erstellt 10.10.2012 | |
Hochspannungstastkopf |
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Wozu ein Hochspannungstastkopf ? |
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Ein
Hochspannungstastkopf wird immer dann benötigt wenn eine Spannung
gemessen werden soll die höher ist als das zu benutzende Messgerät
vertragen kann. Zum Beispiel können Digital Multimeter kurz DMM meist Spannungen bis maximal 1000 Volt messen , mit dem Oszilloskop sind Spannungen bis etwa 50 Volt direkt zu messen. Um also höhere Spannungen zu messen basteln wir uns einen Spannungsteiler im Verhältnis 1 zu 100. Wir nehmen also eine Reihe von 10 Mega Ohm Widerstände die zusammen 100 Mega Ohm ergeben wobei der letzte Widerstand aufgeteilt wird ,so das mindestens einer der Widerstände die Größe von 1 Mega Ohm aufweist. Hier wurde der letzte 10 Mega Ohm Widerstand aufgeteilt in drei einzelne Widerstände von einmal 6,8 Mega Ohm einmal 2,2 Mega Ohm und einmal 1 Mega Ohm. Diese ungeraden Werte haben keine besondere Bedeutung, nur leider sind Widerstände in dieser Größenordnung schwer zu bekommen und nicht so gängig. Wie in Bild 1 zu erkennen verteilt sich die im Beispiel angegebene Spannung von 10 KV auf alle Widerstände so das am Widerstand von 1 Mega Ohm Größe ein Hundertstel der Spannung abfällt die dann mit einem normalen Digitalvoltmeter oder einem Oszilloskop gemessen werden kann. Die verwendeten Widerstände sollten eine Leistung von 1 Watt vertragen können. Es müssen nicht unbedingt die Widerstände in der zuvor beschriebenen Größenordnungen liegen, wichtig ist nur das Verhältnis von 1 : 100. Es können also durchaus kleinere Widerstände benutzt werden, dadurch ensteht aber der Nachteil dass die zu messende Spannung evtl. zu stark belastet wird und somit mehr oder weniger zusammenbricht, und auch die Verlustleistung der Widerstände muss dann größer gewählt werden. Werden anstatt der gesamten Widerstände von 100 Mega Ohm ( 1 Watt) kleinere , von beispielsweise insgesamt 10 Mega Ohm benutzt so steigt die Verlustleistung der Widerstände auf 10 Watt an . |
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Bild 1
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Die
Toleranzen der Widerstände spielen dabei keine große Rolle weil sich
die Toleranzen bei der Menge der Widerstände wieder kompensieren
(einige Werte zu hoch, andere Werte zu tief). Allerdings spielt der Innenwiderstand des Messgerätes eine große Rolle, generell kann man sagen das die Messgenauigkeit größer wird je größer der Innenwiderstand des Messgerätes ist. Allerdings spielt nicht nur die Größe des Messgeräte Innenwiderstand eine entscheidene Rolle , sondern auch das Verhältnis des Messgerät - Innenwiderstand zum Widerstand an dem die Messspannung abgegriffen wird. |
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Am Beispiel Bild 2 sieht man die
Spannungsverteilung ohne das ein Messgerät angeschlossen wurde. Bei
einer Messspannung von 10 KV ergibt sich so eine Spannung von 100 Volt
am Widerstand R2. Die Spannung teilt sich im gleichen Verhältnis wie die Widerstände . |
Bild 2 |
Genau genommen ändern sich aber ( Bild 3) durch anschließen eines Messgerät
die Widerstände und auch die dazu gehörigen Spannungen beträchtlich
, bedingt durch den Innenwiderstand des angeschlossenen Digitalvoltmeter und auch die meistens Oszilloskope haben in der Regel Innenwiderstände von 1 Mega Ohm die werden durch den Messvorgang parallel zum Widerstand R2 mit auch 1 Mega Ohm gelegt. Werden aber zwei Widerstände gleicher Größe parallel angeschlossen bildet sich daraus ein Ersatzwiderstand von genau die Hälfte . Also 1 Mega Ohm parallel zu 1 Mega Ohm ergeben einen Ersatzwiderstand von 500 K Ohm. Normalerweise ist der Aspekt bei Messungen an herkömmlichen Schaltungen kaum relevant weil in der Regel der Innenwiderstand des Messgerätes höher ist als der Widerstand des Messobjektes. Ist es aber umgekehrt also der Widerstand des Messgerätes klein im Gegensatz des zu messenden Widerstandes , dann kann man es ,wie in diesem Fall nicht mehr vernachlässigen weil die Unterschiede der Messwerte sehr gravierend sein können. Bei dieser Schaltung ändert sich also die Spannung von 100 Volt allein durch das anschließen des Messgerätes auf 50 Volt. Sollte das Messgerät also einen Innenwiderstand von 1 Mega Ohm aufweisen können wird wie im Bild 1 zu sehen den Widerstand R12 ersatzlos fehlen lassen weil dieser schon vom Innenwiderstand des Messgerätes gegeben ist. |
Bild 3 |
Bild 4 | |
Die fertige Anordnung sieht dann wie im Bild 5 aus | Bild 5 |
aktualisiert 10.03.2014 |
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