Spänningsmultiplier att mäta HV

[SM0NOR]

Detta borde vara världens enklaste grej. Men jag har kört fast...
Jag har gjort en spänningsdelare enligt schemat. Panelinstrumentet mäter 1 mA med inre resistans om 50 ohm.
Tanken är att fullt utslag skall visa 3 KV, vilket beräknat borde bli 7,5 V över R2. Nedanstående koppling med en testspänning om 1290 V ger 3,2 V över R2 vilket bekräftas av DMM:en. När jag sedan kopplar panelinstrumentet M1 över R2 så blir den totala resistansen av R1+M1 49,8 ohm. Med testpänningen U2 så borde teoretiskt M1 visa 43% av fullt utslag. Men i praktiken blir det 35%, vilket ju är felaktigt. Med M1 inkopplat så mäter jag U2 till 0,016 V, vilket stämmer med beräknat. Fullt utslag kan beräknas till 0,037 V. Här är också förhållandet 43%. Men i praktiken visar M1 35%.
Var tänker jag fel?
(Två olika panelinsutrument ger samma svar)

 

[SM0UAN]

Vore det inte enklast att bara ha serieresistans på 3 MΩ och därmed får man ju fullt utslag vid 3 kV? Om man ska mäta med hjälp av en spänningsdelare, så måste nog denna dra avsevärt mycket mer än själva instrumentet, för att man ska få ett hyfsat mätvärde. Felet blir ju bara 50 Ω jämfört med 3 MΩ vilket är försumbart. För att inte få hög spänning på instrumentet om det blir avbrott i spolen eller anslutningen så har man seriemotståndet och en 10 V Zenerdiod nära spänningskällan.

 

[SM0GLD]

Jag förstår inte 43% ?
16,08mV över 50 ohm = 321,53µA alltså 32,1%

 

[SM0NOR]

Jag förstår inte 43% ?
16,08mV över 50 ohm = 321,53µA alltså 32,1%

Precis! Ohm-beräkningen stämmer och bekräftas empiriskt genom att M1 visar ca 35% av fullt utslag.
Men om tänkta utslaget skall vara 3 KV och jag testar med 1290 V så är detta 43% av fullt utslag (1290/3000=0,43).
Det är här någonstans jag gör en tankevurpa....

 

[SM4HFI]

10 k drar försumbar ström bredvid visarinstrumentet. Fullt utslag kräver 1 mA. Seriemotståndet på 4 Mohm kräver då 4 kV för fullt utslag. 1290 V ger strömmen 0.32 mA, ungefär vad ditt instrument visar. Kortslut två av seriemotstånden för 3 kV fullt utslag.
/Jan

 

[SM7NTJ]

Tankevurpan är mätinstrumentets inre resistans som påverkar kopplingen och därigenom blir det avlästa mätvärdet fel.
Din DMM har troligen 10Mohm som ingångs resistans vilket inte påverkar kretsen så mycket att mätvärdet blir fel.
Panelinstrumentet har bara 50 ohm som inre resistans vilket definitivt påverkar mätningen.

Gör som Jan SM4HFI skriver, koppla bort två av seriemotstånden så får du fullt utslag på panelinstrumenten för 3kV in med strömmen 1mA i kretsen. Behåll motståndet på 10k parallellt med panelinstrumentet då strömmen genom det inte synligt påverkat mätvärdet.

73 de SM7NTJ Lorentz

 

[SM0NOR]

OK.
Ja, tack för feedback. Det får bli så. Måste dock arrangera om litet för att få spänningen inom toleranser för motstånden. Ibland vrider man huvudet ut och in över en enkel sak

 

[SM7NTJ]

Hej
När man räknar ut resistansen är det ibland lätt att glömma bort att räkna på effekttåligheten för förkopplingsmotstånden.
Med 499 kohm behöver varje motstånd tåla mer än 0,6W.

Räknar man om förkopplingsmotstånden för standardvärden på motstånd får man flera alternativ.

För motstånd som tål 0,125W skulle man kunna koppla 25st 120 kohm i serie vilket ger 3Mohm.
Hittar man motstånd som tål 0,5W skulle man kunna koppla 1st 180 kohm i serie med 6st seriekopplade 470 kohm vilket också blir 3 Mohm.

OBS behåll parallellmotståndet över panelinstrumentet.

73 de SM7NTJ Lorentz

 

[SM7TLH]

När jag räknade på liknande spänningsdelare för länge sedan överraskades jag över hur låg spänningståligheten var för "vanliga" motstånd. Jag tittade nyss på vanliga hålmonterade kolfilmsmotstånd på ELFA, och de första jag hittade hade en maxspänning på 150 V för 125 mW och 250 V för 250 mW.

 

[SM0UAN]

När jag räknade på liknande spänningsdelare för länge sedan överraskades jag över hur låg spänningståligheten var för "vanliga" motstånd. Jag tittade nyss på vanliga hålmonterade kolfilmsmotstånd på ELFA, och de första jag hittade hade en maxspänning på 150 V för 125 mW och 250 V för 250 mW.

Då undrar man ju lite över vad de menar... Ett 1 W motstånd på 1 MΩ kan ju kanske (!) tänkas ha en spänningstålighet över motståndet på 1000 V, eftersom det då går på max effekt, men menar man spänning mot omgivningen här?

 

[SM7TLH]

Då undrar man ju lite över vad de menar... Ett 1 W motstånd på 1 MΩ kan ju kanske (!) tänkas ha en spänningstålighet över motståndet på 1000 V, eftersom det då går på max effekt, men menar man spänning mot omgivningen här?

Nja, det är nog begränsat både av förlusteffekt och spänningsfall. Ett (i fallet ovan) 470k-motstånd, 0.25 W som går på maxeffekt får ≈260 V över sig och ligger precis på gränsen både vad spänning och effekt beträffar. Över det så begränsar spänningen, under det förlusteffekten.

Jag gissar att det har med interna krypavstånd att göra, men det är verkligen en gissning.

 

[SM0GLD]

Det finns motstånd som tål hög spänning utan att det blir överslag. I detta fall har storleken stor betydelse.
Stort avstånd mellan anslutningarna avgör spänningståligheten tillsammans med motståndets interna uppbyggnad och material.

 

[SM4FPD]

Jag har för mig att i vissa slutsteg, använder man utjämningsmotstånden som sitter på varje eleketrloyt i kondensatorbatteriet.
Dessa bildar ju en stege och används som förkopplingsmotstånd för en voltmeter.
På så vis spar man in (gör billigare) ett antal komponeter.

I andra apprater har jag sett att man använder ytmonterade motstånd som förkopplingsmotstånd för spänningsmätning.
Det kan vara ett skapligt antal motstånd, seriekopplade, med ett visst avstånd mellan varje, kanske de sitter med 10 mm avstånd. Då är det system för max 1300 VDC.

de
SM4FPD

 

[SM0NOR]

Hej
När man räknar ut resistansen är det ibland lätt att glömma bort att räkna på effekttåligheten för förkopplingsmotstånden.
Med 499 kohm behöver varje motstånd tåla mer än 0,6W.

Räknar man om förkopplingsmotstånden för standardvärden på motstånd får man flera alternativ.

För motstånd som tål 0,125W skulle man kunna koppla 25st 120 kohm i serie vilket ger 3Mohm.
Hittar man motstånd som tål 0,5W skulle man kunna koppla 1st 180 kohm i serie med 6st seriekopplade 470 kohm vilket också blir 3 Mohm.

OBS behåll parallellmotståndet över panelinstrumentet.

73 de SM7NTJ Lorentz

Ja. Det blir tuffare om jag går ned till 6 stycken. Därför måste jag räkna om motstånden. 8 stycken är fortfarande att föredra.
Jag använder motstånd specade till 500 volt och 1 W. Så med 6 stycken blir det precis, vilket inte känns bra. 8 stycken ger 375 volt över varje, vilket känns bra. Så, om jag sänker R till runt 250K per styck så blir det fin-fint. Dock, som det står på andra ställen i tråden, så får man vända sig till andra distributörer. Jag använder dessa: https://www.mouser.se/datasheet/2/427/ccf60-1762058.pdf
I E96-serien finns 249K. Så det blir en liten beställning till från Mouser

 

[SM0NOR]

När jag räknade på liknande spänningsdelare för länge sedan överraskades jag över hur låg spänningståligheten var för "vanliga" motstånd. Jag tittade nyss på vanliga hålmonterade kolfilmsmotstånd på ELFA, och de första jag hittade hade en maxspänning på 150 V för 125 mW och 250 V för 250 mW.

Japp!
Jag annvänder dessa: https://www.mouser.se/ProductDetail/71-CCF60-499K-E3/

 

[SM0NOR]

Jag har för mig att i vissa slutsteg, använder man utjämningsmotstånden som sitter på varje eleketrloyt i kondensatorbatteriet.
Dessa bildar ju en stege och används som förkopplingsmotstånd för en voltmeter.
På så vis spar man in (gör billigare) ett antal komponeter.

I andra apprater har jag sett att man använder ytmonterade motstånd som förkopplingsmotstånd för spänningsmätning.
Det kan vara ett skapligt antal motstånd, seriekopplade, med ett visst avstånd mellan varje, kanske de sitter med 10 mm avstånd. Då är det system för max 1300 VDC.

de
SM4FPD

Smaksak! Men utmaningen är att bleeder-motstånden måste vara mycket effekttåliga och då blir det färre värden att välja på och mer krångel att hitta rätt.
Så, enklast tycker jag, är att hålla isär bleeder/utjämning från mätar-multipeln.
Men som sagt en smaksak

 

[SM0NOR]

Första bilden är ett hemmagjort kort. Motstånden syns längst bort. Men inte snyggt pga av alla tester. Jag bestämde för att göra om kortet och lära mig Kicad och få det gjort i Kina. Det var roligt Inte helt klart ännu... och så kretsschemat. Inget märkvärdigt. Finns 1000 varianter på detta i diverse handböcker

 

[SM0UAN]

Nu kanske jag har missat nåt väsentligt här, men om avsikten är att övervaka en spänning på max 3 kV med ett panelinstrument som drar 1 mA för fullt utslag, så behöver man ett seriemotstånd i kretsen på 3 MΩ. Instrumentet kan man glömma i sammanhanget, det har så låg resistans att det inte inverkar, bland annat för att panelinstrument av vridspoletyp sällan är bättre än 1% noggrannhet.

Men 1 mA över 3 MΩ ger en effektutveckling på max 3 W och den måste hanteras. Om man exvis har 3 st 1 W motstånd på 1 MΩ är ju problemet löst, för bättre säkerhet bygger man ett kluster med 6 st 1 MΩ motstånd parallellkopplade 2 och 2. Att hitta 1 MΩ motstånd är kanske inte så komplext kan man hoppas. En spänningsdelare skulle man troligen inte behöva anordna och ska en sådan vara till nån "nytta" så måste den dra mer ström än instrumentet, vilket då börjar ge en rejäl effektåtgång, vilket väl inte är meningen. Däremot kan man bygga ihop seriemotståndet med en Zenerdiod på nån låg spänning typ 10 V mot jord och koppla instrumentet över dioden. Kopplar man loss instrumentet kommer + ledningen inte att komma över + 10 V, vilket kan kännas ofarligt. Man tänker sig gärna att serieresistans och diod sitter i nätaggregatet och instrumentet kanske en bit ifrån i nån panel.

 

[SM0GLD]

Om man exvis har 3 st 1 W motstånd på 1 MΩ är ju problemet löst,

Då måste motstånden klara 1kV / st och det är inte det lättaste att åstadkomma.
Däremot fins det "vanliga" motstånd som klarar 500V och då blir det 6st i serie.....minst för man vill ju ha lite marginal också.

 

[SM7NTJ]

I grunden handlar valet av komponenter om att hitta en balans mellan kostnad, funktion och säkerhet.

För ett sådant här förkopplingsmotstånd är det bra att sprida ut riskerna. Det vill säga lägre spänning och effekt per motstånd är bra.

Sett till motståndens tillverkningstolerans är det ofta bra att sprida ut en hög resistans på flera seriekopplade motstånd med lägre resistans vars spridning i resistansvärde ofta tar ut varandra.

Ofta går de önskade egenskaperna resistansvärde, spänningstålighet, effekttålighet, temperaturstabilitet och pris åt olika håll.

I den ursprungliga skissen så fyller motståndet på 10 kohm i stort sett samma funktion som en zenerdiod. Motståndet begränsar spänningen över instrumentet.

Om man däremot vill koppla in ett högohmigt mätinstrument i kretsen som till exempel en DMM med 10Mohm som ingångsresistens då behöver man en fullständig spänningsdelarkedja.

Med bibehållna 1mA i kretsen blir det motstånd du mäter spänning över då 3kohm. Två stycken seriekopplade motstånd på 1,5 kohm är nog ett bra val för detta med bibehållen motståndskedja på 3 Mohm som förkopplingsmotstånd.

73 de SM7NTJ Lorentz