Hochspannungsmesssystem

Ich möchte ein Spannungsmesssystem für den Ausgang einer kürzlich gekauften HV-Stromquelle aufbauen. Die Quelle liefert etwa 0 - -60 kV DC und 10 mA an meine Last. Leider verfügt die Quelle über kein Spannungsmesssystem, daher werde ich mit deren Erstellung beauftragt. Das wird besonders schwierig, weil ich nicht genug Geld habe, um genügend HV-Sonden zu kaufen, die einfach an ein Multimeter angeschlossen werden könnten. Daher brauche ich eine Möglichkeit, die Eingangsspannung von -60 kV auf etwas zu senken, das für das Multimeter handhabbar ist.

Derzeit ist dies der Schaltplan, den ich verwenden möchte, um die Spannung zu senken:

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Das Multimeter, das ich derzeit besitze, kann bis zu 660 VDC verarbeiten. Wäre das Multimeter unter Verwendung meines obigen Geräts in Verbindung mit dem Multimeter in der Lage, die an es gelieferte Spannung zu verarbeiten und einen genauen Messwert der Netzspannung auszugeben (vorausgesetzt, dass eine Reihe von Berechnungen durchgeführt werden)?

Vielleicht mal nach einem kapazitiven Teiler schauen. Ich weiß, dass sie hier erwähnt wurden, als es um die Messung hoher Gleichspannungen ging.
Das ist extrem gefährlich. Sie müssen sicherstellen, dass alle Ihre Verbindungen bei diesen hohen Spannungen keinen Strom lecken. Planen Sie nicht, eine Leiterplatte zu verwenden. Bitte, bitte finden Sie einen Weg, um ein gutes Stück kommerzieller Testausrüstung zu kaufen.
Jede Hochspannung wie diese erzeugt auch winzige Mengen statischer Ladung (als Teil eines Gradienten von einem Ende zum anderen eines galvanischen Pfads), die sich sofort aufbauen, um den Stromfluss zu bewirken. Diese Gebühren können unabhängig gemessen werden. Das ist ein weiterer zu berücksichtigender Ansatz. Wie oft sind die Messungen? Welche Auflösung benötigen Sie? Gibt es eine separate Genauigkeitsanforderung?
Was ist (1) die Ausgangsimpedanz und (2) die Ausgangskapazität dieses -60 kV 10 mA DC PS? Ein Schaltplan würde helfen.
Sogar Draht lässt sich bei Hochspannung nicht leicht arrangieren; Anstelle eines "Multimeters" sollten Sie ein elektrostatisches Messgerät (einen Drehflügelkondensator oder sogar einen piezoelektrischen Kristall oder Bimorph) verwenden, das keinen Strom zieht.
Dies ist ein Unfall, der darauf wartet, passiert zu werden. Nur nicht. Die Isolierung bei diesen Spannungen ist schwierig und eine Heiminstallation ist einfach unzureichend. Vor allem, wenn Sie knapp bei Kasse sind.

Antworten (3)

  1. Es ist unwahrscheinlich, dass Sie einen einzelnen Widerstand finden, der 60 kV verarbeiten kann. Sie müssen wahrscheinlich viele Widerstände in Reihe verwenden. Achten Sie darauf, die Toleranz zu berücksichtigen, wenn Sie die Spannung über jedem Widerstand berechnen.

  2. Der 100-M-Widerstand würde 36 W verbrauchen.

  3. Achten Sie auf die Belastung des Vorrats. Diese Vorrichtung zieht 0,6 mA.

Meines Wissens hängt die Genauigkeit Ihrer Messung von der Empfindlichkeit Ihres Multimeters ab. Laut Ihrem Teiler fließen etwa 600 uA durch die Widerstände. Ein kleiner Strom wie 100 uA, der in das Multimeter gezogen wird, ändert also die Messwerte.

Fast jedes digitale Multimeter verwendet einen elektronischen Verstärker (Operationsverstärker) in der Eingangsstufe, der die Impedanz festlegt. Ein gutes digitales Multimeter erledigt also die Arbeit für Sie. Die meisten analogen Multimeter ziehen jedoch je nach Eingangsspannung einen unterschiedlichen Strom. Das wird also ein No Go.

Wie TEK erwähnte, hilft die Verwendung mehrerer Widerstände in Reihe anstelle eines einzigen großen Widerstands auch beim Toleranzproblem. Negative Fehler können durch positive Fehler aufgehoben werden.
@AroshaDissanayake Die Erhöhung der Genauigkeit beim Kombinieren von Widerständen funktioniert in der Praxis normalerweise nicht. Sie gehen beim Kauf einer Charge von Widerständen davon aus, dass ihr Mittelwert der Nennwert ist und ihre Abweichung normalverteilt ist. Es ist äußerst unwahrscheinlich, dass Sie das in der realen Welt erreichen würden.
@ElliotAlderson ja, vielleicht hast du Recht. Aber noch wichtiger ist, dass die Verwendung einer Reihe von Widerständen die Wärmeableitung unter ihnen aufteilt, richtig? Auch das müssen wir in diesem Fall lösen.
@ElliotAlderson Für ein einmaliges Projekt können Sie die beste Teilmenge aus einem Stapel auswählen, um die Dinge auszugleichen. Und wenn es passiert, dass sie alle hoch sind, nun, Sie können eine weitere Charge kaufen. Es ist nicht nur blindes Vertrauen in Statistiken.
@hobbs Was lässt Sie glauben, dass die "beste Teilmenge" einer Charge Werte aufweisen wird, die über und unter dem Nennwert liegen? Es ist wahrscheinlicher, dass sie alle unten oder alle oben sind. Wenn Sie die pauschale Aussage, dass die Kombination von Widerständen die Toleranz verbessert, nicht qualifizieren, dann verlassen Sie sich blind auf Statistiken. Das OP hat diese Probleme eindeutig nicht verstanden, und es wäre irreführend, die Details aus der Diskussion herauszulassen.

Eine kleine Änderung wäre, das Multimeter im Strommessbereich zu verwenden, statt Spannungsmessung.

Auf diese Weise können Sie den Messstrom auf Mikroampere reduzieren, und er wäre auch viel unempfindlicher gegenüber der Impedanz des Multimeters. Und die Spannung an den Drähten, die zum Multimeter führen, beträgt weniger als ein Volt.

Es ist immer noch eine gute Idee, R2 an Ort und Stelle zu lassen, um die Spannung zu begrenzen, falls das Messgerät nicht angeschlossen ist. Für den µA-Pegelmessstrom ist Ihr Wert von 1 MOhm geeignet, um die Spannung auf ungefährliche ~60 Volt zu begrenzen.

Und wie bei anderen bereits erwähnten Antworten müssen Sie R1 aus mehreren Widerständen als physikalisch lange Kette aufbauen, um Lichtbögen zu vermeiden. Zum Beispiel würden 100 x 10-MOhm-Widerstände in Reihe eine Antwort von 1 µA = 1 kV für das Messgerät ergeben.

Der Vorteil ist, dass im Strommessmodus die Impedanz des Multimeters im Vergleich zu R2 sehr niedrig ist (höchstens einige Kiloohm). Auf diese Weise wird der gesamte Messstrom sinnvoll im Messgerät verwendet, anstatt als Wärme verschwendet zu werden. Auch die genaue Impedanz spielt keine Rolle, da sie in jedem Fall viel kleiner als R2 ist, während im Spannungsmodus die Impedanz mehrere Megaohm beträgt und somit dem R2-Wert ähnlich ist.

Durch Reduzierung des Messstroms auf Mikroampere reduziert sich die Wärmeverlustleistung auf zB 60 µA * 60 kV = 3,6 W, also nur 0,036 W pro Widerstand.

Würde ich in diesem Fall meine Verbindungen so einrichten wollen, dass sie Spannung oder Strom messen? Ich habe die Schaltung zunächst von meinem Posten aus entworfen, um den 60-kV-Gleichstrom zu reduzieren, und dann eine kleine Spannung (ca. 150 V) gelesen.
@SuperNerdsTeam Zum Messen von Strom. Auf diese Weise wird der gesamte Messstrom sinnvoll genutzt, anstatt als Wärme im Spannungsteiler verschwendet zu werden.
Hochspannungsmesssystem
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v