Sonda pomiarowa to element łączący przyrząd pomiarowy z badanym obwodem, np. przewód z izolowanym grotem, sonda oscyloskopowa z dzielnikiem albo cęgowa sonda prądowa. Od jej budowy zależy zarówno dokładność wyniku, jak i bezpieczeństwo osoby wykonującej pomiar.
Zostań elektrykiem z uprawnieniami SEP
Kurs online G1 / G2 / G3 + egzamin państwowy - 100% zdawalności
z kodem ELEKTRYCZKA = 10% rabatu!
Jakie są rodzaje sond pomiarowych?
W elektrotechnice sondą nazywasz wszystko, co przenosi sygnał z punktu pomiaru do wejścia miernika. Słowo funkcjonuje też w innych dziedzinach, na przykład jako sonda stykowa w obrabiarkach CNC albo czujnik temperatury, ale tutaj chodzi wyłącznie o pomiary elektryczne.
| Rodzaj sondy | Do czego służy | Typowe zastosowanie |
|---|---|---|
| Przewody pomiarowe z grotami | doprowadzają napięcie lub prąd do gniazd miernika przez wtyki bananowe 4 mm | multimetr, miernik instalacji, wskaźnik napięcia |
| Pasywna sonda oscyloskopowa 1:1/10:1 | przekazuje przebieg do oscyloskopu, w trybie 10:1 dzieli napięcie przez 10 | elektronika, zasilacze, układy sterowania |
| Sonda różnicowa | mierzy napięcie między dwoma punktami, z których żaden nie jest połączony z ziemią | przekształtniki, napięcie sieciowe na oscyloskopie |
| Sonda prądowa (cęgowa) | zamienia prąd na proporcjonalne napięcie bez przerywania obwodu | prąd silnika, prąd rozruchu, prąd zasilacza |
| Sondy pomocnicze wbijane w grunt | wymuszają prąd i mierzą potencjał w ziemi | pomiar uziemienia |
Do przewodów pomiarowych dochodzą akcesoria: zaciski krokodylkowe z izolowanymi szczękami, groty igłowe do gniazd z wąskim otworem i nasadki ochronne. Każde z nich musi mieć oznaczenie kategorii pomiarowej, tak samo jak przewód, do którego je zakładasz.
Jak działa sonda oscyloskopowa 10:1?
Standardowa sonda pasywna ma w grocie rezystor 9 MΩ, który razem z rezystancją wejściową oscyloskopu 1 MΩ tworzy dzielnik napięcia:
Uwe = U · Rosc / (Rs + Rosc) = U · 1 MΩ / 10 MΩ = U / 10
- Uwe – napięcie docierające do wejścia oscyloskopu (V),
- U – napięcie w badanym punkcie obwodu (V),
- Rs – rezystancja w grocie sondy, 9 MΩ,
- Rosc – rezystancja wejściowa oscyloskopu, 1 MΩ.
Dzięki temu obwód widzi obciążenie 10 MΩ zamiast 1 MΩ i mniej zmienia się pod wpływem pomiaru. Przy szczycie sinusoidy 325 V z sieci 230 V do wejścia dociera 32,5 V. Oscyloskop musi jednak wiedzieć, jakiej sondy używasz: przy ustawieniu kanału na 1× i sondzie w pozycji 10× odczyt wyjdzie dziesięć razy za mały, czyli 32,5 V zamiast 325 V.
W pozycji 1:1 rezystor w grocie jest zwarty, szum jest mniejszy i sonda nadaje się do bardzo małych sygnałów, ale pojemność sondy obcina pasmo do około 25 MHz. Przed pomiarem sondę 10:1 kompensujesz: podłączasz ją do zacisku kalibratora na panelu oscyloskopu i śrubką trymera ustawiasz płaski, prostokątny przebieg bez zaokrągleń i przerzutów.
Kiedy zwykła sonda nie wystarczy?
Krokodylek masy pasywnej sondy jest połączony z obudową oscyloskopu, a ta przez wtyczkę z przewodem PE. Taka sonda mierzy więc zawsze napięcie względem ziemi. Do pomiaru między fazą a przewodem neutralnym, na tranzystorze w falowniku albo po stronie pierwotnej zasilacza potrzebujesz sondy różnicowej, która ma dwa wejścia odseparowane od ziemi i podaje do oscyloskopu już samą różnicę napięć.
Sonda prądowa obejmuje przewód jak miernik cęgowy i mierzy pole magnetyczne wytwarzane przez prąd. Na wyjściu daje napięcie proporcjonalne do prądu, np. 0,1 V na każdy amper, więc prąd 16 A zobaczysz jako 1,6 V. Pomiar jest galwanicznie odseparowany od obwodu, a sondy z czujnikiem Halla mierzą zarówno prąd przemienny, jak i stały. Przed pomiarem zerujesz sondę i usuwasz z niej namagnesowanie szczątkowe.
Co oznaczają kategorie CAT na przewodach i sondach?
Wymagania bezpieczeństwa dla przyrządów pomiarowych i ich akcesoriów zawiera norma PN-EN 61010. Kategoria pomiarowa (CAT) mówi, w którym miejscu instalacji wolno używać przyrządu lub przewodu, a liczba obok niej – do jakiego napięcia względem ziemi. Wyższa kategoria oznacza odporność na większe przepięcia przejściowe, np. od przełączeń w sieci albo wyładowań atmosferycznych.
| Napięcie względem ziemi | CAT II | CAT III | CAT IV |
|---|---|---|---|
| 300 V | 2500 V | 4000 V | 6000 V |
| 600 V | 4000 V | 6000 V | 8000 V |
| 1000 V | 6000 V | 8000 V | 12 000 V |
W tabeli podano szczytowe przepięcie, które sprzęt danej kategorii musi wytrzymać. W sieci 230/400 V napięcie fazy względem ziemi wynosi 230 V, więc obowiązuje wiersz 300 V. Z tabeli wynika też, że przewody CAT III 1000 V i CAT IV 600 V są równie odporne na przepięcia (8000 V) – stąd na wielu kompletach widnieje podwójne oznaczenie.
- CAT II – odbiorniki zasilane z gniazdek: sprzęt domowy, elektronarzędzia, gniazda odległe od rozdzielnicy,
- CAT III – instalacja stała w budynku: rozdzielnice, obwody odbiorcze, silniki zasilane na stałe,
- CAT IV – początek instalacji: przyłącze, złącze, licznik energii, główne zabezpieczenie.
Komplet pomiarowy jest tak bezpieczny, jak jego najsłabszy element. Miernik CAT IV 600 V z przewodami CAT II 300 V tworzy zestaw o kategorii CAT II 300 V, dlatego oznaczenia sprawdzasz na multimetrze lub innym mierniku, przewodach i każdej nasadce osobno.
Jak bezpiecznie używać sond w instalacji 230/400 V?
Bezpieczna sonda ma kilka elementów, które łatwo przeoczyć. Kołnierz (osłona palców) na rękojeści wyznacza granicę, za którą nie przesuwasz dłoni. Nasadki ochronne zakładane na groty zmniejszają odsłoniętą część metalu i ograniczają ryzyko zwarcia dwóch sąsiednich zacisków w rozdzielnicy. Wtyki bananowe mają osłoniętą część metalową, więc nie dotkniesz jej po wpięciu do miernika.
Przed każdym pomiarem oglądasz przewody na całej długości: pęknięta izolacja, przetarcie przy grocie albo nadtopiony wtyk dyskwalifikują przewód, nawet jeśli miernik pokazuje poprawny wynik. Uszkodzona sonda to bezpośrednia droga do porażenia prądem przy pracy pod napięciem. Dobór przewodów do pomiaru napięcia zaczynasz od miejsca pracy: w rozdzielnicy mieszkaniowej wystarcza CAT III, przy złączu i liczniku potrzebujesz CAT IV.
Na egzaminie SEP grupy 1 może pojawić się pytanie o sprawdzenie przyrządów i przewodów przed pomiarem albo o dobór kategorii pomiarowej do miejsca w instalacji. Zapamiętaj kolejność od gniazdka do przyłącza: CAT II, CAT III, CAT IV.
Najczęściej zadawane pytania
W pomiarach elektrycznych używa się przewodów pomiarowych z grotami, pasywnych sond oscyloskopowych 1:1 i 10:1, sond różnicowych, sond prądowych oraz sond pomocniczych do pomiaru uziemień. Wybór zależy od przyrządu i od tego, czy mierzysz napięcie względem ziemi, napięcie między dwoma punktami, czy prąd.
Sonda oscyloskopowa przenosi sygnał z badanego obwodu do wejścia oscyloskopu, ograniczając przy tym jego wpływ na obwód. W pozycji 10:1 dzieli napięcie przez dziesięć i zwiększa rezystancję widzianą przez obwód do 10 MΩ. Przed pomiarem kompensuje się ją na sygnale kalibratora oscyloskopu.
Oznaczenie 10:1 mówi, że sonda tłumi napięcie dziesięciokrotnie, więc do oscyloskopu dociera jedna dziesiąta mierzonego napięcia. Oscyloskop ustawiony na sondę 10× mnoży odczyt z powrotem przez dziesięć. Przy złym ustawieniu wynik na ekranie jest dziesięć razy za mały.
Do pomiarów w rozdzielnicy i obwodach instalacji stałej w budynku potrzebujesz przyrządu i przewodów co najmniej CAT III na 300 V względem ziemi. Przy złączu, liczniku i przyłączu wymagana jest CAT IV. Kategorię sprawdzasz osobno na mierniku, przewodach i akcesoriach, bo decyduje najniższa z nich.
Źródła:
