Измерение высокого напряжения, при сверхмалых токах Опции

[LCD]

Здравствуйте. Есть высокое напряжение в несколько сот вольт, которое необходимо сравнивать с образцовым с точностью в 20 вольт. Проблема в том, что источник напряжения имеет очень высокое внутреннее сопротивление, поэтому допустимые токи крайне малы. Я сначала хотел поставить делитель и компаратор, но делитель (из резисторов на 10М и 62к) просаживает напряжение почти до нуля. Посоветуйте решение для сравнения или измерения высокого напряжения, которое не будет его просаживать.

[stells]

Посоветуйте решение...

несколько резисторов 10М, тем более, что резисторы как правило имеют предельное напряжение около 200В

[DS]

Электростатический вольтметр.

[Tanya]

100V/100G = 1nA.
Можно легко измерить. Даже в 1000 раз меньше.
Прикидка такая.
Тема перемещена.

[DS]

Если от 10 МОм падает до 0, то какое сопротивление вызывает падение напряжения в 2 раза ? Чтобы можно было от чего-то плясать. Т.е. что такое "крайне малы" в цифровом выражении.

[LCD]

Всем спасибо за советы, пока попробую сделать делитель с бОльшими номиналами.

[stells]

какое у Вас напряжение и на сколько вольт резистор? скорее всего его просто прошивает, ну не может источник не выдать ток порядка 0,1мА

[DS]

какое у Вас напряжение и на сколько вольт резистор? скорее всего его просто прошивает, ну не может источник не выдать ток порядка 0,1мА

Может. Пьезотрансформатор для питания МКП, например.

[VCO]

А может быть емкостной делитель на конденсаторах со сверхмалыми токами утечки попробовать???
Полиэстеровые конденсаторы при этом достаточную точность и термостабильность могут обеспечить

[Tanya]

А может быть емкостной делитель на конденсаторах со сверхмалыми токами утечки попробовать???
Полиэстеровые конденсаторы при этом достаточную точность и термостабильность могут обеспечить

Это сработает только на переменном токе.

[Microwatt]

А сколько же току можно отобрать без вреда? Как-то без этого трудно двигаться дальше.

[VCO]

Это сработает только на переменном токе.

Так в момент подключения такого делителя к нагрузке ток и будет переменным, пока ёмкости не зарядятся до напряжения источника, если источник не кувыркнётся каким-либо нелепым образом. Зато в конце зарядки, если получится, будем иметь чистое показание напряжения независимо от внутреннего сопротивления источника.
Например: берём десяток 1X0-Вольтовых одинаковых конденсаторов из одной партии, пять соединяем параллельно, пять - последовательно, в т.ч. с первыми пятью, т. о. получая делитель 1:26. Этот делитель можно будет достаточно точно калибровать от тех же 20В.
Вопрос лишь в том, допускает ли этот источник заряд ёмкости?

[Tanya]

Так в момент подключения такого делителя к нагрузке ток и будет переменным, пока ёмкости не зарядятся до напряжения источника, если источник не кувыркнётся каким-либо нелепым образом. Зато в конце зарядки, если получится, будем иметь чистое показание напряжения независимо от внутреннего сопротивления источника.

Странные Вы пишите мысли.... Это будет одноразовое измерение. Потом в игру вступят различия в сопротивлении конденсаторов.

[VCO]

Это будет одноразовое измерение. Потом в игру вступят различия в сопротивлении конденсаторов.

Почему одноразовое? Разряжаете ёмкости и снова вперёд. Скорость, само собой, будет ограничена, но о ней ничего не сказано.
Ну ладно, альтернативную мысль я подкинул, а топикстартер пусть сам решает, по какому пути идти. 100 ГОм дольше искать и ждать...

[Tanya]

Почему одноразовые? Разряжаете ёмкости и снова вперёд. Скорость, само собой, будет ограничена, но о ней ничего не сказано.
Ну ладно, альтернативную мысль я подкинул, а топикстартер пусть сам решает, по какому пути идти. 100 ГОм дольше искать и ждать...

Вы предлагаете еще много-много релюшек поставить?

[VCO]

Вы предлагаете еще много-много релюшек поставить?

Несколько сот Вольт для ПТ давно не проблема! Также хочу повторить за другими, мы не знаем внутреннего сопротивления, вдруг оно 10 ГОм.

[Tanya]

Несколько сот Вольт для ПТ давно не проблема! Также хочу повторить за другими, мы не знаем внутреннего сопротивления, вдруг оно 10 ГОм.

Так а какая утечка будет у закрытых транзисторов? А их емкость? Их еще закрывать нужно одновременно...
И еще - когда мы конденсатор(ы) будем подключать, - какой ток потечет?

100 ГОм дольше искать и ждать...

Как-то так получилось, что 1Т легко нашлось... У меня.

[VCO]

Так а какая утечка будет у закрытых транзисторов? А их емкость? Их еще закрывать нужно одновременно...

Ну с ПТ я может и недодумал, это считать надо, и надо ли? Нам надо-то 4 ключа: на заряд, на разряд, на измерение и на калибровку.
Ладно, пусть будут герконовые реле, суть не в этом же..

И еще - когда мы конденсатор(ы) будем подключать, - какой ток потечет?

Никто не мешает нам его ограничить несколькими резисторами в 10М, лишь бы он потёк! Идея в том, что ёмкости должны повторить напряжение источника, заодно поделив до удобного значения. А делитель, например из 100 одинаковых резисторов 10 МОм этого не гарантирует.
Само собой, что внутреннее сопротивление конденсаторов должно быть огромным, порядка нескольких ГОм и сборка желательна объёмная.

[stells]

надо бы все-таки дождаться от автора сведений об источнике

[VCO]

надо бы все-таки дождаться от автора сведений об источнике

Да Я что-то сильно сомневаюсь, что он в курсе относительно внутреннего сопротивления источника, поэтому и предложил оценить его конденсаторами. Не исключено, что ему придётся заказывать и долго ждать МногоГигаОмные резисторы от Vishay из далёкого и солнечного Израиля, а полиэстеры у многих "измеряльщиков" часто под рукой валяются...

[Tanya]

Ну с ПТ я может и недодумал, это считать надо, и надо ли? Нам надо-то 4 ключа: на заряд, на разряд, на измерение и на калибровку.
Ладно, пусть будут герконовые реле, суть не в этом же..

Герконовые реле не держат напряжения такие. Реле нужно по штучке на каждый конденсатор для разряда.
Какой величины емкости Вы планируете поставить конденсаторы, и чем (как) измерять напряжение на одном из них?

[VCO]

Герконовые реле не держат напряжения такие. Реле нужно по штучке на каждый конденсатор для разряда.
Какой величины емкости Вы планируете поставить конденсаторы, и чем (как) измерять напряжение на одном из них?

Так, Tanya, давайте отмотаем всё немного назад и забудем про заряд-разряд емкостей, на который я повёлся будучи в хорошем настроении как ребёнок, в чём нет ни капли Вашей вины, разумеется. Рассмотрим два варианта:
1. Мы подсоединили к измеряемому источнику напряжения (точнее ЭДС, хотя пока это неясно) резисторный делитель 1:50 для сравнения напряжения до 1000В с ИОН 20 В. Внутреннее сопротивление нам неизвестно, известно точно, что оно много больше 10 МОм, т.е. порядка начиная от 1 ГОм.
Вопрос на засыпку №1: Какие резисторы заказать у Vishay для делителя? 1 ГОм? 10ГОм? 100ГОм? 1 ТОм. А может искать легендарные 10 ТОм в стекле???
Вопрос на засыпку №2: Почему выбрано такое большое напряжение сравнения, удобнее было бы сравнивать с 1В при делителе 1:1000? Чем меньше номинал нижнего плеча - тем меньше выходное сопротивление делителя (ЕМНИП оно равно сопротивлению параллельного включения верхнего и нижнего плеч)
2. Мы подсоединили пока некий неизвестный нам по номиналам, но известный по типу емкостей, емкостной делитель 1:50 или 1:1000 к измеряемому источнику напряжения через токоограничивающий резистор 10 МОм:
Вопрос №1: Как перераспределятся напряжения между конденсаторами в первом и во втором случае.
Вопрос №2: Измеряемое напряжение было 500В, оно увеличилось в 2 раза. Что произойдёт с напряжениями на конденсаторах?
Вопрос №3: Измеряемое напряжение было 500В, оно уменьшилось в 2 раза. Что произойдёт с напряжениями на конденсаторах?
Если внимательно проанализируете мои вопросы, то поймёте, что ответы на них далеко не очевидны, чтобы делать какие-то дальнейшие наброски в схемотехнике. stells прав, мы забежали вперёд паровоза!

[xemul]

Вопрос №1: Как перераспределятся напряжения между конденсаторами в первом и во втором случае.

Конденсаторы идеальные или не очень? Про всякоразные и более другие утечки пока даже не поминаю.

Вопрос №2: Измеряемое напряжение было 500В, оно увеличилось в 2 раза. Что произойдёт с напряжениями на конденсаторах?
Вопрос №3: Измеряемое напряжение было 500В, оно уменьшилось в 2 раза. Что произойдёт с напряжениями на конденсаторах?

Обычный переходный процесс.
В любом случае, возмущение, вносимое измерёметром в объект измерения, должно быть меньше требуемой погрешности измерения. Применительно к обсуждаемой проблеме по цифирям, озвученным ТС, могу среднепотолочно предположить сопротивление источника на уровне сотен МОм ... единиц ГОм. Потребное входное сопротивление измерёметра оцените сами.

Если внимательно проанализируете мои вопросы, то поймёте

что Вам не приходилось измерять заряды в 10^(6..12) электронов.
ТС не огласил, что является источником измеряемой величины. Может статься, что какое-нить косвенное измерение здесь будет более уместным.

[SNGNL]

Есть высокое напряжение в несколько сот вольт, которое необходимо сравнивать с образцовым с точностью в 20 вольт. Проблема в том, что источник напряжения имеет очень высокое внутреннее сопротивление, поэтому допустимые токи крайне малы.

ЭЛТ с электростатическим отклонением луча. Если сравнивать визуально.

[Microwatt]

ЭЛТ с электростатическим отклонением луча. Если сравнивать визуально.

Браво! Это, действительно метод. Все новое - хорошо забытое старое.
Но ТС так и не знает пока что у него за источник. Мерять-то пока нечего.
Ждем-с...

[НЕХ]

напомню ещё парочку методов, не связанных с резисторами - электрооптический (эффект Поккельса) и с применением движущегося конденсатора (или экранируемого).
патенты MURATA US6316942 US6661232

Сообщение отредактировал НЕХ - Jul 31 2011, 07:28

Прикрепленные файлы

 murata_potentcial_sensor.pdf ( 52.09 килобайт ) Кол-во скачиваний: 75

 

[LCD]

О, какое бурное обсуждение разгорелось без меня! Итак, ни электростатические вольтметры, ни ЭЛТ, ни системы с реле не подходят, т.к. вся контролирующая схема сильно ограничена в пространстве и цене. Она должна контролировать напряжение источника питания для счетчика Гейгера. Рабочее напряжение - до 600 вольт, оно должно сравниваться с 400 вольтами. Источник высокого напряжения - малогабаритный трансформатор, за которым следует выпрямительный диод и конденсатор на 10 нФ. Как показали опыты, сборка резисторов общим сопротивлением 120 МОм также просаживает все измеряемое напряжение почти до нуля, а ставить делитель с бОльшими номиналами я не вижу смысла, т.к. на результатах измерений начнет сказываться влажность воздуха, качество промывки плат и прочие внешние параметры. Стоит ли дальше думать над делителем или есть какие-нибудь другие подходящие способы?

[Tanya]

. Как показали опыты, сборка резисторов общим сопротивлением 120 МОм также просаживает все измеряемое напряжение почти до нуля, а ставить делитель с бОльшими номиналами я не вижу смысла, т.к. на результатах измерений начнет сказываться влажность воздуха, качество промывки плат и прочие внешние параметры.

Это какая же у Вас мощность?
В модулях Намаматсу стоит (фактически) делитель 1Г/1М. Мощность на резисторе - милливатт.
Напряжение - киловольт с хвостиком. Размеры всего устройства вместе с ФЭУ, генератором, трансформатором, усилителем и пр. - примерно со спичечный коробок.
А влажность воздуха в Японии очень высокая.

[stells]

Стоит ли дальше думать над делителем или есть какие-нибудь другие подходящие способы?

есть... сделать источник нормальный, как я и говорил, Ваш просто обязан выдать требуемую мощность

[VCO]

Стоит ли дальше думать над делителем или есть какие-нибудь другие подходящие способы?

Стоит думать, но не над делителем, а над схемой. Ума не приложу, что Вы там наворотили?

[LCD]

В модулях Намаматсу

Что это такое?

[ILYAUL]

А может всё таки время разряда кондёра поиспользовать. Полевик , емкость , ещё полевик + делитель + компаратор по нулю. Да и конечно же счётчик

[LCD]

Стоит думать, но не над делителем, а над схемой. Ума не приложу, что Вы там наворотили?

Увы, схему источника изменять нельзя, за исключением небольших доработок, одной из которых я занимаюсь.

А может всё таки время разряда кондёра поиспользовать. Полевик , емкость , ещё полевик + делитель + компаратор по нулю. Да и конечно же счётчик

Как Вы себе это представляете? Объясните поподробнее, или, если можете, нарисуйте.

[Tanya]

Что это такое?

Их много разных. Вот посмотрите H10723, например.

[ILYAUL]

Как Вы себе это представляете? Объясните поподробнее, или, если можете, нарисуйте.

Да вообщем-то всё достаточно просто, два полевика -- один подключается к 400В другой к Вашему напряжению 600B
К стоку полевиков емкость, конечно не менее 600V , туда же подключаете третий полевик истоком, на стоке делитель и т.д выше по тексту
Включаете 400V - заряжаете емкость , включаете 3 полевик , сначала отключив первый - разряжаете емкость - с момента вкл полевика на разряд - считаете время разряда ( может и не нужен этот этап, если уверены в 400 вольт - тогда константа).
Включаете 600V - опять -заряжаете , разряжаете, считаете - разница между показаниями даст Вам напряжение. Вся схема настолько высокоомная , что врядли просадит Ваш Б.П Вообщем тот же самый процесс ,что с 400 V
Естественно , что делитель тоже состоит из мегом. Формуды расчётов можно посмотреть в инете

[Microwatt]

Три милливатта просаживают источник до нуля? Сочувствую.
Чтобы во время замера напряжение не очень проседало, включите параллельно источнику накопительный конденсатор. Измерительный делитель (он теперь может быть достаточно низкоомным) подключайте к цепи 600В полевиком кратковременно, только на время измерения.

[LCD]

Да вообщем-то всё достаточно просто, два полевика -- один подключается к 400В другой к Вашему напряжению 600B

Стабильных 400 вольт в приборе нет. Есть высокое напряжение, которое может колебаться от 300 до 600 вольт. Я планировал поставить делитель 1:160 и КМОП-компаратором сравнивать поделенное напряжение с 2,495 вольтами, полученными с источника опорного напряжения на TL431.

Чтобы во время замера напряжение не очень проседало, включите параллельно источнику накопительный конденсатор.

Там уже стоит конденсатор на 10 нФ. До полного заряда заряжается почти минуту.

[ILYAUL]

Стабильных 400 вольт в приборе нет. Есть высокое напряжение, которое может колебаться от 300 до 600 вольт. Я планировал поставить делитель 1:160 и КМОП-компаратором сравнивать поделенное напряжение с 2,495 вольтами, полученными с источника опорного напряжения на TL431.

Ну и что, выбрасывайте измерение 400 v - вы измеряете не напряжение ,а время разряда и пересчитываете его в напряжение, и опорник это ноль , нафинг TL
хотя странно Вы же сами написали

Рабочее напряжение - до 600 вольт, оно должно сравниваться с 400 вольтами

И зачем Вам его измерять , что он там питает, да ещё так не стабильно - до 50% разницы?

[stells]

интересно, а счетчик Гейгера не просаживает питание? ведь тоже должен при хорошей загрузке

[Microwatt]

Там уже стоит конденсатор на 10 нФ. До полного заряда заряжается почти минуту.

Ну так тогда в чем проблема? Спокойно можно измерить за миллисекунду, не очсень его разряжая даже относительно низкоомным делителем..

[Tanya]

подключайте к цепи 600В полевиком кратковременно, только на время измерения.

А какая утечка у таких полевиков?
У автора выходное сопротивление источника... несколько ГОм.

[asdf]

А какая утечка у таких полевиков?
У автора выходное сопротивление источника... несколько ГОм.

Совсем дурацкая идея - может что-то типа управляемого разрядника для коммутации использовать, откалибровать итд.
Бывают маленькие, по размерам.

[SNGNL]

Есть высокое напряжение в несколько сот вольт, которое необходимо сравнивать с образцовым с точностью в 20 вольт.

Рабочее напряжение - до 600 вольт, оно должно сравниваться с 400 вольтами.

Стабильных 400 вольт в приборе нет. Есть высокое напряжение, которое может колебаться от 300 до 600 вольт. Я планировал поставить делитель 1:160 и КМОП-компаратором сравнивать поделенное напряжение с 2,495 вольтами, полученными с источника опорного напряжения на TL431.

Стоит ли дальше думать над делителем или есть какие-нибудь другие подходящие способы?

Cтоит научиться грамотно формулировать условия задачи.

[Microwatt]

А какая утечка у таких полевиков?
У автора выходное сопротивление источника... несколько ГОм.

У совсем уж - 0.5-1мкА
А поискать - так и 20-30 нА
Автор просто еще не совсем уяснил для себя задачу.

[Tanya]

А поискать - так и 20-30 нА

Это при 600В? Тоже... многовато будет.

[xemul]

Там уже стоит конденсатор на 10 нФ. До полного заряда заряжается почти минуту.

Нехитрый расчёт показывает, что Ваш истошник высокого напряжения выдавливает из себя среднестатистически ~30 мкВт.
Гадать, где так удалось накосячить в схеме, не подлежащей изменению, не берусь.

[Microwatt]

Нехитрый расчёт показывает, что Ваш истошник высокого напряжения выдавливает из себя среднестатистически ~30 мкВт.
Гадать, где так удалось накосячить в схеме, не подлежащей изменению, не берусь.

Если так - пожалуй, да!
Кто разрабатывал этот источник - пущай и меряет.
Можно только сказать, что работать он будет только под стеклянным колпаком. В вакууме.
Любая пыль или влажность будет сажать его до нуля, без всякой нагрузки.

[stells]

Гадать, где так удалось накосячить в схеме, не подлежащей изменению, не берусь.

но предположить можно... например высокая частота преобразователя и медленный выпрямительный диод

[НЕХ]

Автору темы может пригодиться "БП дозиметра ТЕРРА-П" http://forum.ixbt.com/topic.cgi?id=48:8024

Сообщение отредактировал НЕХ - Aug 1 2011, 11:22

[ILYAUL]

Автору темы может пригодиться "БП дозиметра ТЕРРА-П" http://forum.ixbt.com/topic.cgi?id=48:8024

Точно может пригодиться, сначала сделать нормальный Б.П , а уж потом мерить.

[ledum]

Я, как СВЧушник, не умею мотать по многу витков. Поэтому http://pdfserv.maxim-ic.com/en/an/AN3757.pdf с выкинутыми лишними каскадами умножения абсолютно правдиво едят свои микроамперы от 5 Вольт, которые, в свою очередь берутся от сингл целл MCP (1640 ЕМНИП) или TPS. И опора обычно не нужна. Хватает стабильности 5В. Операционник MCP6401 - рэйл-ту-рэйл по входу - как опора сразу питание берется без делителя

Сообщение отредактировал ledum - Aug 1 2011, 12:12

[asdf]

А какая утечка у таких полевиков?
У автора выходное сопротивление источника... несколько ГОм.

Можно попробовать вот эти
У них на 600В - 100 нА, если измерять не относительно нуля, а относительно 400В, то на разности в 200В утечка будет меньше 10 нА.
И емкость десяток пик.
Еще можно напряжение запирания вольт до 10 поднять.

Прикрепленные файлы

 BSS126_Rev2.0_.pdf ( 225.54 килобайт ) Кол-во скачиваний: 22

 

[msalov]

Можно оценить напряжение на выходе по выбросу(без учёта паразитных эффектов) на ключе в момент размыкания
U_DS = U_VCC + (V_O + V_F) / N
где U_DS - напряжение на ключе в момент размыкания
U_VCC - напряжении питания
V_O - напряжение на выходе
V_F - падение на выходном диоде
N - коэффициент трансформации.
P.S. всё это справедливо для flyback топологии

[LCD]

Можно оценить напряжение на выходе по выбросу(без учёта паразитных эффектов) на ключе в момент размыкания

Спасибо за совет, но проблема в том, что коэффициент трансформации каждого трансформатора известен очень приблизительно и имеет погрешность 50%.

[stells]

так у Вас флай?
Вы бы схему привели

[DS]

Из вышеизложенного следует, что источник у Вас просто неисправен/не правильно спроектирован и не работает. А 600 В на выходе получается по недоразумению за счет каких-то утечек или выбросов. В любом случае пока не решен вопрос с функционированием источника, попытка стабилизировать напряжение - пустая трата времени.

[asdf]

Из вышеизложенного следует, что источник у Вас просто неисправен/не правильно спроектирован и не работает. А 600 В на выходе получается по недоразумению за счет каких-то утечек или выбросов. В любом случае пока не решен вопрос с функционированием источника, попытка стабилизировать напряжение - пустая трата времени.

Судя по приведенным данным ТС оперирует мощностью порядка 30-40 мкВт.
Возможно, развлекается чем нибудь таким:
http://electronicdesign.com:80/article/ide...ow-cost-en.aspx
Я, думаю, правильное решение - подключать делитель с большими потреблением на короткое время, чтобы конденсатор не смог сильно разрядиться за период измерения.

[Tanya]

Я, думаю, правильное решение - подключать делитель с большими потреблением на короткое время, чтобы конденсатор не смог сильно разрядиться за период измерения.

Остался только один вопрос - чем подключать? Точнее - чем отключать?

[asdf]

Остался только один вопрос - чем подключать? Точнее - чем отключать?

Я уже предлагал BSS126, можно что то подобное. При измерении относительно 400В (разность 200В), на нем будет теряться 2 мкВт. При этой же разности, емкость будет - несколько пФ.
Получается. что сделать измеритель можно, но стоит ли овчинка выделки в этом случае.

[Tanya]

Я уже предлагал BSS126, можно что то подобное. При измерении относительно 400В (разность 200В), на нем будет теряться 2 мкВт. При этой же разности, емкость будет - несколько пФ.
Получается. что сделать измеритель можно, но стоит ли овчинка выделки в этом случае.

Какие 400 вольт? Откуда? Будь у автора нормальные 400 вольт, задавал бы он вопросы...
У него, наверное, все это питается от батарейки для наручных часов... Или 10 приборов от одной батарейки...

[asdf]

Какие 400 вольт? Откуда? Будь у автора нормальные 400 вольт, задавал бы он вопросы...

Вы пропустили

Рабочее напряжение - до 600 вольт, оно должно сравниваться с 400 вольтами.

[Tanya]

Вы пропустили

Нет. Я думаю, что 400 вольт - нижний предел или номинальное напряжение...
Это автор так выражает свои мысли. Это моя мысль.

[asdf]

Нет. Я думаю, что 400 вольт - нижний предел или номинальное напряжение...
Это автор так выражает свои мысли. Это моя мысль.

Извините, действительно

Стабильных 400 вольт в приборе нет. Есть высокое напряжение, которое может колебаться от 300 до 600 вольт.

[Serj78]

Походу стоит задача стабилизировать напряжение, а измерение видится автором как часть общей задачи.

Поставьте на выход стабилитрон ( есть ли такие с малой утечкой? ) и завысьте начальное напряжение раза в 1.5

[Alexashka]

Может пригодится
Как упростить измерения высоких напряжений