Forum

Einloggen | Registrieren | RSS  

Sel(R)

Radebeul,
28.03.2021,
18:21
 

HV-Tastkopf mal anders (Elektronik)

Habe mir einen Hochspannungstastkopf gebaut. Der ist für DC bis 20 kV gedacht.



Der Spannungsteiler im vorderen Teil des Tastkopfes besteht aus mehreren Hochvolt-Widerständen (je mind. 6 kV Spannungsfestigkeit). Belastbarkeit pro Widerstand max. 600 mW, das reicht dicke. Ich habe einen Gesamtwiderstand von 1,4 GOhm zusammengebastelt. Ich kann bis 20 kV am Eingang anlegen, da bin ich auf der sicheren Seite. Der Ausgang hat dann 2 V, also ein Verhältnis von 10000:1. Das ist sehr viel, doch ich wollte im Tastkopf wenig Leistung verheizen und den Ausgang nicht allzu hochohmig haben. Passt also. Damit innen drin Feuchtigkeit keine Chance hat, habe ich die Widerstandkette mit mehreren Lagen Schrumpfschlauch, teilweise mit Innenkleber, ausgestattet. Drumrum ein PE-Rohr und dieses zusätzlich eingeschrumpft. Vorne und hinten ist der Tastkopf mit 2K-Kleber versiegelt. Das letzte Glied der Widerstandkette ist ein Einstellregler, damit ich den Tastkopf jederzeit nachjustieren kann. Ich denke AC bis wenige (einstellige) kHz kann ich damit auch noch messen. Kommt bei mir momentan aber nicht vor.

Ja, ich merke den TK der Widerstände. Und die sehr hochohmige Ausführung vom Tastkopf bedingt unbedingte Sauberkeit der Spitze vorne und der ersten paar Zentimeter vom Tastkopf. Aber mir reicht eine Genauigkeit von +/- 10% völlig aus. Ich fühle mich absolut sicher mit dem Tastkopf. Das ist wichtig. Tja, das Material konnte ich in meiner Bastelkiste finden, von daher... :-)

LG Sel

--
******************************************
Ich bin ein Elektronikbastler, der nur durch Schmerzen begreift, was schlauere Leute im Forum an Wissen vermitteln können.

simi7(R)

D Südbrandenburg,
28.03.2021,
19:05

@ Sel

HV-Tastkopf mal anders

» Habe mir einen Hochspannungstastkopf gebaut. Der ist für DC bis 20 kV
» gedacht.

Für die Anodenspannung deines Fernsehers etwas knapp bemessen. :-D :rotfl:

Sel(R)

Radebeul,
28.03.2021,
19:30

@ simi7

HV-Tastkopf mal anders

» » Habe mir einen Hochspannungstastkopf gebaut. Der ist für DC bis 20 kV
» » gedacht.
»
» Für die Anodenspannung deines Fernsehers etwas knapp bemessen. :-D :rotfl:

Kann ja einen Spannungsteiler davorschalten... :-D :-D :-D

--
******************************************
Ich bin ein Elektronikbastler, der nur durch Schmerzen begreift, was schlauere Leute im Forum an Wissen vermitteln können.

bastelix(R)

28.03.2021,
22:06

@ Sel

HV-Tastkopf mal anders

»
Wow, finde ich großartig. Sieht auch sehr gut aus.

Wie schließt du das Oszi an? Wird da noch ein Kabel fest verbaut oder ist da eine Steckverbindung vorgesehen?

finni(R)

28.03.2021,
22:38
(editiert von finni
am 28.03.2021 um 22:45)


@ bastelix

HV-Tastkopf mal anders

» Wie schließt du das Oszi an? Wird da noch ein Kabel fest verbaut oder ist
» da eine Steckverbindung vorgesehen?

Als Ossi erkennt man unter dem blauen Teil, eine verbaute Messgerätespitze mit Banananbuchse, von z.B einem Uni11 oder Uni12. Die Buchse ist also am rechten Ende.



Hier steckt eine Messstrippe drin.

simi7(R)

D Südbrandenburg,
28.03.2021,
23:25

@ finni

HV-Tastkopf mal anders

»
» Hier steckt eine Messstrippe drin.

Ha! Kam mir gleich so bekannt vor.

cmyk61(R)

E-Mail

Edenkoben, Rheinland Pfalz,
29.03.2021,
00:12
(editiert von cmyk61
am 29.03.2021 um 00:15)


@ Sel

HV-Tastkopf mal anders

Ich hätte angesichts der mechanischen Maße deutliche Sicherheitsbedenken. Kriechstrecken...
Schrumpfschlauch sehe ich im Zusammenhang mit HV auch als problematisch an.
Der 20kV Tastkopf meines ICE-Analogmeßgeräts war ca 25cm lang und hatte mehrerer Sicken um einen Oberflächenüberschlag zu verhindern.
Der Durchmesser war auch deutlich größer.

Alternativ siehe hier:
https://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/D100/TESTEC_HVP_15_B_DB-DE.pdf

Gruß
Ralf

» Habe mir einen Hochspannungstastkopf gebaut. Der ist für DC bis 20 kV
» gedacht.
»
»
»
» Der Spannungsteiler im vorderen Teil des Tastkopfes besteht aus mehreren
» Hochvolt-Widerständen (je mind. 6 kV Spannungsfestigkeit). Belastbarkeit
» pro Widerstand max. 600 mW, das reicht dicke. Ich habe einen
» Gesamtwiderstand von 1,4 GOhm zusammengebastelt. Ich kann bis 20 kV am
» Eingang anlegen, da bin ich auf der sicheren Seite. Der Ausgang hat dann 2
» V, also ein Verhältnis von 10000:1. Das ist sehr viel, doch ich wollte im
» Tastkopf wenig Leistung verheizen und den Ausgang nicht allzu hochohmig
» haben. Passt also. Damit innen drin Feuchtigkeit keine Chance hat, habe ich
» die Widerstandkette mit mehreren Lagen Schrumpfschlauch, teilweise mit
» Innenkleber, ausgestattet. Drumrum ein PE-Rohr und dieses zusätzlich
» eingeschrumpft. Vorne und hinten ist der Tastkopf mit 2K-Kleber versiegelt.
» Das letzte Glied der Widerstandkette ist ein Einstellregler, damit ich den
» Tastkopf jederzeit nachjustieren kann. Ich denke AC bis wenige
» (einstellige) kHz kann ich damit auch noch messen. Kommt bei mir momentan
» aber nicht vor.
»
» Ja, ich merke den TK der Widerstände. Und die sehr hochohmige Ausführung
» vom Tastkopf bedingt unbedingte Sauberkeit der Spitze vorne und der ersten
» paar Zentimeter vom Tastkopf. Aber mir reicht eine Genauigkeit von +/- 10%
» völlig aus. Ich fühle mich absolut sicher mit dem Tastkopf. Das ist
» wichtig. Tja, das Material konnte ich in meiner Bastelkiste finden, von
» daher... :-)
»
» LG Sel

cmyk61(R)

E-Mail

Edenkoben, Rheinland Pfalz,
29.03.2021,
00:40
(editiert von cmyk61
am 29.03.2021 um 00:45)


@ cmyk61

HV-Tastkopf mal anders

Wie es der Zufall so will, fand ich gerade beim Stöbern im Netz folgende Anleitung
https://paulwilhelm.de/hv-netzteil/

Und zum Thema Sicherheit im HV-Umfeld fand ich dieses hier:

http://www.kilovolt.ch/sicherheit.htm

Vielleicht nutzt es jemandem

Gruß
Ralf


» Ich hätte angesichts der mechanischen Maße deutliche Sicherheitsbedenken.
» Kriechstrecken...
» Schrumpfschlauch sehe ich im Zusammenhang mit HV auch als problematisch
» an.
» Der 20kV Tastkopf meines ICE-Analogmeßgeräts war ca 25cm lang und hatte
» mehrerer Sicken um einen Oberflächenüberschlag zu verhindern.
» Der Durchmesser war auch deutlich größer.
»
» Alternativ siehe hier:
» https://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/D100/TESTEC_HVP_15_B_DB-DE.pdf
»
» Gruß
» Ralf
»
» » Habe mir einen Hochspannungstastkopf gebaut. Der ist für DC bis 20 kV
» » gedacht.
» »
» »
» »
» » Der Spannungsteiler im vorderen Teil des Tastkopfes besteht aus mehreren
» » Hochvolt-Widerständen (je mind. 6 kV Spannungsfestigkeit). Belastbarkeit
» » pro Widerstand max. 600 mW, das reicht dicke. Ich habe einen
» » Gesamtwiderstand von 1,4 GOhm zusammengebastelt. Ich kann bis 20 kV am
» » Eingang anlegen, da bin ich auf der sicheren Seite. Der Ausgang hat dann
» 2
» » V, also ein Verhältnis von 10000:1. Das ist sehr viel, doch ich wollte
» im
» » Tastkopf wenig Leistung verheizen und den Ausgang nicht allzu hochohmig
» » haben. Passt also. Damit innen drin Feuchtigkeit keine Chance hat, habe
» ich
» » die Widerstandkette mit mehreren Lagen Schrumpfschlauch, teilweise mit
» » Innenkleber, ausgestattet. Drumrum ein PE-Rohr und dieses zusätzlich
» » eingeschrumpft. Vorne und hinten ist der Tastkopf mit 2K-Kleber
» versiegelt.
» » Das letzte Glied der Widerstandkette ist ein Einstellregler, damit ich
» den
» » Tastkopf jederzeit nachjustieren kann. Ich denke AC bis wenige
» » (einstellige) kHz kann ich damit auch noch messen. Kommt bei mir
» momentan
» » aber nicht vor.
» »
» » Ja, ich merke den TK der Widerstände. Und die sehr hochohmige Ausführung
» » vom Tastkopf bedingt unbedingte Sauberkeit der Spitze vorne und der
» ersten
» » paar Zentimeter vom Tastkopf. Aber mir reicht eine Genauigkeit von +/-
» 10%
» » völlig aus. Ich fühle mich absolut sicher mit dem Tastkopf. Das ist
» » wichtig. Tja, das Material konnte ich in meiner Bastelkiste finden, von
» » daher... :-)
» »
» » LG Sel

Sel(R)

Radebeul,
29.03.2021,
10:03

@ Sel

HV-Tastkopf mal anders --> Zusammenfassung

Ich schreibe hier mal eine Antwort für alle.

@cmyk61
Der Tastkopf ist 22cm lang, davon der Eingangsspannungsteiler 17cm. Die 20 kV habe ich als Grenzwert gestellt, ich arbeite bis 2 kV/10 mA bei meinen Experimenten. Also relativ überschaubar die Sache. Die Grenze liegt bei mir (meiner Hardware) bei knapp 9kV/1,5 mA. Alles DC. Den Vergleich mit professionellem Meßwerkzeug wage ich absolut nicht, zwischen meinem Zeugs und diesen Geräten liegen ganze Universen!
Und danke für die Links, die sind super!

@bastelix
Es wurde schon richtig geschrieben, da steckt eine Meßspitze vom Multimeter drin. Allerdings habe ich diese 5mm nach dem Griffstück abgesägt, damit ich Platz für den Spannungsteiler schaffe. Mechanisch wird das Konstrukt mittels zwei PE-Rohren, gefüllt mit 2K-Kleber, gehalten. Es ist also nicht nur der Schrumpfschlauch, der für die Isolation sorgt. Nur Schrumpfschlauch alleine, das reicht wirklich nicht.

@simi7 und finni
Ich bastele gerne mit altem Gedöns rum, solange es sich dazu eignet. Macht Spaß, kostet fast nix, fördert die Kreativität. Ein Neukauf kommt nur dort in Frage, wo ich es eben nicht selbst bauen kann (wegen Optik, Sicherheit, Genauigkeit oder fehlendem Wissen). Natürlich passe ich schon auf, das eben nur ich mich selbst mit meinen Basteleien im Extremfall schädigen kann. Und dieser Extremfall sollte eigentlich nie auftreten, da gebe ich mir wirklich alle Mühe. Außerdem darf niemand anders durch mein Bastelzeugs/Reparaturen/rumliegende Projekte... in Mitleidenschaft gezogen werden, auch nicht aus Unachtsamkeit oder Unwissen.

LG Sel

--
******************************************
Ich bin ein Elektronikbastler, der nur durch Schmerzen begreift, was schlauere Leute im Forum an Wissen vermitteln können.

Hartwig(R)

29.03.2021,
14:56

@ bastelix

HV-Tastkopf mal anders

» »
» Wow, finde ich großartig. Sieht auch sehr gut aus.
»
» Wie schließt du das Oszi an?
Sel wird eher an die Benutzung am DVM gedacht haben. Für die Benutzung am Oszi wäre eine Kompensation der parasitären Kapazitäten erforderlich, dazu wäre i.A. Eingangswiderstand vom Oszi auch der Fußpunktwiderstand des Spannungsteilers. Aber genau dadurch eignen sich die HV-Tastköpfe gerade auch für die Messung hoher Frequenzen, da die Tastkopfspitze (bei entsprechender Bauweise) eine sehr geringe Kapazität hat (meist <2pF). Den Vorteil bietet bereits der 10:1 Tastkopf. Schließt Du z.B. einen Oszi direkt mit einer idealen Leitung an einen Prüfgenerator mit 50 Ohm Quellwiderstand (standard) und 100MHz, hast Du schon einen erheblichen Meßfehler; so ein aktueller Oszi hat eine Eingangskapazität (parallel zu den 1MOhm) von 15pF (früher waren 20-35pF keine Seltenheit), das entspricht einem Xc von etwa 100 Ohm. Mit dieser stark vereinfachten Betrachtung läge Dein Meßfehler bei grob -30%. Also entweder alles mit 50Ohm abschließen (und die Dämpfung berücksichtigen) oder einen Tastkopf nehmen - also 10:1 - oder 100 : 1 wenn man die Signalabschwächung durch die Teilung auf 1/10 oder 1/100 verkraften kann. Aber der 100:1 Tastkopf belastet die Messstelle auch kapazitiv natürlich am wenigsten. Die richtigen 1:1 Tastköpfe sind übrigens dem "Stück Koaxkabel mit Spitze und Stecker" vorzuziehen, man verwendet dort ein Spezialkabel mit einem definierten Innenleiterwiderstand (bei mir Tek ~150Ohm/m, TestTec ~400Ohm/m) um die Anpassung zu verbessern, aber der Frequenzgang der Messung wird durch den 1:1 Tastkopf natürlich immer noch erheblich eingeschränkt. In der täglichen Meßpraxis muß man da nicht unbedingt in der Gewitterforschung arbeiten, wenn man Signalflanken einigermaßen genau erfassen will, kann der Tastkopf bereits eine entscheidende Rolle spielen.
Grüße
Hartwig

Sel(R)

Radebeul,
29.03.2021,
17:14
(editiert von Sel
am 29.03.2021 um 17:39)


@ Hartwig

HV-Tastkopf mal anders

Danke für die ausführliche Erläuterung. Da mein Tastkopf für DC gedacht ist, lege ich auf andere technische Feinheiten Wert.

Die käuflichen HV-Tastköpfe haben meist eine Teilung von 1000:1, was bei 10kV schon 10V am Multimeter macht . Das würde ja noch in Ordnung gehen. Da ich zum Teil aber direkt OPVs, Meßtechnik oder sowas anschließen möchte, sind 10V schon ziemlich hoch. Daher teile ich gleich 10000:1. Damit liegen bei 10kV nur noch 1V an.

Die meisten HV-Tastköpfe haben einen Gesamtwiderstand von 100MOhm (zumindest was ich so gefunden habe). Bei 10kV ergibt das eine Belastung der Spannungsquelle von 1mA, was schon einer "verbratenen" Leistung von 1W entspricht. Der Ausgangswiderstand wäre dann um die 100kOhm, die Ausgangsspannung 10V. Bei 1kV Testspannung sind alle Werte natürlich nur noch 1/10 der obigen Werte, trotzdem noch relativ hoch.

Mein Tastkopf hat einen Gesamtwiderstand von 1,4GOhm, bedingt durch die in der Bastelkiste vorhandenen Widerstände. Besser wären 1GOhm gewesen, läßt sich besser damit im Nachgang rechnen. Ich habe nun einen Strom von ein wenig mehr als 7µA bei 10kV (Leistung dann nur noch 72mW). Meine Hochspannungsquelle wird mit meinen Tastkopf also wesentlich weniger belastet. Der Ausgangswiderstand ist ca. 140kOhm, also etwa in der Höhe der Industrietastköpfe. Wie oben gilt auch hier, bei 1kV Eingangsspanung sind alle Werte 1/10.

Es gibt natürlich einen Nachteil. Ich brauche meinen Tastkopf nur anhauchen und schon ändert sich geringfügig der angezeigte Wert am Multimeter. Auch der an sich schon niedrige Temperaturkoeffizient der verwendeten Hochvoltwiderstände kommt zur Geltung, wenn der Tastkopf durch die Handwärme etwas Temperatur bekommt. Dann ändert sich der Meßwert um eine Kleinigkeit. Die Größenordnung ist jedoch immer noch weit unter 5%. Das reicht mir vollkommen aus, denn ich erwarte hier eine Genauigkeit von +/- 10%, das reicht bei der Hochspannungsmessung in meiner Bastelecke. Eine Änderung der Werte durch die Alterung der Bauelemente gibts sicher auch. Aus dem Grund habe ich die Einstellschraube des letzten Widerstandes der Teilerkette, dem Einstellregler, von außen zugänglich gelassen. Dort kann ich meinen Tastkopf jederzeit nachjustieren. Das schwarze Extrakabel klemme ich mit der Krokodilklemme an Masse der Schaltung oder direkt ans Multimeter. Die Bananenbuchse (blau) nimmt die üblichen 4mm-Stecker auf. Ich fasse den Tastkopf nur am blauen oder dem dicken Ende an, somit ist der Abstand von der Meßspitze bis zu meinen Fingern 15cm, das ist mehr als ausreichend für meine 2kV (welche ich am häufigsten verwende). Außerdem erwärme ich dann nicht die Widerstände vorne im Tastkopf mit meinen Fingern.

Ich wollte mir nur eine preiswerte Alternative zu den industriellen Tastköpfen bauen, welche aber trotzdem sicher ist. Weder auf besondere Genauigkeit, irgendwelche Normen oder Schutz vor Dummheit bei der Verwendung lege ich Wert. Auch verwende ich die Hochspannung nicht für kindliche Spielchen (Funkenspielereien, Bauelemente braten...), sondern für Hochspannungsprüfungen (Isolationstest) an Trafos oder elektronischen Baugruppen und nur im DC-Bereich. Ich weiß, kann man alles kaufen. Doch macht selber Bauen in erster Linie viel Spaß und man lernt auch was dabei. Natürlich ist bei Hochspannung immer Vorsicht geboten, auch wenn ich die Leistung meiner HV-Quelle als sehr niedrig bezeichne.

Edit:



LG Sel

--
******************************************
Ich bin ein Elektronikbastler, der nur durch Schmerzen begreift, was schlauere Leute im Forum an Wissen vermitteln können.

Hartwig(R)

30.03.2021,
00:01

@ Sel

HV-Tastkopf mal anders

» Danke für die ausführliche Erläuterung. Da mein Tastkopf für DC gedacht
» ist, lege ich auf andere technische Feinheiten Wert.
Danke gleichfalls für Deine Projektbeschreibung. Für den gedachten Zweck ist das Konzept doch gut, Du hast ja keinen Gewerbebetrieb.
Wie ich ja erwähnte, war aus Deinen Postings zu dem Thema die geplante Anwendung abzuleiten. Ich wollte mit meiner Erklärung eigentlich nur sagen, das grundlegende Unterschiede zwischen einem Oszi-HV-Tastkopf und einem DMM Tastkopf geben kann. Bei Deinem Tastkopf wird sich die Eingangskapazität des DMM als Tiefpass bemerkbar machen. Die Tastkopfkapazität würde ich als sehr gering einschätzen, aber das hängt vom Aufbau ab. Aber für AC kämen wir dann auf kapazitive Teiler - das Thema hatten wir hier ja schon mal vor etlichen Monaten/Jahren. Durch das hohe Teilerverhältnis wäre Dein Tastkopf am Oszi wirklich nur für HV-Messungen einsetzbar.
Aber eine Frage habe ich noch - Du erwähntest die spürbare Temperaturdrift. Kennst Du den Tk der Teilerwiderstände? Oder liegt's am Poti? Ich dachte da sofort an parasitäre Widerstände - sollte die Drift im Widerspruch zu den Tk's der Widerstände stehen.
Grüße
Hartwig

Sel(R)

Radebeul,
30.03.2021,
16:14

@ Hartwig

HV-Tastkopf mal anders

» Aber eine Frage habe ich noch - Du erwähntest die spürbare Temperaturdrift.
» Kennst Du den Tk der Teilerwiderstände? Oder liegt's am Poti? Ich dachte da
» sofort an parasitäre Widerstände - sollte die Drift im Widerspruch zu den
» Tk's der Widerstände stehen.

Es handelt sich um HV-Widerstände von Murata https://www.mouser.de/new/murata/murata-mhr-sa-resistors/
Jedenfalls sehen die genau gleich aus. Ich habe da welche mit 1% Toleranz rumliegen gehabt. Der TK macht sich insofern bemerkbar, das sich die Spannung am Ausgang vom Tastkopf (1V) bei Handwärme gegenüber Zimmertemperatur um ca. 30mV verschiebt. Das Poti selbst hat 100ppm als Drift. Stört mich nicht, diese kleine Abweichung.

LG Sel

--
******************************************
Ich bin ein Elektronikbastler, der nur durch Schmerzen begreift, was schlauere Leute im Forum an Wissen vermitteln können.

bigdie(R)

30.03.2021,
18:35
(editiert von bigdie
am 30.03.2021 um 18:54)


@ cmyk61

HV-Tastkopf mal anders

» Ich hätte angesichts der mechanischen Maße deutliche Sicherheitsbedenken.
» Kriechstrecken...
» Schrumpfschlauch sehe ich im Zusammenhang mit HV auch als problematisch
» an.
» Der 20kV Tastkopf meines ICE-Analogmeßgeräts war ca 25cm lang und hatte
» mehrerer Sicken um einen Oberflächenüberschlag zu verhindern.
» Der Durchmesser war auch deutlich größer.
»
» Alternativ siehe hier:
» https://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/D100/TESTEC_HVP_15_B_DB-DE.pdf
»
» Gruß
» Ralf
Zum Uni 11 und 12 gab es übrigens einen 30 kV Tastkopf als Zubehör. So ein teil hab ich glaube ich noch irgendwo. Ich weis nur nicht wo:-D
Habs im Netz gefunden
https://www.ostron.de/U-I-R-Messtechnik/HMS30e-Hochspannungsmessspitze-fuer-UNI11e.html
Das teil war nicht mal sonderlich lang. So evtl 25-30cm. Hab mir immer vorgestellt, das Teil mal in der Trafostation an die 20 kV Schiene zu halten und da haben sich mir die Nackenhaare gekräuselt:-(
Aber an Luftfiltern mit Hochspannung hab ich es schon mal probiert.
In der Trafostation hatte ich schon immer Dampf mit dem alten Schüttelzip, der 1,5m lang ist.

bastelix(R)

30.03.2021,
23:23

@ Hartwig

HV-Tastkopf mal anders

Vielen Dank für die Ausführliche Erklärung. Da habe ich mal wieder einiges gelernt.

bastelix(R)

30.03.2021,
23:33

@ Sel

HV-Tastkopf mal anders --> Zusammenfassung

» Mechanisch wird das Konstrukt
» mittels zwei PE-Rohren, gefüllt mit 2K-Kleber, gehalten. Es ist also nicht
» nur der Schrumpfschlauch, der für die Isolation sorgt. Nur Schrumpfschlauch
» alleine, das reicht wirklich nicht.
So wie ich dich kenne hätte ich auch nicht im Traum daran gedacht, dass du da irgendetwas zusammenfrickelst.
Für mich ist HV weit ausserhalb von dem womit ich mich auskenne oder mir basteln zutraue - aber ich finde es immer spannende von solchen Projekten zu lesen.