Как работает бесконтактный тестер напряжения?

Они работают за счет емкостного измерения напряжения переменного тока на проводнике под напряжением. Они работают только с переменным током.

Очевидно, он реагирует на какой-то изменяющийся сигнал на кабеле USB (возможно, «отскок земли» из-за переменного тока, потребляемого импульсным стабилизатором в телефоне. (Кабели USB обычно хорошо экранированы, так что это все, что может быть там.

Поскольку датчик является емкостным, чем выше частота, тем он более чувствителен (вплоть до предела частоты используемого усилителя), поэтому 100 В на частоте 60 Гц дает ту же амплитуду выходного сигнала, что и 10 мВ на частоте 600 кГц.

Если зарядное устройство имеет кабель с разъемом (не использует съемный USB-кабель), то оно, вероятно, не экранировано, и сигнал может исходить от самого источника питания.

Токоизмерительные клещи предназначены для измерения количества электрического тока, протекающего по одному проводнику (например, для получения индикации того, что цепь не только находится под напряжением, но и используется), поскольку вам необходимо отделить отдельные проводники кабеля, обычно используйте их в распределительной коробке или в другом месте, где кабель открыт. Использование токоизмерительных клещей на комплектном кабеле обычно дает нулевое значение (если нет какой-либо электрической неисправности).

Вы должны понимать, что есть две разные вещи: напряжение и ток. В розетке присутствует напряжение, даже если к ней ничего не подключено (поэтому у вас может быть напряжение и не быть тока). В качестве альтернативы нейтральный провод имеет потенциал земли 0 В, но через него может протекать большой ток.

Напряжение создает электрическое поле, а ток создает магнитное поле. Следовательно, в зависимости от его конструкции у вас могут быть устройства, чувствительные к статическим электрическим полям (следовательно, детектор постоянного тока), и устройства, чувствительные только к переменным электрическим полям (детектор переменного тока). То же самое относится к детекторам магнитного поля, например, к датчикам токовых клещей.

Поэтому, если вам нужно только измерить наличие опасного напряжения, вы должны использовать детектор напряжения, а не токовые клещи (которые будут показывать 0 А, если в этот момент никакое оборудование не потребляет ток от сети). На самом деле, если вам нужно перерезать провод, например, вы должны сначала измерить оба параметра: отсутствие вредного напряжения по отношению к земле и отсутствие протекающего по нему тока.

Как бесконтактный тестер напряжения определяет напряжение и/или ток? Ограничены ли они напряжением определенного диапазона или типа (переменного или постоянного тока)?

Они основаны на емкостной связи, которая ограничивает их по переменному току, и обычно они рассчитаны на сетевое напряжение. Ваше тело, являющееся большим объектом, имеет некоторую емкость относительно земли. Это создает (очень слабую) цепь от предмета с переменным напряжением на нем, через тестер, через ваше тело и через емкость на землю.

Я также заметил, что в то время как детектор может определить 5 В кабеля зарядного устройства для телефона, он не может определить напряжение в кабеле USB-клавиатуры. Единственная разница между этими двумя сценариями заключается в текущем уровне и, возможно, в некоторых незначительных различиях сигналов.

Неправильный!

Для подавления электромагнитных помех от импульсных источников питания емкость должна быть размещена между входной и выходной сторонами.

В источнике питания класса 1 (с заземлением) земля используется в качестве барьера между входом и выходом либо путем подключения выхода к заземлению сети, либо путем последовательного разделения емкости на две части: часть между выходом и заземлением сети и часть между заземление сети и сеть под напряжением/нейтралью.

В источнике питания класса 2 (незаземленном) сетевое заземление недоступно и поэтому не может использоваться в качестве барьера. В результате выход часто находится под значительным напряжением относительно земли (половина напряжения сети является общим). Это не должно быть угрозой безопасности, если источник питания правильно спроектирован, поскольку конденсаторы имеют высокий импеданс (низкую емкость) и, следовательно, «ток прикосновения» низкий, несмотря на высокое напряжение холостого хода. Конденсаторы будут специального безопасного типа, так что отказ конденсаторов от короткого замыкания крайне маловероятен.

Как правило, блоки питания для ПК относятся к классу 1, а блоки питания для смартфонов — к классу 2. Вот почему ваш тестер загорелся на кабеле для зарядки телефона, но не на кабеле для клавиатуры.

Последний вопрос: в каком сценарии напряжения/тока вам пришлось бы использовать датчик токовых клещей, а не бесконтактный детектор напряжения, просто для ненавязчивого обнаружения наличия питания?

Не существует надежного способа обнаружить электричество ненавязчиво. Особенно при работе с многожильным кабелем, а не с отдельными проводами.

Что касается последнего вопроса о причинах, по которым следует использовать датчики токовых клещей: токовые
клещи позволяют измерять ток в проводнике минимально инвазивно. Вы не используете их, чтобы проверить, находится ли кабель под напряжением, а скорее, например, чтобы увидеть потребление тока нагрузкой.
Если клещи используют принцип трансформатора, вы можете измерять только переменный ток.
Зажим на основе эффекта Холла позволяет измерять переменный и постоянный ток. Есть зажимы с обычной максимальной частотой около 500 кГц, которые предназначены для подключения к осциллографу. Это позволяет детально анализировать поведение нагрузки или источника.

Имейте в виду, что бесконтактный детектор напряжения — ненадежный способ поиска проводов под напряжением. Он не измеряет фактическое напряжение и не позволяет различать разные фазы.