к напряжению флуоресцентные белки второго и третьего поколения для мониторинга мембранного потенциала. Фронт. Мол. Неврологи. 2 :5. doi:10.3389/neuro.02.005.2009

Инструменты и измерительные приборы – Индикаторы напряжения и детекторы – Страница 1

Инструменты и измерительные приборы – Индикаторы и детекторы напряжения – Страница 1 – 70E Solutions

Поиск

Индикаторы и детекторы напряжения