Измерение высоковольтного напряжения емкостным датчиком, непонятные забросы напряжения Опции

[msn]

Необходимо измерять форму напряжения во вторичной цепи зажигания автомобиля (высоковольтные (ВВ) импульсы с амплитудой пробоя искры до 20 КВ, амплитудой горения искры около 2 КВ и длительностью 1-3 мс). Снятие формы вторичного напряжения основано на наличии паразитной емкостной связи, возникающей между токопроводящей жилой ВВ провода и емкостной пластиной датчика.



Для устранения искажения формы сигнала диф. цепочкой (паразитная емкость) используется компенсационная емкость (неполярный конденсатор между центральной жилой и экраном кабеля) образующая емкостной делитель.

Эталонная форма импульса вторичного напряжения выглядит следующим образом:



При снятии осциллограмм возникает непонятный эффект следующий сразу после пробоя искрового промежутка и проявляющийся в подбрасывании изолинии (подбросы могут быть как нескольких подряд идущих импульсов так и через 3-5 импульсов).



Причину возникновения заброса пока не могу понять, но его выделанная форма очень напоминает разряд емкости.

Практически удалось определить что уменьшить этот эффект можно двумя способами:

1. Практически полным экранированием датчика, как тут, что очень дорого в производстве

2. Либо покрыть поверхность емкостной пластины (достаточно только со стороны ВВ провода) солидолом / литолом или теромоклеем.



На графике красного цвета сигнал снятый датчиком с литолом, а на графике синего цвета без литола. Оба датчика имею одинаковую конструкцию и находятся рядом на одном и том же ВВ проводе (специально нашел провод на котором этот эффект очень заметен). Причем если вообще не использовать корпус датчика, а просто притулить пятачок к ВВ проводу, то на пятачке с литолом забросов так же не будет, а без литола будут.

По одной из теорий причиной заброса может быть то, что ВВ провода (старые) имеют микротрещины изоляции, а из-за большой напряженности поля происходит разряд, который ловится датчиком.

Может, кто сталкивался с подобным явлением, и при возможности может прояснить причину этого эффекта, возможные способы его устранения. Для себя хочу выяснить, почему литол полностью устраняет этот эффект, а колпачок датчика из капролона в котором находится пятачок не устраняет.

Спасибо.

[SNGNL]

Пробовал такие датчиками:

Результат тот же.

С учетом дополнительной информации, рискну предположить следующее: причиной нестабильности могут быть заряды, накапливающиеся на близлежащей поверхности ВВ кабеля под действием ВВ импульсов. Эти заряды может затягивать под обкладку датчика (зависит от поверхностной проводимости), что и вызывает данный эффект.
Дополните эксперимент следующим: с обеих сторон от обкладки датчика (можно использовать Ваш экспромт датчик, только с хорошей изоляцией. Например, тефлоновой пленкой. У пятачка, IMHO, площадь маловата) наложите на поверхность ВВ кабеля кольца-скрутки из монтажного провода без изоляции. Скрутки соедините с оплеткой измерительного кабеля. Смысл дополнения в том, что поверхностные заряды будут стекать на оплетку.

[msn]

Спасибо!

С учетом дополнительной информации, рискну предположить следующее: причиной нестабильности могут быть заряды, накапливающиеся на близлежащей поверхности ВВ кабеля под действием ВВ импульсов. Эти заряды может затягивать под обкладку датчика (зависит от поверхностной проводимости), что и вызывает данный эффект.

Перечитал курс физики
И так же считаю это наиболее вероятным вариантов.
Фактически существует два источника заряда:
1. Токопроводящая жила ВВ провода, она же одна из обкладок конденсатора
2. Заряды, накапливающиеся на изоляции ВВ провода, которые не пробивают капролоновый корпус датчика, а изменяют напряженность внутри диэлектрика, дополнительно поляризуя его.
А солидол, другая смазка или термоклей с длинными молекулами возможно плохо поляризуются.

Проверял наличие забросов, вообще не дотрагиваясь до ВВ провода, забросы бывают реже, но без литола все равно большой амплитуды.

Дополните эксперимент следующим: с обеих сторон от обкладки датчика (можно использовать Ваш экспромт датчик, только с хорошей изоляцией. Например, тефлоновой пленкой. У пятачка, IMHO, площадь маловата) наложите на поверхность ВВ кабеля кольца-скрутки из монтажного провода без изоляции. Скрутки соедините с оплеткой измерительного кабеля. Смысл дополнения в том, что поверхностные заряды будут стекать на оплетку.

Проверил.
Обмотал ВВ провод фольгой до и после пяточка, фольгу соединил с экраном кабеля (фактически экранирование датчика), который заземлен через измерительный блок. Забросы стали меньше и даже изменили знак – начали появляется не значительные забросы в низ. В темноте видно небольшие искры бьющие из фольги на ВВ проводе в экран кабеля (для исследования специально взял такой плохой ВВ провод).

[gte]

Спасибо!

Перечитал курс физики
А солидол, другая смазка или термоклей с длинными молекулами возможно плохо поляризуются.

Причина не в поляризации.
Упакуйте измерительный электрод в силиконовый герметик (для начала можно использовать автогерметик, лучше "Гермесил", Данков). При этом, поверхность обращенная к кабелю должна быть по радиусу. При измерении необходимо обеспечить плотный прижим, возможно и тонкий слой смазки на поверхности датчика силиконовой жидкостью перед зажимом. По краям площадки датчика силиконовый компаунд-изолятор должен быть на расстояние заведомо больше зазора между электродом и центральной жилой высоковольтного провода. Т.е. при зажиме датчика силиконовая изоляция будет сжиматься и обеспечивать плотный безвоздушный контакт, а фиксированный зазор будет обеспечиваться Вашим внешним капролоновым корпусом датчика (прижим до упора во внешний корпус).
Выбросы, которые Вы видите при начальной конструкции, должны иметь определенную частоту и она будет зависеть от зазора (прижима).

[msn]

Причина не в поляризации.

Если не сложно поясните, пожалуйста, в чем тогда причина.

Я имел виду следующие:

E1 – поле созданное зарядами на токопроводящей жиле ВВ провода и пяточке датичка.
E2 – поле созданное зарядами в изоляции ВВ провода и корпусе датчика, частично уменьшающие поле E1 из-за e > 1.
Q3 – это заброс заряда на поверхность изоляции ВВ провода, который в свою очередь приведет к кратковременному измерению поля E1 и E2.

Прочитал это (Ландсберг Элементарный учебник физики):

Упакуйте измерительный электрод в силиконовый герметик (для начала можно использовать автогерметик, лучше "Гермесил", Данков). При этом, поверхность обращенная к кабелю должна быть по радиусу. При измерении необходимо обеспечить плотный прижим, возможно и тонкий слой смазки на поверхности датчика силиконовой жидкостью перед зажимом.

Силиконовая смазка также как и солидол практически полностью устраняет забросы.
Достаточно просто смазать поверхность пяточка солидолом или силиконом, дотронутся им до ВВ провода (даже без корпуса и забросы уменьшаются в разы).

По краям площадки датчика силиконовый компаунд-изолятор должен быть на расстояние заведомо больше зазора между электродом и центральной жилой высоковольтного провода.

Не совсем понял.
Сейчас диаметр пяточка чуть меньше 10 мм, а внутренний диаметр колпачка (корпус) чуть больше 10 мм.

Выбросы, которые Вы видите при начальной конструкции, должны иметь определенную частоту и она будет зависеть от зазора (прижима).

Периодичности не заметил.

Датчик довольно хорошо (мощная пружина внутри) поджимает колпачок с пяточком к ВВ проводу.
Для эксперимента пробовал и приклеить корпус датчика к ВВ проводу, что бы точно расстояние не менялось.
При смене расстояния уменьшается амплитуда сигнала, забросы становятся реже, т.е. проявляются только забросы большой амплитуды.
Автор! Не нужно загромождать форум картинками из учебников! И свои картинки ужимайте. Т.

Причина редактирования: Избыточное цитирование.

[Tanya]

Если не сложно поясните, пожалуйста, в чем тогда причина.

Мне представляется. что у Вас банальный пробой происходит с последующим разрядом емкость кабеля+ то, что Вы приделали. Пробой кабеля происходит в тонком канале, который убивается смазкой.

[msn]

Врядли происходит пробой капролоного корпуса датчика который по центру ВВ провода, так как если надеть капролонноый колпачок на ВВ провод вместо свечи, то пробивается катушка, т.е. искра не “выходит” из колпачка на массу авто, которая рядом.