Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Sonda pomiarowa wysokiego napięcia - dzielnik rezystorowy i wzmacniacz oper.

Kubbaz 01 Lis 2015 09:48 975 7
  • #1 01 Lis 2015 09:48
    Kubbaz
    Poziom 26  

    Witam wszystkich Elektrodowiczów!

    Otóż zbudowałem sondę wysokiego napięcia - dzielnik rezystorowy z rezystorami:
    - R1 = 20 GOhm,
    - R2' = 2,49 MOhm,
    - R2" = 500 kOhm (potencjometr wieloobrotowy).

    Wszystkie rezystory (R1, R2' i R2" połączone są ze sobą szeregowo),
    Do rezystora R1 (20 GOhm) przyłączone jest wysokie napięcie (dodatni biegun).
    Do rezystora R2" przyłączony jest ujemny biegun wysokiego napięcia.

    Wysokie napięcie pochodzi z 2-óch lub 3-ech połączonych ze sobą szeregowo transformatorów 1:1 (230 V AC/230 V AC), wyprostowane w mostku prostowniczym (4-diodowym mostku Gretza z diod GP02-40) i odfiltrowane na 4-ech kondensatorach foliowych (22 nF/2 kV DC każdy) połączonych równolegle o łącznej pojemności 88 nF/8 kV.
    Przy 2-óch transformatorach napięcie wyjściowe wynosi ok. 760 V DC - 820 V DC.
    Przy 3-ech transformatorach napięcie wyjściowe wynosi ok. 1150 V DC - 1210 V DC. Pomiary wykonałem oscyloskopem i sondą pomiarową 2 kV.

    Otóż wykonana przeze mnie sonda rezystorowa została zaprojektowana do wykonywania pomiarów woltomierzami, których rezystancja wejściowa wynosi ok. 10 MOhm, wówczas woltomierz (jego rezystancja wejściowa) podłączany jest równolegle do rezystora 2,49 MOhm i wypadkowa rezystancja tych dwóch rezystorów wynosi 1,99 MOhm (+ korekcja precyzyjna potencjometrem 500 kOhm). Wtedy sonda posiada podział napięć wejściowego do wyjściowego jako 1:10000.

    Otóż zamiast woltomierza podłączyłem wtórnik napięcia na wzmacniaczu operacyjnym LT1638 zasilany napięciem pojedynczym (niesymetrycznym) +5,0 V DC, a na jego wyjściu potencjometr (jako dzielnik dodatkowo skalujący te napięcie, np. 1:10, 1:100) i dopiero miernik panelowy DPM962 (jako woltomierz o zakresie 0-200 mV), producent miernika panelowego podaje jego rezystancję wejściową jako 100 MOhm.

    Jak się okazuje rezystancja wejściowa wzmacniacza (wtórnika napięcia) wpływa znacząco, ponieważ po jego podłączeniu przy napięciu ze źródła wysokiego napięcia 826 V DC miernik panelowy wskazał:
    1. 0,155 V (zamiast 0,083 V DC).
    Po dodatkowym dołączeniu rezystora 10 MOhm na wejściu wtórnika napięciowego miernik panelowy wskazał:
    2. 0,125 V (zamiast 0,083 V DC),
    A po jeszcze dodatkowym podpięciu woltomierza (z rezystancją wejściową 10 MOhm) miernik panelowy i podłączony woltomierz wskazał:
    3. 0,105 V (zamiast 0,083 V DC).

    Nie wiem dlaczego po podłączeniu samego wtórnika do sondy napięcie wskazywane wzrosło do wartości 0,155 V DC?
    przecież rezystancja rezystorów (tu rezystora 2,49 MOhm i rezystancji wejściowej wtórnika napięciowego) łączonych równolegle nigdy nie powoduje wzrostu rezystancji, tylko jej zmniejszane a i tym samym napięcia na nich. Producent wzmacniacza LT1638 podaje wartość rezystancji wejściowego przy na pięciu zasilania +5,0 V DC na poziomie od min. 1,4 MOhm od typ. 5,5 MOhm.

    0 7
  • #2 01 Lis 2015 18:33
    D214d3k
    Poziom 39  

    Uwzględniłeś wpływ rezystancja tych dodatkowych dzielników (potencjometry) na parametry pierwszego dzielnika?

    0
  • #3 01 Lis 2015 18:57
    Kubbaz
    Poziom 26  

    D214d3k napisał:
    Uwzględniłeś wpływ rezystancja tych dodatkowych dzielników (potencjometry) na parametry pierwszego dzielnika?

    Pierwszy potencjometr 500 kOhm jest w pomiarowym dzielniku napięcia w postaci:

    R1 - 20 GOhm,
    R2 - 2,49 MOhm + 0-500 kOhm.
    Z rezystora R2 pobieram napięcie do pomiaru woltomierzem.

    Natomiast drugi potencjometr (też akurat 500 kOhm) (skalujący wartość napięcia dla miernika panelowego), jest już za wtórnikiem napięciowym na wzmacniaczu operacyjnym, więc nie powinien mieć już wpływu na to co jest przed wtórnikiem napięciowym.

    0
  • #5 04 Lis 2015 20:31
    Rasel
    Poziom 20  

    1. Czy uwzględniłeś prąd polaryzacji wejścia wzmacniacza operacyjnego, wejściowe napięcie niezrównoważenia i napięcie nasycenia wyjścia?

    2. Zastosowałeś wzmacniacz operacyjny typu rail-to-rail input and output i pracujesz przy napięciach bardzo bliskich jego ujemnego napięcia zasilania (większych o kilkanaście...kilkadziesiąt miliwoltów). Ale musisz mieć świadomość, że taki wzmacniacz nie jest elementem idealnym, a uzyskanie tak szerokiego zakresu napięć wejściowych i wyjściowych okupione jest pogorszeniem innych parametrów (patrz punkt 1). Poza tym w rzeczywistości jest to "prawie rail-to-rail" i napięcia wejściowe/wyjściowe z reguły osiągają wartości o ułamki wolta mniejsze niż napięcia zasilania wzmacniacza operacyjnego.

    3. Czy oglądałeś na oscyloskopie przebieg na wyjściu wzmacniacza operacyjnego? Ponieważ wzmacniacz pracuje z bardzo dużymi rezystancjami na wejściu, mogą się tam łatwo indukować zakłócenia (np. przydźwięk sieci 230V, zakłócenia w.cz.), które są przenoszone na wyjście wzmacniacza i miernik je mierzy jednocześnie z sygnałem użytecznym.

    4. Dużym błędem jest traktowanie rezystancji wejściowej wzmacniacza operacyjnego jako części rezystora R2 w dzielniku napięcia. Rezystancja wejściowa wzmacniacza powinna być wielokrotnie większa od rezystancji dzielnika, tak aby w jak najmniejszym stopniu obciążać dzielnik i wpływać na wynik pomiaru.

    0
  • #6 05 Lis 2015 20:57
    pawelradomsko
    Specjalista Automatyk

    Witam!
    Skoro napięcie do pomiaru pochodzi z transformatorów to zapewne możesz się pokusić o trochę mniejszą oporność układu pomiarowego (dla 1200V i oporności 10Mohm to tylko 0,144W wydzielanego na opornościach)
    Dla Twoich 20Gohm prąd to tylko 60 nA i bardzo łatwo o błędy.
    Prawdopodobnie Twoje transformatory mają trochę zapasu mocy i mógłbyś operować na wyższych prądach.
    Drugą sprawą jest dosyć niska pojemność za mostkiem (nie wiem jakie jest obciążenie układu) i być może masz na wyjściu składową stałą i zmienną - podłącz jakiś oscyloskop do sondy.
    No i jeszcze rezystory: czy są bezindukcyjne?
    Co prawda częstotliwość niska, ale i prąd pomiarowy malutki.
    Pozdrawiam.

    0
  • #7 06 Lis 2015 11:00
    _jta_
    Specjalista elektronik

    O ile dobrze rozumiem, mierzysz napięcie stałe, nie przemienne? Bo przy przemiennym 50Hz przez pojemność nawet tylko 1pF popłynie kilka razy większy prąd, niż przez opornik 20GΩ. Ale i przy stałym jest kwestia, czy opornik "20GΩ" naprawdę ma 20GΩ - wystarczy odrobina brudu i opór będzie dużo mniejszy.

    0
  • #8 08 Lis 2015 19:36
    RitterX
    Poziom 36  

    Przy pomiarze wysokich zwykle stosuje się szeregowo połączone rezystory tworzące sumarycznie rezystor, na którym jest największy spadek napięcia. Rzeczywiste rezystory mają ograniczone napięcie pracy i warto o tym pamiętać. Dlatego stosowanie jednego rezystora 20GΩ nie wydaje się dobrym pomysłem. No chyba, że jest to specjalnie przygotowany rezystor wysokonapięciowy o sporych gabarytach. Choć typowo sondy WN mają rezystancję przynajmniej o rząd wielkości niższą.
    Woltomierze 10MΩ rezystancję mają tylko dla tego, że ktoś tak zaprojektował wstępny układ kondycjonujący dzielnika. Zwykle woltomierz ma znacznie wyższą rezystancję wejściową choć nie jest ona powtarzalna. Stąd w miernikach uniwersalnych rezystancja wejściowa nie koniecznie musi być taka sama na wszystkich zakresach. Bywa tak, że na najczulszym zakresie jest większa. Z tego co pamiętam, w sporej liczbie mierników uniwersalnych z automatyczną zmianą zakresu rezystancja wejściowa nie wynosi 10MΩ lecz 7.8MΩ.

    https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic941607.html#4855595

    0