探讨关于高压测量的问题(持续更新)
大家做了很多产生高压的作品,但是这些作品的特性我们只能通过主观感觉,特别是对放电的主观感觉来判断。看起来,现在非常有必要精确的测量一些参数,通过这些参数来改进设计,从而创造受人控制的作品,以达到除观赏以外的实际用途。这些参数主要有:

电压
频率
频谱或波形或脉冲宽度
绝缘电阻
电场强度
电流和漏电流
……

有的测试很难,我认为电压和波形是大家最迫切需要关心的问题,可以从电压入手,了解高压测试方法,并且设计一系列简单有效的测试仪器。

已知测试高压电压的方法主要包括下面几种
1、球隙放电法
2、静电力法
3、电压互感器法(基于变压器)
4、电阻分压法
5、电容分压法
6、通过电场强度间接测量的方法(包括利用特殊晶体的光学特性)

这些方法各有运用场合,比如球隙放电的精度较低;静电力法不适合于交流;电压互感器法不适合于高频和直流;电容分压法只适合于较窄的频率范围。只有电阻分压法可以适用于从直流到高频的测量。

我们知道特斯拉线圈的震荡频率在几千赫兹到上百千赫兹之间,但是震荡波形不是完美的正弦波,也就是说有谐波分量。所以要测试特斯拉线圈的波形,需要支持更高频率的仪器,比如最好支持到10MHz频率。如果仅测电压,需要频率特性较好的整流元件。测试仪器的输入阻抗必须非常高,否则会影响电路的工作。

总结起来,关于电阻分压测量高压,主要问题在于如何响应高频和如何绝缘。这是第一步要解决的问题。根据爱好者常用的电压范围,个人认为量程应达到100千伏,同时频率响应应该做到10MHz,仅分压器的误差最好控制在10%以内。影响测量精度的因素很多,甚至探针的形状不同也会导致测量结果大相径庭,但这些问题不是根本问题,可以稍后再解决。

关于高压测量的各个方面,包括测量的对象,测试原理,仪器结构等问题,欢迎大家积极探讨。
来自:高压与强磁 / 高电压技术
2010-10-18 23:31:35
1楼
好象有成品的《高压静电力法》测量高压装置的仪器卖``我书上也介绍了一个关于高压测量的方案就是楼主所说的`高压静电力法`````但个人觉得这个测的可能不太准``对装置的精度要求也高``如果简单点的就用哪个变压器原理的就好了````我也是在没办法测量高压犯愁,期待跟大家一起探讨`
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2010-10-19 09:09:04
2楼
我刚从网上订购了几根高压高阻电阻,准备用于测量50KV以下的高压,被垃圾快递摔断了1根。
对于100KV以下的电压,电阻分压效果应该还可以。
照片 377.jpg

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3楼
要是测量电流可以用罗氏线圈
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4楼
用静电电位计测量怎么样?手上有一台,可惜不知道怎么用。
74_9189128746354699dfe5289f86578.jpg

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5楼
有个万用表表头,准备改成高压表,算了一下,测量100KV的话要串2GΩ的电阻[s:245],网上有片式无感的,很单薄的样子,担心击穿,没办法的话只能买更贵的玻璃釉电阻了
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虎哥(作者)
6楼
引用第2楼slof于2010-10-19 09:09发表的  :
我刚从网上订购了几根高压高阻电阻,准备用于测量50KV以下的高压,被垃圾快递摔断了1根。
对于100KV以下的电压,电阻分压效果应该还可以。


小心你的仪器,这种刻了槽的电阻不能测高频,我曾今用这个分压接万用表测电警棍的电压,一个火花过去把表烧了。。
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7楼
引用第6楼虎哥于2010-10-19 15:46发表的  :


小心你的仪器,这种刻了槽的电阻不能测高频,我曾今用这个分压接万用表测电警棍的电压,一个火花过去把表烧了。。


最近想玩高压脉冲放电,电压低于10KV,这个电阻号称可以耐受超过30KV,估计可以胜任工作。显示部分使用工业数字表头。即使烧了,损失也不是很大。至于高频高压,目前还没有测量的打算。
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虎哥(作者)
8楼
脉冲=高频,对连续多次脉冲进行展开,就是一个由多个头状谱束组成的频谱集合,其主要能量所在频率范围主要取决于脉冲宽度。因此才建议测试系统的频率要做到10MHz以上,实际上可能都还不够。
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2010-10-21 02:16:10
2010-10-21 2:16:10
9楼
同意老虎的意见,这个棒子用在DC或者工频的场合没问题,但是RF或者脉冲的场合就很难预料其特性。

SLOF仪器设备比较全,建议用这个棒子搭一个1000:1的分压电路,上扫频仪,看下分压比——频率特性曲线。
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10楼
我们用的是专门的高压测试仪,测电压比较精确
内部有整流电路,测波形需要通过感应
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2010-10-22 10:14:37
11楼
我目前只想测量直流高压,在利用高压电容进行脉冲放电之前,不但要知道,还要能够控制和调节充电的电压,这样才能了解放电的能量。
工作思路就是:用个高压发生器给电容充电,经过高压电阻分压后送入仪表,仪表设置好要充的电压,电容电压逐渐升高,达到设定值后仪表继电器闭合,使高压发生器停止输出,另一块表头做监测,避免一块仪表因为干扰显示错误而造成事故。
目前只停留在准备阶段,年内未必能够完工。
因网络分析仪的内阻只有50Ω,不便测试高达50MΩ的电阻
照片 197.jpg

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虎哥(作者)
12楼
很显然,现在遇到的问题就是用什么样的测试系统(仪器)来验证我们这个电压测试仪的设计。网络分析仪的输出倒是可以通过电压放大器将其输出阻抗变换到K欧以上,也可以直接并联50欧之电阻,只取电压值。输入端就必须用放大器将阻抗由高变低,输入阻抗要尽量做到10M欧以上,否则会影响被测电路的参数。不过无论如何,这些都是小信号测试,和实际的高压环境相差十万八千里。也许,用这种测试方法,从一开始就错了。
希望大家多提方案。不要局限于业余水平,凡是有可能的方案都欢迎提出。
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虎哥(作者)
13楼
目前资料以测量工频和直流电压为多,极少出现测量高频高压的方法,分压法在系统中的应用也并不普遍。这里传一些曾今在学术界很热门的非电测试方法,供大家借鉴。这些方法基本上都是利用kerr效应(不论是液体还是固体)来实现的。
用表面波器件测量高电压.pdf
162k
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测量高电压的新方法_电子速率筛选法.pdf
230k
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利用液芯光纤的Kerr效应对高电压进行测量的实验研究.pdf
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高电压的光测方法探讨.pdf
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激光无接触高电压测试.pdf
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2010-10-23 01:30:22
虎哥(作者)
14楼
继续。20年前国外达到的一般水平。仍然是工频和直流的,测冲击电压的阻容网络,可能是指一种宽带分压器。

高电压和大电流的计量和测量精度.gif
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2010-10-25 17:17:37
2010-10-25 17:17:37
15楼
用多个兆欧级或更小的电阻并联上补偿用的皮法级电容后串联,比较容易做到稳定可控的高频特性
高频响应的测试用脉冲或方波,先对一两级测试,然后增加级数
另外,尽量做一个输出波形上升沿陡而方的高压发生器(用Marx generator,或者莱顿瓶对另一个莱顿瓶放电?)用于测试
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2010-10-26 20:16:37
2010-10-26 20:16:37
16楼
看这个电子产品抗静电测试认证用的静电发生器
http://www.esd-china.com/im1/802.htm
接触放电(CD)和空气放电(AD)输出电压均0~±20KV连续可调
数字显示,高精度(优于1%),高稳定(0.5%),高分辩率(10V)
储能电容:  150 pF±10%
放电电阻:   330 欧姆 ±10%
充电电阻:  50M~100M欧姆
放电电流上升沿: 0.7nS~1nS


这种ESD gun以前公司买过一个类似的用于测试产品准备过认证,一个8000块钱,端在手里比AK还重,接地线是宽排线,测试台地板和桌面都要铺铝板

这样的仪器能被制造出来,说明更高一级的标准仪器测量冲击电压波形能做到<1ns的时间分辨率
引用第14楼虎哥于2010-10-23 01:30发表的  :
继续。20年前国外达到的一般水平。仍然是工频和直流的,测冲击电压的阻容网络,可能是指一种宽带分压器。

高电压和大电流的计量和测量精度.gif
  
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虎哥(作者)
17楼
说动就动,做了一根100比1分压器(空载时),输出阻抗是0.8兆欧,输入阻抗接近80兆欧,有电容补偿。接1兆欧输入阻抗的示波器,分压比约为180比1。

IMG_4881.JPG
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2010-10-27 21:57:10
18楼
用碳素笔在纸上画一条线,可以轻易地做出上M的各种阻抗的电阻。 请各位大侠测试一下稳定性和耐压。
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2010-10-28 00:15:47
虎哥(作者)
19楼
楼上的办法可以临时用,但是不稳定。类似的,把石墨掺入有机材料,制作半导体胶,涂抹成带状,也有较好的高频特性。但是这些方式都不够稳定,包括储存稳定性和温度稳定性等,漂移会非常大。

目前遇到的问题是比较长的分压器,其实就相当于一根天线,对外部电磁场非常敏感,平着放在桌上和竖起来拿在手上,测试结果都不一样。一方面会接收外部干扰,另一方面会接收脉冲放电或高频放电时本身产生的射频辐射。而这种高压探测元件又没办法做屏蔽,屏蔽和绝缘以及带宽是相互矛盾的。还没找到比较合理的办法。

现在已经可以较好的测得电警棍的输出波形了,频带已经展宽到数MHz。
参考:https://www.kechuang.org/t/30056

希望大家提出更多办法,有条件的话一起做做实验。
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20楼
高强度绝缘管外套屏蔽层,如PPR管包铝箔,可否?
表面跳火问题在10KV以下尚可接受,或者端部加绝缘盘阻挡沿面放电路径
引用第19楼虎哥于2010-10-28 00:15发表的  :
目前遇到的问题是比较长的分压器,其实就相当于一根天线,对外部电磁场非常敏感,平着放在桌上和竖起来拿在手上,测试结果都不一样。一方面会接收外部干扰,另一方面会接收脉冲放电或高频放电时本身产生的射频辐射。而这种高压探测元件又没办法做屏蔽,屏蔽和绝缘以及带宽是相互矛盾的。还没找到比较合理的办法。

现在已经可以较好的测得电警棍的输出波形了,频带已经展宽到数MHz。
.......
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2010-11-05 10:55:13
2010-11-5 10:55:13
21楼
看下成品高压测试棒的构造
这个棒子适合测量6KV以下的直流或低频交流电压。
内部为电阻分压构造。
更高电压的测试棒内部电阻要长一些
照片 458.jpg

照片 457.jpg

照片 460.jpg

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