Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Elektroda.pl
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Jak zbudować własną sondę wysokiego napięcia?

_lazor_ 29 Oct 2021 20:19 3480 39
Metalwork
  • Jak zbudować własną sondę wysokiego napięcia?


    1. Wstęp

    Wysokie napięcie jest widowiskowe, piękne i niebezpieczne. Fascynujący jest zakres wykorzystania technik wysokiego napięcia, od aparatury do zdjęć rentgenowskich, mikroskopów elektronowych, poprzez produkcję półprzewodników do produkcji… frytek. Technika wysokich napięć jest popularna wśród hobbystów, niestety w porównaniu do innych dziedzin jest ona zauważalnie mniej rozwinięta do możliwości tej dziedziny i głównie skupia się na efektownych wyładowaniach elektrycznych w powietrzu lub efektów związanych z napięciem stałym.
    Próg wejścia dla technik wysokiego napięcia jest stosunkowo duży, obcowanie z niebezpiecznymi wartościami napięcia oraz zjawiskami z tego wynikającymi, wymaga sporej wyobraźni oraz wiedzy teoretycznej i praktycznej. Inną kwestią jest dostępność sprzętu pomiarowego do zastosowań w technikach wysokiego napięcia. Popyt na tego typu sprzęty jest w porównaniu do bardziej ogólnej elektroniki dużo niższy, więc i ceny sprzętu są stosunkowo większe.
    Dodatkowo w zasilaczach wysokiego napięcia własnej konstrukcji nie chcielibyśmy używać komercyjnej sondy do sprzężenia zwrotnego z powodu ceny i gabarytów. Spróbuję tutaj przedstawić jedno z możliwych rozwiązań oraz ścieżkę jak wyglądało projektowanie takiej sondy.
    Coś, co na pierwszy rzut oka wydaje się trywialne ostatecznie staje się dość złożonym zagadnieniem.







    2. Założenia

    Każdy sprzęt, jaki chcemy zaprojektować zaczynamy od założeń. Jeśli nie potrafimy zapisać założeń to znak, że nie do końca wiemy, co chcemy zrobić i warto to nadrobić.

    Dla poniższej sondy zakładam:
    Napięcie maksymalne - 10kV
    Pasmo 1MHz – tutaj jest jedna uwaga, charakterystyka powinna być w miarę płaska do 1MHz, ale to nie znaczy, że to ma być sonda, która ma mierzyć sinus o amplitudzie 10kV i częstotliwości 1MHz.
    Dokładność +/- 5%
    Pojemność wejściowa – jak najmniejsza, od tej wartości będzie zależało jak bardzo sonda będzie obciążała badany obwód oraz przy jak dużej częstotliwości można mierzyć 10kV. Bardzo dobry wynikiem było by 1pF

    3. Sprzęt do pomiarów, analiza wektorowa (VNA)

    Aby zweryfikować sondę wykorzystam sprzęt z wsparciem do rysowania wykresów amplitudowo fazowych (charakterystyka Bode'go) oscyloskop SDS2202X-E oraz generator SDG2042X.

    Dla sygnału wejściowego 20Vp-p na wyjściu sondy z dzielnikiem 1:1000 będzie to już tylko 20mVp-p czyli -60db (amplituda 10mV). Korzystając z powyższego zestawu jestem w stanie uzyskać sporą precyzję i dokładność nawet przy mocno zaszumionym sygnale, np. od przetwornicy.
    W celu weryfikacji jak działa taki zestaw weźmy przykładowe charakterystyki z różnych sond komercyjnych:


    Jak zbudować własną sondę wysokiego napięcia?


    Badana sonda PP215 ma pasmo 200MHz, ale jak widać na przykładzie z zwykłym przewodem uziemiającym, pasmo wynosi poniżej 40MHz. Przy użyciu legendarnej „sprężynki” pasmo wygląda do tych 40MHz znacznie lepiej. Tak, więc sama sonda nie czyni pomiarów dobrymi, trzeba jeszcze ją odpowiednio używać.


    Jak zbudować własną sondę wysokiego napięcia?


    Powyższe wykresy pochodzą z sondy DP10013. W tym wypadku producent sam zaproponował użycie bardzo długich przewodów, dodatkowo dodał do zestawu chwytaki, które jeszcze ograniczają pasmo. Tutaj mamy przypadek gdzie elektronika prawdopodobnie spełnia specyfikację podaną przez producenta, ale wykorzystanie długich przewodów powoduje, że charakterystyka strasznie na tym cierpi.


    Czym jest taki wykres? W bardzo dużym skrócie jest to odpowiedź badanego obwodu dla sygnału o kształcie sinusa o zadanej amplitudzie oraz zmiennej częstotliwości. Na jego podstawie możemy stwierdzić jak bardzo sygnał jest wzmacniany lub tłumiony w danym paśmie (częstotliwości) oraz jak bardzo wyprzedza lub opóźnia się względem sygnału referencyjnego.
    Zwyczajowo pasmo sondy określa się, jako -3db dla sygnału wejściowego, czyli 0.707 wartości wejściowej. Jednocześnie przestrzegam przed wiarą w ten parametr zwłaszcza przy tańszych sondach. Papier przyjmie nawet dziesiątki MHz pasma, a rzeczywistość jest znacznie gorsza.


    4. Od teorii do praktyki

    Zacznijmy od pytania, co musimy zrobić, aby zmierzyć wysokie napięcie?
    Aby zmierzyć wysokie napięcie musimy użyć obwodu, który nam proporcjonalnie obniży napięcie do wartości gdzie możemy użyć urządzenia pomiarowego, np. oscyloskopu czy ADC.
    Dodatkowo sonda nie może zbytnio obciążać badanego obwodu, więc musi posiadać wystarczającą impedancje. Dokładna wartość zależy od badanego obwodu i jak mocno można go obciążyć.

    Idealnie pasującym tutaj obwodem jest dzielnik napięcia. Trywialny układ, składający się z dwóch rezystorów:


    Jak zbudować własną sondę wysokiego napięcia?


    Skróćmy tutaj trochę drogę i załóżmy, że wiemy, że trzeba dobrać rezystor, który wytrzyma badane napięcie oraz błąd wynikający z stosunku 50Mohm do 50kohm jest akceptowalny (0.1% błędu jest dla mnie akceptowalne). Tak, więc co tutaj może pójść nie tak w tak prostym obwodzie?
    Oto wyniki:


    Jak zbudować własną sondę wysokiego napięcia?



    Coś tutaj jednak poszło nie tak. Przecież symulacje pokazują, że powinno to działać! Czy teoria się myli i jest do niczego? Nic z tych rzeczy, po prostu dobraliśmy zły model do problemu. W wielu przypadkach jak np. napięcie DC taki model jak najbardziej nam wystarczy, jednak, jeśli chcemy pracować na wartościach AC musimy również uwzględnić elementy reaktancyjne – pojemność i indukcyjność.

    Czy to one nam psują pomiary i jeśli tak to, dlaczego? Załóżmy, że rezystor wysokiego napięcia ma pojemność 700fF a dolny ma powiedzmy 100pF. Indukcyjność załóżmy na poziomie 1.5uH, pochodzącą od długich przewodów. Wrzućmy to do modelu:


    Jak zbudować własną sondę wysokiego napięcia?


    Wyniki wyglądają już bardziej jak te w rzeczywistości. Co się tutaj wydarzyło? Reaktancje kondensatorów również tworzą nam dzielnik napięcia. Tutaj mamy kilka problemów:
    1. Dzielnik pojemnościowy powinien mieć tą samą wartość podziału, co rezystancyjny
    2. Powinna być zachowana taka równość:
    R1C1<= 1/(2Pi * pasmo)
    3. Musimy uważać by nie stworzyć obwodu rezonansowego między przewodami a kondensatorem kompensującym
    4. Pojemność rezystora do ekranu powinna być jak najmniejsza, gdyż tworzy ona filtr pasmowo zaporowy dla niskich częstotliwości (w zakresie 1-10kHz), który widać na poniższym modelu.

    Przy spełnieniu równania (2) reaktancja obwodu przy częstotliwości równej pasmu będzie równa lub mniejsza rezystancji sondy. Niestety jest to bardzo trudne do realizacji i możecie sami sprawdzić czy wasze komercyjne sondy spełniają ten warunek. Poniższa sonda niestety również nie spełni tego założenia, więc przy wyższej częstotliwości będzie znacznie bardziej obciążać badany obwód niż wynika to z rezystancji sondy.


    Tutaj przejdziemy do kilku problemów, które są ze sobą powiązane. Aby skompensować sondę o dzielniku 1:1000 to na każdy pF pojemności na rezystorze wysokiego napięcia potrzebujemy 1nF na rezystorze niskiego napięcia. Założyliśmy, że rezystor ma 700fF pojemności pasożytniczej, ale jest to to prawda jedynie w bardzo nie praktycznych warunkach. Rzeczywistość niestety pokazuje, że przyłożenie ręki do takiego rezystora powoduje bardzo duże zmiany pojemności, co uniemożliwia w praktyce skompensowanie takiej sondy.
    Rozwiązaniem tego problemu jest otoczenie rezystora wysokiego napięcia materiałem o dużej przenikalności elektrycznej i podłączenia go do potencjału otoczenia czyli PE. Niestety to rozwiązanie niesie ze sobą zwiększenie pojemności oraz znaczne skomplikowanie modelu:



    Jak zbudować własną sondę wysokiego napięcia?


    Aby zminimalizować wpływ rozproszonej pojemności rezystora wysokiego napięcia do ekranu a więc i ponownie ułatwić sobie model można dodać dodatkową dużo większą zdefiniowaną pojemność (C6 na powyższym modelu). W moim wypadku jest to kondensator powietrzny zrobiony własnoręcznie.


    Jak zbudować własną sondę wysokiego napięcia?


    Zaletą takiego kondensatora jest to, że mogę regulować jego pojemność w okolicach 0.5pF do 3pF, co dość mocno ułatwiło mi kompensację pojemnościową. Oczywiście mógłbym próbować kompensować pojemność po stronie niskiego napięcia, ale koszt takich trymerów nie jest niski a zakres regulacji pojemności i tak nie jest duży.


    Jeśli już mamy problem z kompensacją pojemności za sobą to przejdźmy do weryfikacji i problemów związanych z używaniem sprzętu pomiarowego.
    Gdy już wszystko złożyłem moim oczom ukazał się taki o to wykres charakterystyki Bode'go:

    Jak zbudować własną sondę wysokiego napięcia?


    Przy niskich częstotliwościach do 1MHz wykres jest dla mnie akceptowalny. I tutaj ważne zaznaczenie – DLA MNIE. Dla osób zajmujących się takimi obwodami, na co dzień, komercyjnie, taka charakterystyka będzie kiepska i nieakceptowalna.
    Powyżej 1MHz charakterystyka zamiast być coraz mocniej tłumiona to tłumienie zaczyna maleć, co mogło pójść nie tak z tworzonym obwodem? Gdzie został popełniony błąd?
    Tutaj przychodzi czas na ponowne użycie legendarnej sprężynki do minimalizowania pętli w sondzie oscyloskopu. Na powyższym zdjęciu widać, że używam zwykłych przewodów uziemiających i to one są źródłem problemu. Odepnijmy sondę i dodajmy rezystor między końcówkę sondy oraz przewód uziemiający:


    Jak zbudować własną sondę wysokiego napięcia?


    Jak widać nawet bez podłączenia do badanego obwodu, na pętli stworzonej przez sondę, rezystor oraz przewód uziemiający pojawia się napięcie pochodzące z źle ekranowanej sondy wysokiego napięcia. W celu minimalizacji wychwytywania tego napięcia używam przewodu koncentrycznego z przejściówką na terminal block, aby zminimalizować pętle, przez którą pojawia się niepożądane napięcie.


    Jak zbudować własną sondę wysokiego napięcia?


    Z powodu tych zakłóceń rezystor wysokiego napięcia musi być jak najbliżej początku sondy, aby przewód do rezystora (gdzie mamy połączenie Lo-Z – Hi-Z) nie robił, jako antena nadawcza.
    Problemem również może się wydawać użycie przewodów koncentrycznych bez terminowania, jednak w tym wypadku długości użytych przewodów oraz czas narostu dla sygnałów, jakie chce badać (około 1us) powoduje pomijalne DLA MNIE odbicia.


    5. Użyte rezystory


    Użyłem dwóch konfiguracji rezystorów wysokiego napięcia. Jednak złożona z 5 rezystorów SMD BOURNS CHV2512-FX-1005ELF oraz jednego rezystora 50Mohm OHMITE SM104035005FE.


    Jak zbudować własną sondę wysokiego napięcia?


    Byłem ciekawy jak bardzo wyniki będę się między sobą różnić, w końcu rozwiązanie z SMD ma mnóstwo zalet: tańsze, można rozproszyć większą moc, napięcie pracy jest wyższe, ale w końcu taki dedykowany pojedynczy rezystor powinien mieć jakieś zalety? No tak nie bardzo… Oto wyniki pomiarów:


    Jak zbudować własną sondę wysokiego napięcia?


    Pomijając dokładność pomiaru charakterystyki do 1MHz, który wynika z niedopasowania pojemnościowego to charakterystyki są do siebie bardzo podobne…



    6. Co dalej z tym projektem?

    Jak widać na zdjęciach używam również wzmacniacza różnicowego, jednak uznałem, że opisanie problemów związanych z wzmacniaczem mogą być za obszerne jak na ten tekst, a jest tam do rozwiązania jeszcze trochę problemów.

    Projekt zostanie ponownie przeprojektowany, aby zapewnić znacznie lepsze ekranowanie, poprawić jakość sygnału z wzmacniacza, zamknąć wszystko w obudowie oraz usprawnić kondensatory powietrzne aby były łatwiejsze do regulacji.


    Materiały na których bazowałem:
    https://www.repairfaq.org/sam/hvprobe.htm#shvdx
    Can you write similar article? Send message to me and you will get SD card 64GB.
    About Author
    _lazor_
    Moderator of Designing
    Offline 
    Materiały video na temat energoelektroniki:
    https://www.youtube.com/user/sambenyaakov/videos
    Has specialization in: Programista embedded/ elektrotechnik
    _lazor_ wrote 3137 posts with rating 825, helped 234 times. Live in city Wrocław. Been with us since 2016 year.
  • Metalwork
  • #2
    Marek_Skalski
    VIP Meritorious for electroda.pl
    Podoba mi się Twój lapidarny opis zagadnienia. Nie zdążyłem się znudzić i czekam na kolejne posty. :)

    _lazor_ wrote:
    taki dedykowany pojedynczy rezystor powinien mieć jakieś zalety? No tak nie bardzo…
    Pięć rezystorów o tolerancji rezystancji 1%, to jednak mniejsza dokładność względem jednego rezystora o tolerancji rezystancji 1%. Uwzględniając warunek dokładności całej sondy na poziomie 5%, to układ z pięcioma rezystorami jest z definicji błędny.
    Pojemność pasożytnicza rezystora dedykowanego może być zasadniczo inna (kiedy go wyczyścisz), a te szeregowo połączone rezystory są mniej przewidywalne. Dla produkcji jednostkowej to pewnie żaden problem. Metodą kolejnych przybliżeń skompensujesz ten układ, ale przy większej liczbie urządzeń będzie to bardzo uciążliwe. Podobnie trudne może być uzyskanie podobnych wyników dla sondy zbudowanej przez kogoś innego, w innych warunkach. Wystarczy trochę bardziej "wypalcować" elementy na płytce i kompensacja zostanie utracona. Pod tym względem pojedynczy rezystor jest bardziej stabilny.
  • #3
    _lazor_
    Moderator of Designing
    Marek_Skalski wrote:
    Pięć rezystorów o tolerancji rezystancji 1%, to jednak mniejsza dokładność względem jednego rezystora o tolerancji rezystancji 1%. Uwzględniając warunek dokładności całej sondy na poziomie 5%, to układ z pięcioma rezystorami jest z definicji błędny.


    10Mohm * +/-1% = +/- 100kohm pomnóżmy to razy 5 rezystorów daje nam zakres +/- 500kOhm
    50Mohm * +/-1% = +/- 500kOhm

    Marek_Skalski wrote:
    Pojemność pasożytnicza rezystora dedykowanego może być zasadniczo inna (kiedy go wyczyścisz), a te szeregowo połączone rezystory są mniej przewidywalne. Dla produkcji jednostkowej to pewnie żaden problem.


    Dlatego daje się kondensator o dużo większej pojemności równolegle do rezystora aby minimalizować wpływ pojemności tych rezystorów. By uzyskać mniejszą pojemność wejściową to zdecydowanie trzeba zachować czystość, a takie lutowanie jak wyżej nie przejdzie, gdyż zanieczyszczenia po prostu wchodzą pod element. Przy 10Mohm to w sumie jeszcze nie jest tak źle, ale im większa rezystancja tym gorzej. Z drugiej strony poniżej 1pF pojemności wejściowej nie osiągnę, więc nie widzę sensu stosować większe rezystancje (chyba że mnie najdzie ochota na obwody poniżej 1kHz lub nawet DC to wtedy ma sens).
  • #4
    jarek_lnx
    Level 43  
    Ładnie to opisałeś.

    _lazor_ wrote:
    Użyłem dwóch konfiguracji rezystorów wysokiego napięcia. Jednak złożona z 5 rezystorów SMD BOURNS CHV2512-FX-1005ELF oraz jednego rezystora 50Mohm OHMITE SM104035005FE.
    Kondensator znajduje się bardzo blisko rezystora, obstawiam że większa część pojemności rozproszonej rezystora to pojemność do kondensatora.

    _lazor_ wrote:
    ...ale w końcu taki dedykowany pojedynczy rezystor powinien mieć jakieś zalety? No tak nie bardzo… Oto wyniki pomiarów:
    W dokumentacji nie ma nic o parametrach w.cz. możliwe że nie był projektowany do tego zastosowania.
    jeśli ma konstrukcję z wielkim meandrem jak poniżej to się po prostu nie nadaje do w.cz.
    Jak zbudować własną sondę wysokiego napięcia?
    Pewnie można zobaczyć pod światło latarki jak jest wykonany.
  • #5
    starożytny_kosmita
    Level 6  
    eee.. 1pF na wejściu to pan nie osiągniesz w tej sondzie za Chiny ludowe.
    W komercyjnej, tej z zakazanym gazem P6015 czy w wersji z legalnym żelem jest jeden opornik 100M, dosyć duży na oko z 10cm długości i jakieś 7-8mm średnicy. Sonda jest do 15 kV bez gazu i bez żelu i ze względu na wymiary żadnej sprężynki tam się nie stosuje a mimo to pasmo nie jest takie małe. Sprawdzam to oczywiście poniżej tych 15 kV bo nie mam takiego źródła z papierami.
    W sumie to mogę udostępnić sztukę taką w wersji bez żelu i bez gazu, którą można edukacyjnie porozkręcać, pomierzyć i z bliska się przyjrzeć jak to robią w Teku. Daleko z tej Nokii nie macie i skoro kilku od nas przeszło do was to drogę chyba znacie :)
    Aha, w P6015 kompensacja jest na końcu kabla (żyła środkowa oporowa) i ma kilka punktów, żeby na impulsie podregulować nie tylko narost i opadanie ale też ewentualne zwisy pośrodku impulsu.
  • #6
    jarek_lnx
    Level 43  
    starożytny_kosmita wrote:
    eee.. 1pF na wejściu to pan nie osiągniesz w tej sondzie za Chiny ludowe.
    Dlaczego tak uważasz? Z powodu że sonda Tektronixa ma 3pF?
  • #7
    _lazor_
    Moderator of Designing
    jarek_lnx wrote:
    Kondensator znajduje się bardzo blisko rezystora, obstawiam że większa część pojemności rozproszonej rezystora to pojemność do kondensatora.


    A widzisz zapomniałem opisać jak wyglądał ekran, to dorzucę zdjęcie tutaj:

    Jak zbudować własną sondę wysokiego napięcia?


    Taka prowizorka do prototypu (rura z plexi otoczona folią aluminiową), ale zdecydowanie pojemność między rezystorem a ekranem jest spora.


    starożytny_kosmita wrote:
    P6015


    Cóż, zdecydowanie potrzebuje osiągnąć znacznie gorsze parametry, więc i kosztem dokładności oraz pasma mogę osiągnąć ten 1-2pF. Choćby tym że nie muszę przejmować się użytkownikiem (czyli sobą) i mogę zrobić kompensację pojemności na kondensatorze wysokiego napięcia. Naprawdę realizacja precyzyjnego trymera na kilkadziesiąt kV w zakresie 0.3-2pf nie jest jakimś rocket science. Weryfikacje takiego kondensatora mogę zrealizować dwojako:
    1. dzielnik pojemnościowy czyli w sumie to co robię w tej sondzie
    2. miernik bk880, który o dziwo daje radę.
    Oczywiście nie zakładam dokładności do 0.2pF, raczej w zakresie 0.3-1pF, nadal jeśli uda się osiągnąć pojemność wejściową między 1-2pF to będę to uważać za duży sukces.

    Jeśli będę chciał zrobić sondę z mniejszą pojemnością wejściową to zdecydowanie będzie to już tylko dzielnik pojemnościowy.
  • #8
    User removed account
    Level 1  
  • #9
    jarek_lnx
    Level 43  
    wesolyyyy wrote:
    Powiedzmy że nie ufałbym kilku rezystorkom i kondensatorkom na których mam kilkadziesiąt tysięcy woltów, by ustrojstwo było podłączone do sprzętu pomiarowego, lub co gorsza, bym trzymał to w palcach.
    Elektronika nie opiera się na zaufaniu do rezystorów, tylko na obliczeniach, prawach fizyki i respektowaniu maksymalnych parametrów katalogowych :)

    W układach wysokonapięciowych, bał bym się tylko wyładowań niezupełnych, niszczących izolację.

    wesolyyyy wrote:
    Obecnie mam pomysł (wymagający dalszych przemyśleń), kupienia układu ADC HMCAD1511, który jest użyty w tańszych oscyloskopach Rigola, zrobienia na jego bazie sondy (ADC w sondzie), i światłowodami podłaczenie takiej sondy do oscyloskopu w miejsce oryginalnego ADC.
    Pomysł fajny.
  • Metalwork
  • #10
    _lazor_
    Moderator of Designing
    wesolyyyy wrote:
    Tutaj wynik jest poprawny, ale obliczenia są błędne. Albo inaczej, są poprawne, ale tylko w tym przypadku. Metoda jest przybliżeniem. Poprawną metodą byłoby policzenie odchylenia standardowego i wariancji.


    Prawda, jednak dla ułatwienia daje sobie maksymalny zakresy. Przy 5 smd mógłbym się nawet zabawić w dobieranie elementów tak by jeszcze zmniejszyć ten błąd, ale naprawdę nie chodzi mi o osiągnięcie dokładności +/- 1% na całości.

    wesolyyyy wrote:
    Powiedzmy że nie ufałbym kilku rezystorkom i kondensatorkom na których mam kilkadziesiąt tysięcy woltów, by ustrojstwo było podłączone do sprzętu pomiarowego, lub co gorsza, bym trzymał to w palcach.


    Też nie ufam, dlatego będzie jeszcze wzmacniacz, co by jak to wszystko nie wytrzyma by łuk zapalił się dużo dużo wcześniej, niż na uC czy oscyloskopie.

    Ogólnie to czy z izolacją czy też bez trzeba najpierw obniżyć napięcie do mierzalnych wartości, więc bazą i tak jest dzielnik napięcia czy źródło prądowe.


    jarek_lnx wrote:
    Elektronika nie opiera się na zaufaniu do rezystorów, tylko na obliczeniach, prawach fizyki i respektowaniu maksymalnych parametrów katalogowych :)


    Ja się boje swojej niewiedzy lub czyjegoś błędu :D Przy wysokim napięciu łatwo zostać świeżo upieczonym amatorem wysokich napięć. I nie ma że boli, że czegoś się nie wiedziało.
  • #11
    User removed account
    Level 1  
  • #12
    starożytny_kosmita
    Level 6  
    _lazor_ wrote:
    realizacja precyzyjnego trymera na kilkadziesiąt kV w zakresie 0.3-2pf nie jest jakimś rocket science

    nie jest.
    Nie pamiętam oznaczenia ale były dawno temu jakieś sondy z pojemnością regulowaną obracaniem oprawki, która była okładką trymerka na gwincie.
    A nie sądzisz że to jest za małe jak na 10kV i na utrzymanie tego 1pF? Przecież to trzeba trzymać w ręce (chyba że nie). Znacznie łatwiej i bezpieczniej przy większych rozmiarach. Dlatego zaproponowałem P6015, której część po stronie HV mogę udostępnić na testy, żeby to co masz włożyć do oprawki zamiast oryginalnego opornika 100M. Mam takie rzeczy w szufladzie więc nie problem.

    na marginesie: różnicowe HV klasy P5200 mają w środku dzielnik z kilku oporników smd takich jak zastosowałeś a kompensacja jest na ostatnim poprzez zwykłe trymerki i dopiero potem wchodzi na opamp. No ale to jest góra 4kV, zamknięte w obudowie i jednak trochę bardziej porozstawiane na płytce niż Twoje. Ok, robisz dla siebie, ale jednak 10kV.
  • #13
    jarek_lnx
    Level 43  
    wesolyyyy wrote:
    Powiedzmy, że prócz inżynierii wolę podejście starych górali do budowy domów. Nie mieli symulacji komputerowych, nie wiedzieli jak budować domy oszczędnie, na granicy wytrzymałości, tylko jak budowali to tak by przeżył opady wielu metrów śniegu. Własna świadomość zagrożenia, wiedza przekazywana z pokolenia na pokolenie... Te sprawy.
    A nie możesz połączyć jednego z drugim? Policzyć ile potrzeba i dać X razy więcej, czy to izolacji, czy pośrednich urządzeń zabezpieczających które ulegną uszkodzeniu jako pierwsze i nie przepuszczą wysokiego napięcia dalej?
  • #14
    User removed account
    Level 1  
  • #15
    _lazor_
    Moderator of Designing
    starożytny_kosmita wrote:
    Dlatego zaproponowałem P6015, której część po stronie HV mogę udostępnić na testy


    Mógłbym zrobić charakterystykę jak wygląda do tych 40MHz i porównać do tego rozwiązania.

    starożytny_kosmita wrote:
    Przecież to trzeba trzymać w ręce (chyba że nie)


    Raczej bez obudowy, celem ma być sonda embedded by nie bawić się w mierzenie napięcia na stronie pierwotnej transformatora tylko na bogato na wtórnym.
    Zrobienie obudowy, którą bym się nie bał trzymać w ręku to faktycznie nie taka prosta sprawa, wydruk na drukarce 3d w sumie odpada, za dużo pustych przestrzeni. Jak już to myślałem o tubie z plexy albo poliacetalu, ale byłby problem z kołnierzami, chyba że zrobić to z sporego wałka, ale trochę by to kosztowało.
    Jak na razie może być to statyczne - przylutować i nie dotykać/nie zbliżać się.

    starożytny_kosmita wrote:
    A nie sądzisz że to jest za małe jak na 10kV i na utrzymanie tego 1pF?


    Jeśli jesteś z Wrocławia, zajmujesz się energoelektroniką to wiesz że jak będę mieć coś jeszcze bardziej zaawansowanego to pójdę o radę do Jerzego D. ;) 10kV to przecież zabawka.
  • #16
    User removed account
    Level 1  
  • #17
    _lazor_
    Moderator of Designing
    wesolyyyy wrote:
    to między wysokim napięciem a Tobą będzie uziemione żelastwo


    Ogólnie to i tak ten rezystor musi być w ekranie, tylko planuje użycie coś w tym stylu:

    https://pl.farnell.com/wurth-elektronik/36103205s/shielding-cover-20mm-x-20mm/dp/2783809

    Czy to będzie sonda embedded czy zewnętrzna to wszystko musi być ekranowane.
    Jednak nadal nie uważam tego za najlepsze zabezpieczenie, gdyż uziemienie może zawieść, lub mogą być wariaci zasilający oscyloskopy transformatorami uziemiającymi lub usuwających przewód PE.

    Pomysł z formą ciekawy, może kiedyś pomyślę o czymś takim.
  • #18
    And!
    Admin of Design group
    wesolyyyy wrote:

    Swego czasu sam kombinowałem nad zbudowałem własnej sondy wysokonapięciowej, ale powstały problemy z zapewnieniem pewnej i trwałej izolacji między oba "końcami" sondy. Powiedzmy że nie ufałbym kilku rezystorkom i kondensatorkom na których mam kilkadziesiąt tysięcy woltów, by ustrojstwo było podłączone do sprzętu pomiarowego, lub co gorsza, bym trzymał to w palcach. Szukałem też informacji o budowie sond izolowanych DIY (nawet tutaj jest kilka takich konstrukcji, chociaż wszystkie dalekie od ideału) i doszedłem do wniosku, że wszystkie te konstrukcje mają jeden ogromny problem. Wszystkie zawierają układ scalony zawierający ADC delta-sigma, jakiś rodzaj izolacji, DAC, po czym sygnał ponownie wchodzi na ADC w oscyloskopie. 3 konwersje sygnału, każda wprowadza jakiś błąd i ograniczenie pasma.
    Obecnie mam pomysł (wymagający dalszych przemyśleń), kupienia układu ADC HMCAD1511, który jest użyty w tańszych oscyloskopach Rigola, zrobienia na jego bazie sondy (ADC w sondzie), i światłowodami podłaczenie takiej sondy do oscyloskopu w miejsce oryginalnego ADC.


    Szkoda, że oscyloskopy nie mają standardu wejścia próbek z zewnętrznego układu akwizycji, to by ułatwiło takie próby z izolowanymi układami pomiarowymi.

    Czy jest możliwość wykonania układu ze światłowodem, który działałby tak jak transoptor IL300 i wtedy nie musimy wprowadzać układów cyfrowych do optoizolacji?
  • #19
    User removed account
    Level 1  
  • #20
    _lazor_
    Moderator of Designing
    Ogólnie to rozmawiałem z bardziej doświadczonym konstruktorem HV i wyszło że ten własnoręcznie zrobiony kondensator HV nie do końca się nadaje do wysokiego napięcia...
    Problemem jest powietrze znajdujące się między przewodem a izolacją. Przy wysokiej częstotliwości i wysokim napięciu wyładowania koronowe a może nawet plazma ma negatywny wpływ na ten kondensator:
    1. Zmiana stałej dielektrycznej, więc i pojemności kondensatora, więc i kompensacji
    2. Wyładowania koronowe są gorące, więc izolacja dość szybko przestanie istnieć

    No cóż zostaje posiedzieć i pomyśleć nad rozwiązaniem aby wypełnić czymś taki kondensator i by nadal można było go regulować lub przejść jednak na stały kondensator i kompensować go po stronie niskiego napięcia.
  • #21
    User removed account
    Level 1  
  • #22
    And!
    Admin of Design group
    Gdyby był potrzebny kondensator próżniowy to można wejść w kooperację z AlekZ, tylko ciężko regulować pojemność takiego kondensatora...
  • #23
    _lazor_
    Moderator of Designing
    wesolyyyy wrote:
    Dzisiaj samemu można produkować próżnię w domu, jako że dostępność pomp głębokiej próżni jest... no jest. Kiedyś tego nie było, a dzisiaj klikasz i masz. Może wartoby się zastanowić nad takim rozwiązaniem?


    Sama pompa to jedno, drugie to cały osprzęt. Nie miałbym nawet tego gdzie położyć, a koszty są dużo większe niż sama pompa turbomolekularna.

    Ale jak ktoś się uprze to pewnie że można:
    https://www.youtube.com/watch?v=wxL4ElboiuA


    Ogólnie jak na razie mam pomysł użycia wałka poliacetalu, wytoczyć w nim przestrzeń na 1mm (dla drutu miedzianego) 3mm dla mosiężnej szpili. Wtopić w taką tubę wkładkę
    https://www.tme.eu/pl/details/b3_bn1934/wkladki-gwintowane/bossard/1429841/
    Do końcówki szpili dolutować drut miedziany a całą powierzchnię zalać olejem transformatorowym. Gwint bym uszczelnił smarem próżniowym co by nie powodowało wycieków. Jeśli olej by się nie sprawdził to może silikon dielektryczny, albo faktycznie pójść w kierunku pompy próżniowej i po prostu przytopić poliacetal jak to koleś robi w powyższym nagraniu.
    Tylko tutaj ważne pytanie jak głęboka próżnia i oraz jaki gaz tam pozostawić?

    Na razie jest to faza koncepcyjna, więc pomysłów jest mnóstwo i trzeba jakiś wybrać, więc trochę to wszystko piszę chaotycznie.


    And! wrote:
    Gdyby był potrzebny kondensator próżniowy to można wejść w kooperację z AlekZ, tylko ciężko regulować pojemność takiego kondensatora...


    We Wrocławiu również mam sporo firm z którym się mogę skontaktować, gdzie są sprzęty z dobrych dawnych czasów, więc bardziej mi potrzeba jakiejś idei, jak dobrze to zrealizować, a tutaj pomysł z próżnią
  • #24
    User removed account
    Level 1  
  • #25
    _lazor_
    Moderator of Designing
    wesolyyyy wrote:
    Cóż, właściwie jedyny istniejący izolator


    Nie do końca, próżnia, próżni nie równa a techniki plazmowe wykonuje się właśnie w... próżni i to takiej głębokiej, więc z tą izolacją to nie jest tak kolorowo, a przez to nadal mogą powstawać wyładowania koronowe gdzie długotrwale to i ceramika nie wytrzyma.
    Dodając że samodzielnie jakąś tanią pompą turbomolekularną lub olejową to ja jakiejś spektakularnej próżni nie uzyskam.
  • #27
    _lazor_
    Moderator of Designing
    And! wrote:
    W kwestii toczenia i obróbki można podpytać ADAM Fx.


    Jak już będę wiedzieć co chce dokładnie wytoczyć i z czego to na pewno napiszę. Mało wolumenowe zamówienia są upierdliwe dla firm i się im w ogóle nie dziwię.

    Teraz myślę czy są metody uszczelnienia gwintu tak by gwint był nadal ruchomy a jednocześnie szczelny by nie wydostawał się no olej transformatorowy podczas jego sprężania.

    Problemem regulacji po stronie niskiego napięcia są bardzo duże wartości pojemności do kompensacji, tak jak pisałem przy sondzie 1:1000 na każdy 1pF potrzeba przy niskim napięciu 1nF. Trymery na niskie napięcie jakie znalazłem mają zakres regulacji około 60-80pF... Stworzenie kondensatora wysokiego napięcia, który by miał regulację w zakresie nawet 0.5pF do 1.5pF już by był wielkim ułatwieniem. Ograniczeniem jest też koszt jednostkowy, nie mówię by materiały kosztowały 50zł, ale też bym nie chciał wydawać 500zł na jeden kondensator. Czas pracy nad nim nie wliczam, to pasja.
  • #28
    User removed account
    Level 1  
  • #29
    _lazor_
    Moderator of Designing
    wesolyyyy wrote:
    Ale olej transformatorowy jest cieczą. Nie da się go sprężyć.


    W sumie tak, nie za bardzo się ściskają, więc moje błędne założenie.
  • #30
    User removed account
    Level 1