Как упростить измерения высоких напряжений
Shyam Sunder Tiwari
Для измерения напряжений от 10 кВ и выше обычно требуется высоковольтный вольтметр со специальным дополнительным оснащением, или цифровой мультиметр с высоковольтным делителем. Кроме того, необходимо соблюдение соответствующих мер безопасности. Предлагаемая простая альтернативная схема, основанная на недорогом КМОП таймере, позволяет выполнять непосредственное измерение высокого напряжения с не худшей точностью.
Микросхема LMC555 фирмы National Semiconductor – это КМОП версия популярного универсального таймера 555. В описываемой схеме таймер используется в схеме автоколебательного мультивибратора, частота которого зависит от тока, текущего от источника измеряемого высокого напряжения.
Схема измерения высокого напряжения (см. рисунок) использует автоколебательный мультивибратор на таймере LMC555, преобразователь измеряемого напряжения в ток на резисторе R1 сопротивлением 100 МОм с допустимым напряжением 15 кВ, прецизионный метало-пленочный резистор R2 (сопротивление 1 кОм, допуск 1%) и времязадающий конденсатор C1 емкостью 1 нФ. Конденсатор C1 заряжается током от источника измеряемого напряжения, а разряжается через резистор R2. Таким образом, R2 тоже влияет на частоту выходного сигнала.
 |
| Эта простая схема, состоящая из микросхемы КМОП таймера и нескольких пассивных компонентов, позволяет с высокой точностью измерять постоянные напряжения до 15 кВ. |
Измеряемое напряжение V преобразуется в ток [V – VC(t)]/R1, заряжающий конденсатор C1, где VC(t) – напряжение на конденсаторе. Для простоты, при измерениях высоких напряжений, VC(t) можно не учитывать. Частота мультивибратора на LMC555 ограничена величиной порядка 30 кГц, что позволяет использовать для подсчета импульсов вход любого микроконтроллера. Кроме того, измерять частоту могут многие современные мультиметры.
Поскольку ток, потребляемый таймером LMC555, не превышает 5 мА, для питания измерителя можно использовать любую батарею с напряжением от 3 до 12 В, что позволит гарантировать надежную изоляцию таймера от измеряемого напряжения.
Резистор R1 является, возможно, самым важным из компонентов, окружающих LMC555. Он должен быть рассчитан на работу при высоких напряжениях, и приобретаться у надежного поставщика, с хорошей репутацией. К примеру, вполне подойдет металло-окисный резистор ROX200 фирмы Vishay с рабочим напряжением 15 кВ. Резисторы выпускаются с сопротивлением от 1 кОм до 1 ГОм, с допускаемым отклонением от номинала 1%, 2%, 5%, и 10%, и со стандартным ТКС, равным ±200 ppm/°C. Высоковольтный резистор способен эффективно рассеивать тепло.
Не меньшее значение имеет качество резистора R2 и конденсатора C1. Резистор R2 – металлопленочный, номиналом 1 кОм с допуском 1%. В качестве примера, можно назвать резисторы CCF60 производства Vishay, с рабочим напряжением 500 В и допустимой мощностью рассеивания 0.5, 0.75 и 1 Вт. ТКС резистора равен ±100 ppm/°C, а огнестойкое эпоксидное покрытие создает дополнительную защиту от высоких напряжений.
Времязадающий конденсатор C1 емкостью 1 нФ должен иметь хорошую температурную стабильность, с материалом диэлектрика NP0 или C0G.
Дополнительные элементы в цепи измерения высокого напряжения – диод D1, стабилитрон D2 и конденсатор C2. Предназначенные для изоляции и защиты диоды, в целях обеспечения высокой точности измерений, должны иметь низкие токи утечки.
Особенно сильно влияет на точность обратный ток диода D1, т.к. утечка даже в 3 пА уже может стать причиной ошибки измерения высоких напряжений. Ток утечки стабилитрона D2 не столь критичен, и не должен превышать 100 пА.
Стабилитрон D2 включен в схему для дополнительной защиты микросхемы таймера, и, в случае отсутствия повышенных требований к безопасности, может не устанавливаться.
C2 обеспечивает дополнительную изоляцию между частотомером и таймером LMC555. Это совершенно некритичный компонент, в качестве которого может использоваться любой керамический конденсатор с допустимым напряжением не меньшим максимального измеряемого напряжения. Фактически, измеритель будет работать и без этого конденсатора. Для обеспечения надежной защиты подключаемых схем, конденсатор C2 может быть заменен оптоизолятором.
Безусловно, схема измерителя, во многих отношениях, напоминает цифровой мультиметр, состоящий из источника питания, источника опорного напряжения, аналого-цифрового преобразователя и дисплея. Однако, без специального делителя напряжения, мультиметр не способен измерять напряжения выше 1000 В.
Предложенная схема простого измерителя имеет очень небольшую погрешность, благодаря всего лишь двум компонентам: высококачественному резистору R1 и точному таймеру LMC555. Различные элементы защиты надежно предохраняют схему от высокого напряжения, а также, препятствуют появлению утечек вследствие возникновения коронного разряда, чем повышают точность измерений, уровень безопасности оператора и проверяемых цепей.
Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман
Источник
Высоковольтный делитель напряжения своими руками
Бесплатная техническая библиотека:
▪ Все статьи А-Я
▪ Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники
▪ Новости науки и техники
▪ Архив статей и поиск
▪ Ваши истории из жизни
▪ На досуге
▪ Случайные статьи
▪ Отзывы о сайте
Справочник:
▪ Большая энциклопедия для детей и взрослых
▪ Биографии великих ученых
▪ Важнейшие научные открытия
▪ Детская научная лаборатория
▪ Должностные инструкции
▪ Домашняя мастерская
▪ Жизнь замечательных физиков
▪ Заводские технологии на дому
▪ Загадки, ребусы, вопросы с подвохом
▪ Инструменты и механизмы для сельского хозяйства
▪ Искусство аудио
▪ Искусство видео
▪ История техники, технологии, предметов вокруг нас
▪ И тут появился изобретатель (ТРИЗ)
▪ Конспекты лекций, шпаргалки
▪ Крылатые слова, фразеологизмы
▪ Личный транспорт: наземный, водный, воздушный
▪ Любителям путешествовать — советы туристу
▪ Моделирование
▪ Нормативная документация по охране труда
▪ Опыты по физике
▪ Опыты по химии
▪ Основы безопасной жизнедеятельности (ОБЖД)
▪ Основы первой медицинской помощи (ОПМП)
▪ Охрана труда
▪ Радиоэлектроника и электротехника
▪ Строителю, домашнему мастеру
▪ Типовые инструкции по охране труда (ТОИ)
▪ Чудеса природы
▪ Шпионские штучки
▪ Электрик в доме
▪ Эффектные фокусы и их разгадки
Техническая документация:
▪ Схемы и сервис-мануалы
▪ Книги, журналы, сборники
▪ Справочники
▪ Параметры радиодеталей
▪ Прошивки
▪ Инструкции по эксплуатации
▪ Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники
Бесплатный архив статей
(500000 статей в Архиве)
Алфавитный указатель статей в книгах и журналах
Бонусы:
▪ Ваши истории
▪ Викторина онлайн
▪ Загадки для взрослых и детей
▪ Знаете ли Вы, что.
▪ Зрительные иллюзии
▪ Веселые задачки
▪ Каталог Вивасан
▪ Палиндромы
▪ Сборка кубика Рубика
▪ Форумы
▪ Голосования
▪ Карта сайта
Дизайн и поддержка:
Александр Кузнецов
Техническое обеспечение:
Михаил Булах
Программирование:
Данил Мончукин
Маркетинг:
Татьяна Анастасьева
При использовании материалов сайта обязательна ссылка на https://www.diagram.com.ua
сделано в Украине
Щуп-делитель напряжения для цифрового мультиметра
Большинство цифровых мультиметров рассчитаны на измерение постоянного и переменного напряжений не более чем до 1000 В. Для мультиметра М890С+ с входным сопротивлением 10 МОм (на всех диапазонах измерения постоянного и переменного напряжений) автором был разработан и изготовлен высоковольтный щуп-делитель 1:10, который увеличивает входное сопротивление прибора до 100 МОм и повышает предел измеряемого постоянного напряжения до 10 кВ. Переменное напряжение синусоидальной формы прибор с делителем измеряет до 7,5 кВ с точностью до ±5 %. Входной ток при изменении постоянного напряжения 1000 В — около 10 мкА, а для 15В — всего лишь 0,15 мкА. Рассеиваемая мощность на всех резисторах щупа при измерении напряжения 10 кВ не превышает 1 Вт.
Схема щупа-делителя приведена на рис. 1.
В качестве резисторов R1 — R3 использованы высоковольтные резисторы КЭВ-1 номиналом 33 МОм из блоков разверток от устаревших цветных ламповых телевизоров УЛПЦТ-59/61.
Чтобы получить коэффициент деления напряжения, равный 10, щуп должен иметь сопротивление около 90 МОм. Сопротивление большинства из проверенных автором резисторов КЭВ-1 номиналом 33 МОм ±20 % оказалось менее 30 МОм, поэтому подбор резисторов для получения нужного сопротивления щупа трудностей не вызвал. Резистором R4 (например, МЛТ-1) производится окончательная доводка щупа.
Для исключения вероятности повреждения цифрового мультиметра высоким входным напряжением его необходимо оснастить воздушным разрядником, как показано на рис. 2.
К гнездам «СОМ» и «V/-» подпаивают два небольших отрезка толстой медной проволоки с заточенными и направленными навстречу концами. Расстояние между остриями проводов- 1,2. 1,3 мм.
Примерная конструкция высоковольтного щупа показана на рис. 3.
Игла 1 щупа фиксируется гайкой 2 в корпусе 3. Гибкий кабель 4, соединяющий резистор R4 с мультиметром, как и общий провод с зажимом типа «крокодил», выполнен проводом в прочной изоляции. В качестве корпуса автор использовал два склеенных горячим способом маркера, один из которых был укорочен на 25 мм. Можно использовать любую другую подходящую трубку из полистирола или полиэтилена с толщиной стенки 1,5. 2 мм.
Гибкие выводы резисторов обкусывают, оставшиеся металлические наконечники зачищают от краски на наждачном круге или бумаге. Резисторы соединяют между собой встык большим количеством припоя. Пайка должна быть аккуратной и гладкой.
Перед установкой резисторов в корпус щупа их желательно обмотать несколькими слоями тонкой фторопластовой пленки. Можно использовать пленку из конденсаторов от вышедших из строя умножителей напряжения УН8,5/25-1,2.
Для мультиметра М830В, имеющего при измерении постоянного напряжения входное сопротивление 1 МОм, был изготовлен аналогичный щуп с сопротивлением 9 МОм, состоящий из девяти подобранных резисторов МЛТ-2 по 0,91-1 МОм. Однако, если с этим делителем измерять напряжение 10 кВ, на резисторах щупа будет рассеиваться мощность около 10 Вт, что в большинстве случаев недопустимо для измеряемой цепи. Поэтому щуп-делитель на 10 для мультиметров с входным сопротивлением 1 МОм наиболее целесообразно использовать лишь для увеличения его входного сопротивления. Если в предложенном щупе повысить общее сопротивление до 99 МОм, то с мультиметром М830В образуется делитель 1:100 и предел измеряемого напряжения возрастает до 10 кВ. Показания прибора в этом случае следует умножать на 100.
Внимание! При измерении высокого напряжения необходимо выполнять соответствующие требования электробезопасности. Во время измерения не следует касаться шасси и общего провода измеряемого устройства!
Смотрите другие статьи раздела Измерительная техника.
Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.
Источник
Высоковольтный делитель напряжения своими руками
На такую формулировку хочется ответить: берете и изготавливаете.
Вопрос в схеме или в конструктиве?
| Реклама | |||
| |
| ||
| |||
innokenty  | | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Зарегистрирован: Вс июн 15, 2014 02:56:45 |
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
