Perché mai gli o-scope sono referenziati a terra?


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Pensandoci: non troveresti mai un multimetro "a terra" così robusto e utile se venisse introdotto un percorso verso terra attraverso il multimetro, modificando il comportamento del circuito e possibilmente danneggiando il multimetro con correnti.

Perché si fa riferimento a così tanti oscilloscopi a terra? Dopo aver letto del materiale didattico, la maggior parte degli "errori comuni commessi dagli studenti" sta posizionando la clip di messa a terra in modo errato e causando scarsi risultati - quando l'o-scope viene usato come un voltmetro di fantasia!

Ho sentito parlare di un ambito Tek con un trasformatore di isolamento all'interno .. tuttavia, ignorandolo, e tenendo conto del fatto che i nuovi DSO potrebbero avere custodie in plastica (isolate da te, cosa più importante, suppongo) potrei semplicemente rimuovere il perno di terra e installare un trasformatore CA 1: 1 tra l'o-scope e la presa ed essere sulla buona strada per sondare varie fonti calde / neutre / collegate a terra senza preoccupazioni per un percorso verso terra più lungo?


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L'errore comune fatto dagli studenti quando posizionano la clip di messa a terra in modo errato di solito non è legato alla messa a terra. L'errore è che non si rendono conto che la tensione deve essere misurata tra due punti, quindi fanno cose strane. Ho visto gli studenti lasciare la clip, collegarla alla stessa cosa che stanno sondando, cortocircuitare più pin con esso, provare a collegarla alla rete elettrica (estraendo la spina a metà ...!), Di ogni sorta di comportamento strano e bizzarro. Per "clip di messa a terra" leggi "piombo nero del multimetro" nel materiale didattico che hai trovato.
Ottimismo cinico,

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@OptimalCynic, molti molti O-scopes lo legano a terra. Ho visto i progetti andare in fumo collegandolo a qualcosa di guidato e tirandolo a terra, che è risultato essere ciò a cui l'alimentazione elettrica che stavano usando si riferiva per neutrale.
Kortuk,

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Oh certo, è vero, e penso al punto della domanda originale (motivo per cui ho pubblicato un commento, non una risposta). Volevo solo sottolineare che la maggior parte degli errori degli studenti, nella mia esperienza, riguardano la non comprensione della misurazione della tensione piuttosto che la comprensione della messa a terra. Ma poi ho insegnato principalmente a studenti di ingegneria elettronica, quindi siamo fortunati che il laboratorio non si sia bruciato più spesso.
Ottimismo cinico,

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@ottimale almeno tutti gli studenti a cui ho insegnato, l'errore comune era quello di collegare il perno di terra a qualcosa che non era a terra. Questo perché hanno capito che la tensione è relativa e hanno pensato che fosse proprio come un multimetro.
Kellenjb,

Risposte:


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Gli oscilloscopi di solito richiedono una potenza significativa e sono fisicamente grandi. Avere uno chassis di quelle dimensioni, che includerebbe la terra esposta sui connettori BNC e le clip di terra della sonda, galleggiare sarebbe pericoloso.

Se si devono osservare le forme d'onda nelle apparecchiature alimentate a parete, in genere è molto meglio posizionare il trasformatore di isolamento su tale apparecchiatura anziché sull'ambito. Una volta collegato l'oscilloscopio, fornisce un riferimento a terra a quella parte del circuito in modo che altre parti possano essere ad alte tensioni di riferimento a terra, il che potrebbe essere pericoloso. Tuttavia, probabilmente starai più attento a non toccare parti dell'unità sotto test rispetto all'ambito.

Gli ambiti possono anche avere altri percorsi verso terra che sono facili da dimenticare. Ad esempio, l'ambito sul mio banco di solito ha una connessione RS-232 permanente al mio computer. Sarebbe facile fluttuare l'ambito, ma dimenticare queste cose. L'ambito non sarebbe effettivamente mobile. Nella migliore delle ipotesi, un fusibile potrebbe scoppiare quando viene collegato per la prima volta a un'unità alimentata a parete sotto test nel punto sbagliato.

I produttori potrebbero isolare l'ambito abbastanza facilmente, ma ciò probabilmente li apre a problemi di responsabilità. In generale, l'attrezzatura da banco non è isolata ma lo è l'attrezzatura portatile. Se è davvero necessario effettuare spesso misurazioni isolate, è possibile ottenere oscilloscopi portatili a batteria.


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Sì, ma perché non semplicemente rendere differenziali gli ingressi dell'oscilloscopio?
nibot,

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Differenziale come questo? tek.com/differential-probe (Nota i cartellini dei prezzi.)
segna il

Gli oscilloscopi USB (o schede DAQ, sono quasi la stessa cosa) possono essere alimentati tramite PCI o USB, che sono alimentatori continui; spesso forniscono input completamente differenziali (e li puoi trovare per oltre 300 euro / dollari).
clabacchio

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Questa risposta risponde alla domanda "perché la massa dello chassis dell'oscilloscopio non è isolata dalla terra", ma non risponde alla domanda "perché gli oscilloscopi di solito non hanno input differenziali".
nibot,

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@nibot: giusto. Come hai detto, ho risposto alla domanda che mi è stata posta, non a quella che hai inventato.
Olin Lathrop,

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ATTENZIONE: i mezzi per avere meno probabilità di morire o uccidere altri sono discussi di seguito.
La lettura può essere considerata utile.
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Considera questa "opinione informata" piuttosto che un santo scritto.

In un oscilloscopio vuoi il miglior risultato che puoi ottenere per i soldi ed è molto più semplice costruire un amplificatore single-ended piuttosto che uno differenziale quando vuoi un guadagno piatto del righello per tutta la larghezza di banda che puoi avere e un ritardo di fase costante. Un oscilloscopio il più delle volte è necessario per misurare un segnale non sinusoidale, quindi la sua capacità di trattare fedelmente i componenti di frequenza "attraverso la gamma" è vitale per fornirti un quadro accurato di ciò che è realmente lì. In molti casi, single-ended è abbastanza buono in modo che possano darti canali referenziati a doppia terra per più di un singolo canale differenziale ma da meno a notevolmente meno dei canali differenziali dovuti.

Molti oscilloscopi migliori hanno una modalità di sottrazione a doppio canale che fornisce un'approssimazione a un amplificatore differenziale. L'approssimazione è prontamente evidente nella capacità di regolare autonomamente i guadagni del canale in modo da annullare il piedistallo del modo comune o aggiungerne alcuni componenti se lo si desidera.

Le persone che "devono avere" una vera modalità differenziale flottante possono acquistare il modulo aggiuntivo opzionale sul modulo differenziale sicuramente utile.


"Floating" un oscilloscopioin modo che il terreno locale non sia al suolo vero è un tempo onorato e di solito in qualche modo disapprovato dalla pratica. In molti casi funziona abbastanza bene. La pratica comune nei miei (molto tempo fa) giorni universitari era quella di avere una spina di alimentazione con una presa pick-a-back. La spina aveva il perno di terra tagliato e detta spina era di solito di colore rosso vivo nel tentativo di prevenire i vari inevitabili eventi conseguenti. Affinché ciò funzioni, gli amplificatori devono essere stati costruiti single ended ma fluttuanti con il filo di terra dell'oscilloscopio l'unica connessione alla terra (reale) locale. Questo colloca questo metodo nella stessa classe di quello descritto nella domanda: il trasformatore "1: 1 è sostituito da un alimentatore isolato. Laddove viene utilizzato un smps per l'alimentazione di rete (come quasi sempre accade con le apparecchiature prodotte in qualsiasi momento da quando Noah si è ritirato), si può pensare ai possibili effetti dei condensatori X & Y collegati tra l'oscilloscopio P&N e la terra dell'oscilloscopio. Questi sono isolati dal vero PNE dal trasformatore 1: 1 ma possono ancora fare cose interessanti nel tentativo di emulare un amplificatore bilanciato adeguato.

UN GRANDEil problema si verifica (o può) quando si tenta di essere sulla buona strada per sondare varie fonti calde / neutre / a terra senza preoccupazioni su un percorso verso terra utilizzando più due canali alla volta. O ci provo. La nuova libertà di utilizzare la punta della sonda + terra come Vin1-Vin2 NON si estende a due canali in cui Vin2 non è lo stesso per entrambi i canali. Questo è accecantemente ovvio prima di leggere questo o mentre lo fai MA il fatto che non lo hai incluso o notato un avvertimento nella tua domanda mostra quanto sia facile trascurare. Anche se sei consapevole di questa limitazione non così sottile, può comunque uccidere qualcuno che usa la tua attrezzatura o che lavora con te o che si trova a contatto fisico con la clip di terra sul canale 2 quando decidi di collegare la terra del canale 1 alla fase. Ovviamente un po 'di buon senso rende questa pratica sicura [tm] per una gamma piuttosto limitata di valori di sicurezza rispetto alla maggior parte delle persone. L'ispettore locale per la sicurezza sul lavoro (i nomi variano in base al paese) o il capo o la figlia piccola possono trovare la pratica desiderata.

Detto questo, la maggior parte di noi fa cose regolarmente come parte della nostra vita lavorativa che è in grado di uccidere o mutilare noi o altri in un momento se violiamo il contratto sociale o superiamo limiti di comportamento concordati. Guidare un'automobile lungo una strada a 2 corsie con traffico in arrivo dall'altra parte è un buon esempio. La tua auto e il tuo raggio d'azione possono uccidere te e gli altri se usati in modo errato. Rendere davvero davvero molto sicuro che l'ambito non sia un requisito minimo per giocare ai giochi che descrivi, Un amplificatore di isolamento fluttuante PU be essere una scelta migliore.


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+1 per "può ucciderti", alcuni meccanismi interni e altre opzioni. Dovrò leggerlo più volte quando sarò pronto. Grazie Russell.
Transitorio,

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Un grande motivo per cui gli ambiti sono collegati a terra è che generalmente hanno due o più canali che condividono un riferimento di terra comune. Se un oscilloscopio non è collegato a terra e uno degli ingressi di terra della sonda è collegato a uno chassis di metallo esposto senza messa a terra mentre un altro ingresso di terra è collegato a AC120, la prima sonda potrebbe elettrificare lo chassis di cui sopra con AC120, creando così una condizione estremamente pericolosa. La filosofia di progettazione dell'ambito è che se la terra di una sonda potrebbe essere collegata a un oggetto metallico esposto e un'altra clip di terra della sonda tocchi una tensione pericolosa, sarebbe meglio far volare scintille in quest'ultimo punto (o peggio) che creare un pericolo al primo.


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È per fermare l 'ambito di lettura dell'IME che vola in giro.

La messa a terra della terra della sonda dell'oscilloscopio sta collegando a terra il lungo schermo del cavo della sonda. Lo schermo interrompe le interferenze irradiate disturbando la tensione sul filo di misurazione al centro del cavo della sonda.

Altrimenti la misurazione potrebbe contenere rumore irradiato dall'apparecchiatura in prova, illuminazione di rete e qualsiasi altra cosa stia dando dei calci (di solito un sacco in un laboratorio di prova ').


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Non sono mai stato in una situazione in cui avrei dovuto isolare l'o-scope tramite un trasformatore di isolamento. Uso il trasformatore di isolamento sull'apparecchiatura che sto misurando, come una TV o un SMPS. I loro primi stadi dell'alimentatore di solito non sono isolati. La mia esperienza viene dal lavoro in un'officina di riparazione TV qualche decennio fa e supponiamo sempre che l'unità non sia isolata o che il suo isolamento sia compromesso fino a quando non viene testato per le correnti di dispersione del metallo esposto all'esterno.

Non ho mai visto la necessità di quelle sonde diff perché se si seleziona l'o-scope corretto, gestirà correttamente l'input.

Anche per rispondere alla domanda alla tua domanda, è perché è un requisito che il metallo esposto debba essere messo a terra secondo i regolatori degli apparecchi come UL e CE.


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Se un ambito di terra non è referenziato a terra, tutti i suoi canali devono essere isolati l'uno dall'altro, sia sonde positive che negative (per impedire il cortocircuito dell'ingresso negativo di un canale con le altre controparti).

Gli oscilloscopi portatili o portatili con un singolo canale funzionano in questo modo e puoi usarli come multimetro (ad esempio Velleman HPS50, Velleman HPS140i). A proposito di oscilloscopi a doppio o più canali, non ho idea se i canali sono isolati l'uno dall'altro.


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Supponiamo che i canali su un oscilloscopio multicanale non siano isolati, fino a prova contraria. Esistono oscilloscopi multicanale con canali galvanicamente isolati, ma quelli sono una specialità.
Nick Alexeev

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Le parti toccabili conduttive di messa a terra di sicurezza impediscono alle persone di uccidersi mentre misurano i potenziali ad alta tensione, altrimenti l'oscilloscopio e tutto ciò che è collegato sarebbero potenzialmente pericolosi.

L'isolamento dei canali l'uno dall'altro e dalla struttura del campo di applicazione aumenterebbe il livello di prezzo del campo di applicazione. Allo stesso tempo, è necessario evitare che eventuali parti conduttive siano toccabili. Alcuni ambiti TEK hanno implementato questo 10-15 anni fa.

Se si sa cosa si sta facendo ottenere l'oscillazione dell'oscilloscopio non è un problema, ma la persona deve comprendere appieno i problemi di sicurezza, impedendo di essere in grado di toccare parti / dispositivi conduttivi collegati all'oscilloscopio e / o isolare anche il DUT.


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Il case esterno deve essere collegato a terra, ma gli input non lo sono affatto. Potrebbe essere necessario apportare modifiche rendendo obsoleta la terra esposta BNC. Facile da fare e dovrebbe essere. Saluti CB


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Prova a pensare a cosa accadrebbe se l'oscilloscopio fosse mobile. Sarebbe ragionevole collegare la clip della sonda a un lato di una linea differenziale (ad es. RS422) e la punta della sonda all'altra gamba. Il lato della punta normalmente vedrebbe un carico di 10 M / 10 pf, ma il lato della clip vedrebbe un carico capacitivo mal definito indietro attraverso il trasformatore di rete in rete e neutro. Qualsiasi cosa misurata al di sopra dello spettro audio sarebbe altamente sospetta.

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