Меню

Вольтметр для измерения киловольт



Вольтметр для измерения киловольт

    Иногда, при изготовлении ламповых конструкций, особенно, мощных усилителей мощности передатчика, часто возникает потребность в измерении анодных напряжений. Сейчас народ в основном пользуется китайскими цифровыми мультиметрами (тесторами), но как известно, у всех этих приборов, верних предел измерений ограничивается величиной в 1000 вольт.

Кроме того, у дешевых выриантов (чаще всего китайского производства), весьма сомнительная изоляция для таких довольно высоких уже напряжений, что требует особой акуратности при работе с ними. А как быть, если анодное напряжение, скажем уже порядка 2 или 3 кV? Таким прибором уже не измеришь. Хотя раньше, лет 15 обратно, мне удавалось замерять анодное напряжение своего УСМ, соединив два индентичных мультиметра последовательно, когда знаешь уже заранее, что напряжение не превысит 2000вольт. Но для этого нужно иметь два тестора одной марки, у которых будет одно и то же входное сопротивление. Если высоковольное напряжение выше 2000 вольт, то померить его обычными приборами уже не представляется возможным.

Собственно эта проблема вынудила меня изготовить (наконец то!) самодельный вольтметр с верхним пределом измерений в 5000 вольт. Устройство по своей сути очень простое, но учитывая столь высокое напряжение уже требует определенного подхода при изготовлении, где главным аспектом, является изоляция. Изоляция корпуса, выносного кабеля, определенной конструкции рабочего щупа и т.д.

Изготовление такого киловольтметра начинать нужно с поиска подходящей измерительной головки. Обычно это микроамперметр с током отклонения в 100, а еще лучше в 50 мка, с линейной шкалой. Далее, подобрав стрелочный прибор, нужно изготовить щуп. Измерительный щуп в таком приборе, очень важная вещь! Это залог вашей безопасности в будущем, при работе с прибором.

Мой щуп устроен очень просто. Взят был деревянный кругляк от домашней щетки, диаметром 35мм, где внутри было просверлено отверстие, в котором размещены два резистора по 1.5Мом, мощностью в 2Вт, для ограничения поступающего тока к прибору. В качестве кабеля, использован коаксиал, в гибкой изоляции с экранирующей оплеткой, которая в свою очередь заведена на корпус прибора (общий провод). Экранка служит дополнительной гарантией от случайного поражения эл.током, в случае обрыва кабеля щупа. Соединяется щуп с прибором при помощи большого байонетного разъема, типа CP-75-54ПВ, имеющий достаточную дистанцию в своем размере, между центральной жилой и оплеткой кабеля. Сама деревянная рукоятка, после полного изготовленея щупа, хорошо пропитывается лаком НЦ и изолируется.

Схема прибора очень проста, потому накидал для наглядности просто от руки. Подобных схем, довольно много в сети. Это построение классического вольтметра на основе измерительной головки постоянного тока.

Сам вольтметр, это измерительная головка и набор последовательных сопротивлений, где самый близкий к стрелочному прибору вывод «+» , в процессе наладки, подбирается с особой точностью, выбирая погрешность прибора как можно ближе к нулю.

В моей конструкции, прибор двухдиапазонный. Первый диапазон, это измерение от 0. до 5000вольт. Второй диапазон, от 0. до 1000вольт. Для надежности, я не стал ставить переключатель по входу, а поступил проще, установил два раздельных входных разъёма, где от каждого к плюсовому контакту измерительной головки, тянется своя цепочка последовательных сопротивлений. Это и проще и с точки зрения изоляции и гораздо надежней. Для измерения до 5000 вольт, понадобилось 16 резисторов, общим сопротивлением порядка 92Мом! А для второго диапазона, до 1000вольт, необходимо было выполнить последовательную цепочку уже только из 5 резисторов, общим сопротивлением , порядка 18.8 Мом. (Все данные с учетом встроенного в щуп сопротиаления в 3.0 Мом). Величины сопротивлений, напрямую зависят от чувствительности вашей измерительной головки и подбираются в процессе настройки.

Таким образом, получился самодельный КИЛОвольтметр, с хорошей изоляцией по входу и большим входным сопротивлением. Погрешность измерений в моем приборе вышла порядка 50вольт, при замере на пределе до 5000в. На втором диапазоне, до 1000вольт, составила порядка 15-16 вольт. Более точно, я уже не настраивал, поскольку счел не нужным. Хватает вполне и такой точности.

Перед тем как окончательно закрыть крышку прибора, печатная плата, дважды была покрыта защитным лаком. Для удобства, вывел сбоку разъем для использования простых выносных, стандарных тесторных проводов, для использования их на нижнем пределе измерений , до 1000в. Просто на всякий случай. Вся конструкция киловольтметра, будет понятна из фотографий.

Источник

Как измерять напряжения в тысячи вольт с помощью мультиметра

Принципиальная схема приставки для возможности измерения высоких напряжений (много тысяч Вольт) с помощью мультиметра. В некоторых случаях требуетсяизмерять очень большие напряжения (десятки киловольт). Для таких целей существуют специальные приборы — «киловольтметры».

Покупать специально киловольтметр имеет смысл только когда вам нужно довольно часто измерять «киловольты». В повседневной же радиолюбительской практике такие измерения проводить приходится крайне редко.

И в этом случае можно обойтись и простым мультиметром. Но верхний предел измерения напряжение у стандартного мультиметра, обычно не бывает более 2000V.

Для того, чтобы мультиметром можно было измерять значительно более высокое напряжение, его необходимо дополнить приставкой в виде высокоомного и высоковольтного делителя напряжения.

Принципиальная схема

На рисунке ниже показана схема такого делителя. Он состоит из десяти резисторов сопротивлением по 68 МОм каждый, включенных последовательно, и одного резистора на 68 кОм.

Высокоомные резисторы образуют одно плечо делителя суммарным сопротивлением 680 МОм. А второе плечо образует резистор 68 кОм. Получается делитель напряжения на 10000.

Выход делителя подключаем к гнездам «СОМ» и «VОмmA», а вход (Х1 и Х2) к измеряемой цепи.

Рис. 1. Принципиальная схема высоковольтного делителя напряжения для измерения высоких напряжений с помощью мультиметра.

Мультиметр устанавливают в положение «2000мV», в котором он будет показывать напряжения до 20КV, а в положении «20V», теоретически, до 200 КV. Хотя, следует заметить, что таким способом нельзя измерять напряжение более 50 КV, так как приставку-делитель напряжения может пробить.

Либо нужно делать другую приставку, совсем по другому отнесясь к изолированию, и с большим сопротивлением. Что же касается этой приставки, то все резисторы должны быть крупными мощностью не менее 2W, а монтаж нужно выполнить, расположив все резисторы равномерно в линейку, так, чтобы расстояние между клеммами Х1 и Х2 было не менее 200мм.

Изоляция должна выдерживать большое напряжение. Схему можно собрать объемным способом и поместить внутрь стеклянной трубки, концы которой закрыть резиновыми пробками (через них выпустить провода). Можно сделать монтаж на листе органического стекла, на котором установить клеммы.

В любом случае, монтаж должен исключать возникновение токов утечки, а диэлектрические свойства основы должны соответствовать величине измеряемого напряжения.

Предостережение

ВНИМАНИЕ ! при работе с прибором нужно соблюдать все меры предосторожности при работе с высоковольтными установками. Приставка НЕПРИГОДНА для измерения напряжений в высоковольтных линиях электропередачи и промышленных электроустановках .

Можно измерять напряжения только на выходах умножителей, импульсных источников, схем развертки телевизоров, и в других подобных схемах.

Источник

Сделай сам своими руками О бюджетном решении технических, и не только, задач.

Как самому изготовить киловольтметр?

Простой киловольтметр для измерения напряжений до 50 – 100 киловольт и более можно изготовить самому. Такой прибор может пригодиться при регулировке режимов электронно-лучевых трубок, ионизаторов воздуха, флокаторов и прочих устройств, где используются высокие питающие напряжения.

Для изготовления киловольтметра потребуются следующие основные компоненты:

Самые интересные ролики на Youtube

Исходная схема киловольтметра.

О резисторах верхнего плеча делителя.

Резисторы С3-14-1 (группа Б) Это одноваттные резисторы, которые могут выдерживать напряжение до 10 киловольт. Диапазон сопротивлений от 470 МОм до 5,6 ГОм. При покупке, следует знать, что эти резисторы отличаются не очень высокой надёжностью, как в работе, так и при хранении. Поэтому, лучше приобретать их с некоторым запасом. Я бы рекомендовал купить раза в два большее количество, чем требуется.

Как рассчитать делитель высокого напряжения?

В любительской практике, чаще всего, приходится собирать подобные устройства исходя из имеющихся в наличии деталей. Поэтому, преступать к изготовлению щупа высоковольтного делителя следует только тогда, когда резисторы куплены и проверены. Исходя из имеющихся высоковольтных резисторов и следует производить окончательный расчёт делителя.

Примерный, предварительный расчёт верхнего плеча делителя.

Выбираем предельное напряжение, например, 50 киловольт. При таком напряжении, нам понадобится использовать 5 — 6 резисторов, каждый из которых выдерживает до 10-ти киловольт.

Рассчитываем делитель напряжения для шкалы мультиметра, например, 200 Вольт. Для удобства отсчёта, желательно, чтобы на 1 вольт шкалы приходился один киловольт измеряемого напряжения.

Входное сопротивление мультиметра 10 МОм. Однако для настройки делителя нам понадобится шунтировать это его плечо.

Поэтому, примем это плечо равным, например, 8 МОм.

8 (МОм) * 50 000 (Вольт) / 50 (Вольт) = Х+8 (МОм)

7992 (МОм) / 6 (штук) = 1332 МОм

Конечно, найти требуемый номинал резисторов вряд ли удастся и возможно придётся выбирать из имеющихся в продаже резисторов. Делитель можно собрать и из разных номиналов резисторов, но тогда потребуется рассчитать падение напряжения для каждого резистора. Из своего опыта могу добавить, что резисторы С3-14-1-Б при своей длине 29мм могут выдерживать напряжение в полтора и даже в два раза превышает допустимое, однако их надёжность при этом уменьшается.

Для того чтобы уменьшить протекающий через киловольтметр ток, можно на порядок или два увеличить сопротивление верхнего плеча делителя. При этом нужно будет выбрать шкалу прибора, соответственно, 20 Вольт или 2 Вольта.

Предварительный расчёт шунта к мультиметру (R* грубо + R*точно).

R тестера + R шунта = 8 МОм;

R шунта = 10 * 8 / 10 — 8 = 40 (МОм)

Изображение части щупа киловольтметра в разрезе.

  1. Наконечник;
  2. Гайка;
  3. Шайба гетинаксовая или стеклотекстолитовая (подойдёт от узла крепления резисторов ПЭВ);
  4. Втулка металлическая с резьбой внутри (подойдёт любая подходящая по размеру с внутренней резьбой М2,5 — М3(мм);
  5. Разъём «мама» подходящего размера для присоединения к выводу высоковольтного резистора. Разъём требуется для того, чтобы можно было в период эксплуатации прибора легко заменить вышедший из строя резистор;
  6. Первый резистор верхнего плеча делителя;
  7. Отрезок лыжной палки (длину заготовки рекомендую выбрать в зависимости от предварительно рассчитанного и уже имеющегося в наличии количества резисторов).

Приступаем к окончательной сборке.

Сначала изготавливаем узел крепление наконечника, для чего припаиваем разъём «5» к втулке «4».

Затем вклеиваем в торец трубки, с использованием эпоксидной смолы, детали «3» и «4».

При склейке нужно проследить, чтобы эпоксидная смола не затекла в разъём «5».

Резисторы верхнего плеча делителя спаиваем последовательно и вставляем внутрь лыжной палки так, чтобы первый резистор вошёл в разъём расположенный внутри. Последний резистор закрепляем пайкой у основания щупа.

Собираем остальные элементы схемы, расположив в подходящей металлической или пластмассовой коробке.

  1. Две клеммы для подключения заземления;
  2. Разъём СР-50 для подключения тестера или осциллографа;
  3. Резистор R*(грубо);
  4. Резистор R* (точно);
  5. Неоновая лампа;
  6. Сменный наконечник.

Калибруем делитель.

Для калибровки удобно использовать источник постоянного образцового напряжения на 1000 Вольт, так как это максимальное напряжение, которое можно измерить, обычно, имеющимися в распоряжении радиолюбителя приборами. Если такого не имеется, то можно воспользоваться другим менее высоковольтным источником.

Калибровка сводится к подбору резисторов в нижнем и верхнем плече делителя. Разброс параметров высокомегаомных резисторов велик, поэтому может понадобится сделать повторный расчёт по результатом предварительной калибровки, чтобы внести поправки.

Использование киловольтметра.

  1. Щуп киловольтметра в собранном виде;
  2. Провода для подключения заземления и мультиметра;
  3. Два варианта наконечников;
  4. Пример подключения киловольтметра к аноду кинескопа с использованием сменного наконечника в виде крючка.

При использовании прибора следует соблюдать меры техники безопасности.

Подключение и отключение киловольтметра следует производить при обесточенной аппаратуре, после снятия заряда с высоковольтных токоведущих частей.

При подключении киловольтметра к измеряемым цепям, заземление следует подключать в первую очередь!

При отсоединении щупа от измеряемых цепей, заземление следует отключать в последнюю очередь!

При подключении киловольтметра к аноду кинескопа следует одну клемму заземления соединить с графитовым покрытием кинескопа, а другую с общим проводом шасси телевизора.

Близкие темы.

Измерение тока и напряжения произвольной формы.

Комментарии (47)

Страниц: « 1 2 3 4 [5] Показать все

Американцы и немцы в высоковольтных источниках используют эти стабилитроны http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/eic/5KP6.0A.pdf‘
Измеряемое напряжение до 25 кВ
Напряжение на выходе 0-10В
Резисторы 20 МОм и 8 кОм

У меня мультиметр Mastech MS8268. Кокое должно быть сопротивление шунта?

Федор, я не очень-то понимаю, о чём Вы говорите. Стабилитроны предназначены для стабилизации напряжения. Дайте ссылку на реальную схему киловольтметра, о которой Вы говорите.

Что касается применения стабилитронов в цепях ограничения измеряемого напряжения. Конечно, применить стабилитрон можно и это повсеместно делается. Но, в нашем случае, нужно просто посчитать, какой ток будет течь в измерительной цепи, и какой потечёт через стабилитрон, чтобы узнать, какое влияние он окажет на точность измерения.

Что касается параметров делителя, то я, вроде, описал, как его рассчитать. Я могу посчитать делитель за Вас, если Вы предоставите все исходные данные, такие как входное сопротивление мультиметра и сопротивление верхнего плеча делителя.

Если Вы ещё не приобрели резисторы верхнего плеча, то Вы должны определиться с входным сопротивлением киловольтметра. Ведь от его значения будет зависеть не только точность измерения, но и величина влияния на измеряемую цепь.

Проще говоря, любой блок питания, а тем более высоковольтный имеет какое-то внутреннее сопротивление, а так же определённый максимально-допустимый выходной ток. Обычно, ток высоковольтных источников невелик и если ток, протекающий через измерительную цепь, будет сопоставим по значению с током генерируемым источником, то точность измерений будет крайне низка.

Желательно, чтобы ток измерительной цепи был на насколько порядков меньше, чем ток источника. Например, ток луча кинескопа измеряется в единицах миллиампер, поэтому, желательно, чтобы ток измерительной цепи был хотя бы в 1000 раз меньше.

Допустим, что нам нужно ограничить ток измерительной цепи одним микроампером при напряжении 25 киловольт, то резистор верхнего плеча будет равен:

25000(В) : 1(µA) = 25ГОм

Значит, чтобы использовать в качестве защитного элемента стабилитрон, его ток утечки должен быть так же на порядок или два ниже 1µA. А это уже будут наноамперы.

Если удастся найти такой стабилитрон, то, наверное, можно было бы его использовать в качестве защиты и одновременно одной из ветвей нижнего плеча делителя. Но, тогда, нужно быть уверенным, что у этого стабилитрона не поползут параметры при изменении температуры и приложенного напряжения.

Источник

Высоковольтный, высокоимпедансный вольтметр “Микрон-Гига-Вольт”

В своей практике я очень часто сталкиваюсь с задачей измерения высоковольтных слаботочных цепей. Как правило, в дозиметрах и источниках питания для ФЭУ мною применяются преобразователи, рассчитанные на очень малые токи потребления. Как результат, измерить их классическими методами с помощью мультиметров с сопротивлением входа 1 или 10 мегаом нельзя, они создают значительную нагрузку на измеряемую цепь и появляется просадка напряжения, а значит измерение производится с ошибкой, порой значительной.

Для решения этой задачи я разработал простой вольтметр с сопротивлением входа 5 ГигаОм, и максимально-измеряемым напряжением 2.5 кВ.


На элементах U1, U2, U3 собрана подсистема питания.
Микросхема U1 отвечает за зарядку встроенного Li-Po аккумулятора. Микросхема U2 — это простой LDO стабилизатор, обеспечивающий стабильные 3.0В для питания всех систем устройства. На микросхеме U3 собран инвертер, преобразующий +3В в -3В, для питания дисплея. Дело в том, что примененный в схеме внешний дисплей от Nokia 2760, для питания подсветки требует 6В, соответственно используя разность потенциалов, создаваемую инвертером U3, мы получаем две точки питания -3В и +3В, и это дает нам нужные 6В разницы потенциалов. Резистор R1 подбирается индивидуально под каждый дисплей, таким образом, чтобы ток не превышал 11-14 мА. Как правило, достаточно 10мА, чтобы подсветка светилась с нормальной яркостью.

На операционном усилителе U5 собран повторитель напряжения, который улучшает токовые характеристики высоковольтного высокоимпедансного делителя напряжения R7, R5 до достаточных значений для последующей обработки аналогово-цифровым преобразователем в МК.
Микроконтроллер U4 берет на себя задачи: компенсация напряжения смещения ОУ, обработка сигнала с делителя напряжения, вычисление минимума, максимума, прорисовка осциллограммы напряжения и т.п.

Разное:

Свежий вариант платы уже загружен на OSHPark и может быть там заказан «в один клик» ссылка.

Друг не так давно собирал его и снял про него небольшое видео, которое можно найти на YouTube по фразе «Самодельный высокоомный вольтметр».

Замену деталей на аналоги я производить не рекомендую, все детали хорошо подобраны друг к другу, и при замене аналогами могут всплыть разные неочевидные нюансы.
Пайку лучше производить с флюсом EFD FLUX PLUS 6-412-A, т.к. он имеет высокое объемное сопротивление.

Стоит отметить один нюанс. Вольтметр не любит резких скачков напряжения с нуля до нескольких киловольт на входе, и иногда создаваемая резким выбросом помеха может привести к зависанию МК. Поэтому для измерения высоковольтных каскадов с напряжениями свыше 500В я рекомендую подключать(или подпаивать) к ним устройство заранее, до того как они будут включены. Это обеспечит немногим более плавный подъем напряжения и не вызовет проблем при работе. Можно еще повысить емкость C8, но иголки с киловольтными потенциалами все равно очень неплохо распространяются по такой небольшой плате. Поэтому лучше избегать подключения «на горячую» к цепям с потенциалами свыше 500В, и подключать его заранее, до включения цепи.

Между контактами Batt+ и SW2 подключается выключатель питания, любой который вам будет удобен.

Для удобства работы с SMD деталями, плата разведена под возможность припайки тест-пинов, в качестве встроенных измерительных щупов.

Корпус применен классический для серии разработок «Микрон», это китайский корпус от продавца RFBAT с EBAY, они у него обычно называются «Plastic Project Box Enclosure Case DIY — -1.94″*1.08″*0.55″(L*W*H)»

В момент включения происходит само-калибровка прибора, надо отметить, что в этот момент потенциал на щупах прибора должен быть равен нулю.

При измерении отрицательных напряжений(к примеру при работе с ФЭУ) будьте бдительны, схема не имеет развязки по контакту «-«, это означает что на USB разъеме и выключателе будет высокий отрицательный потенциал. Я такие измерения провожу не трогая голыми руками прибор, чего и Вам советую.

После сборки и проверки, рекомендуется покрыть плату несколькими слоями лака УР-231.

На экране отображается текущее напряжение, максимальное и минимальное за 4 секунды. А так-же график-осциллограмма напряжения с автоматической подстройкой окна.

Характеристики:
Диапазон измеряемых напряжений: от +100, до +2500 вольт
Точность измерения: +-2%+-6ед
Сопротивление входа: не менее 4.95 ГОм (зависит от качества текстолита, отмывки, лака для покрытия)
Время работы от АКБ: не менее 4-х часов.

Новая версия платы(v.2.02) из этой статьи содержит вырезы в текстолите, для увеличения объемного сопротивления текстолита в критически важных местах.

Источник

Читайте также:  Измерить импульс с форсунки

Сравнить или измерить © 2021
Внимание! Информация, опубликованная на сайте, носит исключительно ознакомительный характер и не является рекомендацией к применению.