如何用LOTO示波器安全的測(cè)量高電壓？

本文里我們把幾十伏以上，超出對(duì)人體安全電壓或者超出示波器量程的電壓定為高電壓，以220V市電舉例討論。

示波器上是有方便自測(cè)和探頭補(bǔ)償用的標(biāo)準(zhǔn)方波的，一般是1K Hz。我們的USB示波器上也有這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)方波，幅值1.5v左右，默認(rèn)是標(biāo)準(zhǔn)方波，需要時(shí)，還可以設(shè)置成PWM波，頻率占空比可調(diào)。

      跑題了，我是在技術(shù)支持的過程中遇到關(guān)于市電損壞的問題有一大半是由于新人好奇，順手接到市電上造成的。所以我不得不強(qiáng)調(diào)一下，示波器是自帶方波可以嘗鮮的，新手不要上來就去測(cè)市電玩。老司機(jī)們很謹(jǐn)慎，是不會(huì)這樣做的。

為什么我測(cè)市電會(huì)把示波器燒了呢？

首先我們得了解市電的供電線路及原理，有助于安全用電，安全測(cè)量。

我國(guó)的市電（居民用電）規(guī)格為交流220V@50Hz，供電線路由火線、零線和地線組成，它們的關(guān)系如圖1.1所示。

火線（L）：也稱相線，由發(fā)電站或變電站提供，電壓有效值220V，人體接觸會(huì)有危險(xiǎn)；

零線（N）：為火線提供回路，在發(fā)電站或變電站端接地；由于是遠(yuǎn)端接地，因此在居民樓用戶端電位不一定為零，可能帶弱電，但相對(duì)安全；

地線（E）：零電勢(shì)參考點(diǎn)，在居民樓用戶端接大地，零電壓，絕對(duì)安全

           圖1 火線、零線和地線的關(guān)系

首先要確認(rèn)示波器量程：

比如LOTO大部分型號(hào)的示波器，標(biāo)配的探頭在×1檔位下的量程為+-5V，在X10檔位下是+-50V.個(gè)別型號(hào)在×1檔位下的量程為+-20V，在X10檔位下是+-200V.

但是這個(gè)量程還是不夠的，因?yàn)槭须?20V其實(shí)是指它的等效值。峰峰值電壓在600V左右。

那么是不是用100:1的高壓無(wú)源探頭就可以了，理論上是可以的，但是實(shí)際中我們還是可能因?yàn)槭褂昧隋e(cuò)誤的測(cè)量方法而出問題。

在臺(tái)式電腦上或者帶電源適配器的筆記本電腦上使用LOTO的USB示波器時(shí)，外殼金屬端與探頭的負(fù)端（地）均與USB的地線相連，USB的地線又與電腦的地相連，然后與插線板的大地相連。

這種情況下，當(dāng)用示波器直接對(duì)零線和火線測(cè)量時(shí)，就會(huì)間接地把零線或火線對(duì)地線短路（等效于圖中紅色虛線），非常危險(xiǎn)，這也是最常見的錯(cuò)誤測(cè)量方法。

      圖2 錯(cuò)誤的測(cè)量方法

如圖3所示，使用隔離變壓器的方法對(duì)臺(tái)式機(jī)電腦的USB示波器供電，可以達(dá)到斷開測(cè)量回環(huán)的目的，實(shí)現(xiàn)“浮地”測(cè)量。使用筆記本電腦接LOTO示波器的時(shí)候，不使用電源適配器的情況下，示波器的地也是浮地的。

         圖3 浮地測(cè)量法

浮地測(cè)量時(shí)，示波器外殼金屬端和探頭接地端帶有同等電平，并且與被測(cè)的高電壓的一端短接。所以當(dāng)測(cè)量市電時(shí)，如果疏忽了把示波器的接地夾接在了火線上，會(huì)讓示波器和電腦外殼帶有220V的電壓，人體一旦接觸到示波器外殼，電流會(huì)經(jīng)過人體流入大地，非常危險(xiǎn)！

                         圖4 浮地測(cè)量安全隱患

有些對(duì)強(qiáng)電比較熟悉的工程師會(huì)想到將220V市電通過電阻分壓到一個(gè)比較低的電壓然后測(cè)量。這樣就避免了接觸高電壓的風(fēng)險(xiǎn)。

如上圖所示，使用兩只電阻將火線和地之間做100倍的衰減，然后用示波器進(jìn)行測(cè)量：

這種做法和使用100:1的高壓無(wú)源探頭的原理是一樣的：

從上面的圖中可以看到，這種做法是可以成功測(cè)量的。之所以不建議，是因?yàn)檫@對(duì)操作者有較高的要求，要很熟悉被測(cè)高壓電路而且要細(xì)心不出錯(cuò)。因?yàn)橐坏┦韬隽税丫�接反了，或者沒接好，那么就可能有災(zāi)難性的后果。

對(duì)普通示波器基于安全角度考慮，使用“A-B”法和高壓差分探頭對(duì)市電測(cè)量是非常安全的，下面分別對(duì)其進(jìn)行介紹。

采用普通無(wú)源探頭應(yīng)用“A-B”法對(duì)市電進(jìn)行測(cè)量時(shí)，在使用合適的探頭衰減比例將電壓限定在示波器量程范圍內(nèi)時(shí)，可以應(yīng)將兩通道探頭的負(fù)端（地）均接至電源地線，一個(gè)通道的探頭探針（正端）接零線，另一個(gè)通道的探頭探針（正端）接火線（如圖5左所示），則兩通道的測(cè)量差值即為市電波形。

這種做法也是可以的，不過要注意兩個(gè)探頭都不接地，雖然可以避免熱地的問題以及防止反接的問題，但是還是要注意不要超過示波器的量程的。我們更推薦另一種方法，那就是下面介紹的用隔離差分模塊測(cè)量。

使用隔離差分模塊測(cè)量市電，火線和零線測(cè)試點(diǎn)正反接都沒關(guān)系，探頭內(nèi)部通過磁電隔離的方式將測(cè)量端的地和示波器的地隔離開來，不會(huì)造成短路問題。

LOTO示波器配套的隔離差分模塊并不像傳統(tǒng)的高壓隔離探頭那樣兩三千元的昂貴，只有一百多大概，但是可以以隔離差分的方式測(cè)量+-800V的高壓。

IDM01隔離差分模塊是最佳的推薦方式，安全方便。

我們拍了一段兩種探頭實(shí)測(cè)市電220V的演示講解視頻如下：

https://www.bilibili.com/video/BV1qJ41137u1

示波器作為一種很重要的測(cè)量?jī)x器，我們應(yīng)該正確、安全地使用。尤其在測(cè)量一些高壓信號(hào)時(shí)，必須弄清各種信號(hào)線之間的關(guān)系，才能正確地連接被測(cè)信號(hào)，保證安全測(cè)量。