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Sel(R)

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Radebeul,
26.07.2021,
09:48
 

Tastkopf für Hochspannung, Dimensionierung (Elektronik)

Was ist eigentlich besser? Die Grundschaltung wäre: Hochspannung -> Tastkopf -> analoges Meßgerät -> Masse.

1. Variante
Alles in Reihe und zur Bereichsumschaltung den Vorwiderstand im Tastkopf ändern. Die Einstellungen am Meßgerät bleiben gleich, die Hochspannungsquelle wird bei Meßbereichsumschaltung aber mit unterschiedlichen Strömen belastet. Gesamtschaltung wäre also ein Spannungsteiler mit zwei Widerständen.

2. Variante
Alles in Reihe, der Vorwiderstand im Tastkopf wird aufgeteilt, die Bereichsumschaltung erfolgt am Meßgerät. Vorteil wäre ein fast konstanter Innenwiderstand des Tastkopfes. Umschaltung des Meßbereiches wie gewohnt am Gerät, es ist eben nur der Teilerfaktor des Tastkopfes zu beachten. Gesamtschaltung wäre hier ein doppelter Spannungsteiler.

Klar ist natürlich, das aus Sicherheitsgründen eine Bereichsumschaltung nur spannungslos erfolgt. Sollte man ja auch sonst immer so machen, dem Meßgerät zuliebe.

LG Sel

--
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Ich bin ein Elektronikbastler, der ab und zu ein paar Informationen sucht ...

Hartwig(R)

26.07.2021,
10:47
(editiert von Hartwig
am 26.07.2021 um 10:53)


@ Sel

Tastkopf für Hochspannung, Dimensionierung

Hallo Sel,
vielleicht solltes Du etwas mehr dazu sagen:
» Was ist eigentlich besser? Die Grundschaltung wäre: Hochspannung ->
» Tastkopf -> analoges Meßgerät -> Masse.
Analog - OK, aber mit Verstärker (konstanter Eingangswiderstand) oder passiv?
- AC oder DC?
- Genauigkeit?
- Sonstige Limitationen, die Du zuweilen immer erst etwas später aus dem Hut ziehst wie z.B. vorhandene Bauteile die weg müssen, limitierte Baugröße, Stecker, Meßaufbau bzw. Anwendung oder eWMS-Funnktionen ;-)
»
» 1. Variante
» Alles in Reihe und zur Bereichsumschaltung den Vorwiderstand im Tastkopf
» ändern. Die Einstellungen am Meßgerät bleiben gleich, die
» Hochspannungsquelle wird bei Meßbereichsumschaltung aber mit
» unterschiedlichen Strömen belastet. Gesamtschaltung wäre also ein
» Spannungsteiler mit zwei Widerständen.
»
Wenn es die Anwendung erfordert, kann man die Umschaltung am HV-Widerstand vornehmen (Beispiel: Oszi-Tastkopf), Vorteile erkenne ich darin aber nicht.

» 2. Variante
» Alles in Reihe, der Vorwiderstand im Tastkopf wird aufgeteilt, die
» Bereichsumschaltung erfolgt am Meßgerät. Vorteil wäre ein fast konstanter
» Innenwiderstand des Tastkopfes. Umschaltung des Meßbereiches wie gewohnt am
» Gerät, es ist eben nur der Teilerfaktor des Tastkopfes zu beachten.
» Gesamtschaltung wäre hier ein doppelter Spannungsteiler.

Annahme: Drehspulmeßgerät mit 20k/V Ri. HV-Widerstand 20M. Meßbereich 1V -> Ri = 20k ->Umax= 1kV. Im 10V-Bereich -> Ri = 200k -> Umax = 10kV, Fehler im Bereich 1%, also etwa der Genauigkeit des Meßgerätes entsprechend
Ist ein Meßbereichswechsel >2 Stufen (Dekaden) erforderlich, wird der Fehler natürlich größer. Lösung 1: Impedanzwandler (Spannungsfolger/Puffer x1) am Fußpunktwiderstand des Tastkopfes. Lösung 2: Meßbereich am Meßgerät selbst fest vorgeben, und den Teiler (mit Hilfe von (abgeglichnenen) shunt-Widerständen am Fußpunkt des Teilers umschalten.

Eine Umschaltung sowohl im Messgerät als auch am Teiler würde ich aus Gründen der Meßgenauigkeit auf keinen Fall vornehmen, da leidet mindestens die Reproduzierbarkeit aufgrund der verschiedenen Kombinationsmöglichkeiten der Meßbereiche.

und vielleicht so bauen, dass es beim Umschalten unter Spannung eben nicht zu Problemen kommt .....

Grüße
Hartwig

Sel(R)

E-Mail

Radebeul,
26.07.2021,
11:47
(editiert von Sel
am 26.07.2021 um 12:07)


@ Hartwig

Tastkopf für Hochspannung, Dimensionierung

Analoges Multimeter (AEG, Vielfachmesser UM), 100kOhm/V, keine Elektronik, nur mechanische Schalter und Widerstände, nur DC. Der Tastkopf ist mechanisch vorhanden, also leer, bis 30kV möglich. Passendes HV-Kabel und neue Stecker/Buchsen sind vorhanden. Maximalspannung zum Messen sollen 15kV DC sein.

Variante 1:
Vielfachmesser auf kleinsten Meßbereich (60mV/10uA) schalten, davor den Tastkopf. Die erforderlichen Widerstände fürn Testkopf werden gekauft.

Variante 2:
Fester Spannungsteiler kommt in den Tastkopf, damit bekommt der Tastkopf einen Anschluß zum Meßgerät, einen anderen an Masse. Fester Spannungsteiler in Tastkopf, gesamt z.B. 1GOhm. Teilerverhältnis 100:1 vielleicht. Folgeteiler ist ja schon im Meßgerät. Muß dabei nur aufpassen, das das Meßgerät den Tastkopf nicht zu stark belastet (Formeln für belasteten Spannungteiler verwenden).

Die genau notwendigen Widerstände kann ich selbst ausrechnen, mir gehts hier nur ums optimale Meßprinzip!

Maximaler Meßfehler kann 5% sein, Meßgerät ist Klasse 1. Alles soll ohne Elektronik bleiben. Vor das Meßgerät will ich eine kleine Box machen, welche die Steckmöglichkeit fürn Tastkopf drin hat, evtl. den Umschalter und Widerstände. Im Tastkopf selbst ist nur ein großer passender Vorwiderstand (oder mehrere in Reihe).

*schwitz*
Sel

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Ich bin ein Elektronikbastler, der ab und zu ein paar Informationen sucht ...

Wolfgang Horejsi(R)

26.07.2021,
12:56

@ Sel

Tastkopf für Hochspannung, Dimensionierung

» Analoges Multimeter (AEG, Vielfachmesser UM), 100kOhm/V, keine Elektronik,
» nur mechanische Schalter und Widerstände, nur DC. Der Tastkopf ist
» mechanisch vorhanden, also leer, bis 30kV möglich. Passendes HV-Kabel und
» neue Stecker/Buchsen sind vorhanden. Maximalspannung zum Messen sollen 15kV
» DC sein.

» Variante 2:
» Fester Spannungsteiler kommt in den Tastkopf, damit bekommt der Tastkopf
» einen Anschluß zum Meßgerät, einen anderen an Masse. Fester Spannungsteiler
» in Tastkopf, gesamt z.B. 1GOhm. Teilerverhältnis 100:1 vielleicht.
» Folgeteiler ist ja schon im Meßgerät. Muß dabei nur aufpassen, das das
» Meßgerät den Tastkopf nicht zu stark belastet (Formeln für belasteten
» Spannungteiler verwenden).

Wird vermutlich nicht funktionieren, wenn der 20V-Bereich des Messgerätes 2MOhm hat und der 200V-Bereich 20MOhm, bei gleichem Strom.

Hartwig(R)

26.07.2021,
13:48
(editiert von Hartwig
am 26.07.2021 um 22:18)


@ Sel

Tastkopf für Hochspannung, Dimensionierung

Hallo Sel,

» Variante 1:
» Vielfachmesser auf kleinsten Meßbereich (60mV/10uA) schalten, davor den
» Tastkopf. Die erforderlichen Widerstände fürn Testkopf werden gekauft.

wenn nichts am Tastkopf geschaltet werden muss, wäre die Variante sehr einfach machbar, bei der hohen Empfindlichkeit des Messgerätes wäre der Fehler gering. Der Nachteil liegt bei Messung kleinerer Spannungen, also z.B. 1kV. Nur 1G ist schon sehr hoch, allein da könnten parasitäre Widerstände Ärger machen (Um die 5% Toleranz einzuhallten, muß der Isolationswiderstand >20G sein). Vielleicht sind 100M ja ein guter Kompromiss, das erhöht die Flexibilität. Oder halt 2 Tastköpfe bauen, wenn Du schonmal dabei bist ;-)
»
» Variante 2:
» Fester Spannungsteiler kommt in den Tastkopf, damit bekommt der Tastkopf
» einen Anschluß zum Meßgerät, einen anderen an Masse. Fester Spannungsteiler
» in Tastkopf, gesamt z.B. 1GOhm. Teilerverhältnis 100:1 vielleicht.
» Folgeteiler ist ja schon im Meßgerät. Muß dabei nur aufpassen, das das
» Meßgerät den Tastkopf nicht zu stark belastet (Formeln für belasteten
» Spannungteiler verwenden).

Die Lösung ist flexibler. Da die Belastung durch das Messgerät vom Messbereich abhängig ist, wäre für jeden Messbereich ein eigener Messshunt am Fußwiderstand des Teilers erforderlich - das macht die Sache eben umständlich. Aber da da würde ich erstmal ausrechnen, wie groß der Fehler überhaupt wird - mit 2 Messbereichen (1/10) bleibst Du ja noch innerhalb deiner 5% Toleranz. wahrscheinlich deutlich besser, wenn Du auf einen mittleren Fehler abgleichst. I finde die Erdung am Tastkopf auch nicht schlecht, allerdings bin ich mir nicht sicher, welche Nachteile das haben kann (Kriechströme?)

»
» Die genau notwendigen Widerstände kann ich selbst ausrechnen, mir gehts
» hier nur ums optimale Meßprinzip!
- in beiden Fällen läßt sich der Fehler durch Abgleich reduzieren, allerdings unterscheiden sich da Lösung 1 und 2, was aber auch ein Frage der Schaltung (Belastung durch den Teiler) ist. Die Frage bleibt, welchen Fehler du eher in Kauf nimmst.

Ob der Tk hier eine Rolle spielt? Für Einhaltung der 5% Toleranz sehe ich das eher nicht. Eigentlich beruht ja jede der Alternativen auf einem Spannungsteiler - die Frage, welcher Spannungsteiler nun "besser" ist, ist daher wohl kaum zu beantworten.
Wenn der Isolationswiderstand von Bedeutung ist (siehe oben), würde ich ein paar Kriterien für den Aufbau festlegen und dann überlegen, was einfacher und sicherer umzusetzen ist.

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» Maximaler Meßfehler kann 5% sein, Meßgerät ist Klasse 1. Alles soll ohne
» Elektronik bleiben. Vor das Meßgerät will ich eine kleine Box machen,
» welche die Steckmöglichkeit fürn Tastkopf drin hat, evtl. den Umschalter
» und Widerstände. Im Tastkopf selbst ist nur ein großer passender
» Vorwiderstand (oder mehrere in Reihe).
»
» *schwitz*
» Sel