HV PROBE – ISKRA

Danas je nabavljena visokonaponska sonda za osciloskop predvđenja za mjerenje napona do 30 kV i sa omjerom 1:100 slovenskog proizvođača ISKRA.

Generatori visokih napona (VN) koji se koriste u elektroničkim uređajima (CRT televizori, laserski fotokopirni strojevi, Geigerovi brojači, foto-multiplikatorske cijevi, ionizatori i sl.) uglavnom su vrlo male snage  te su za njihovo mjerenje potrebni instrumenti i mjerne sonde sa što većim unutarnjim otporom, odnosno sa što većom impedancijom, kako bi što manje utjecali na mjereni strujni krug.

Elektronski voltmetri imaju impedanciju do reda 10 MΩ. To znači da će takav voltmetar apsorbirati 100 mW snage na 1 kV napona, odnosno kroz mjerni krug će teći struja od 100 uA. Ovo su vrlo visoke vrijednosti jer generatori visokog napona u elektronici obično mogu dati snagu reda od samo nekoliko uW do nekoliko mW. Mjerenje takvih visokih napona običnim voltmetrom dakle nema smisla jer bi sama potrošnja voltmetra uzrokovala veliki pad napona i time veliku pogrešku mjerenja.

Za mjerenje visokih napona u elektronici potrebne su sonde sa impedancijom od barem 100 MΩ, a najbolje je da ona iznosi 1 GΩ. Najjednostavnije visokonaponske mjerne sonde sastojati će se dakle od serijskog otpornika veličine 1 GΩ koji sa unutarnjim otporom instrumenta čini naponski djelitelj. Takva je upravo i ova naša Iskrina mjerna sonda. Osciloskopi (na opsegu x10) i većina elektronskih voltmetara imaju impedanciju od 10 MΩ čime se uz impedanciju sonde od 1 GΩ dobije omjer napona 1:100, kako je i naznačeno na našoj sondi. Važno je uočiti da osciloskop sa standardnom sondom x1 ima impedanciju od 1 MΩ, te je stoga potrebno ulazni otpor osciloskopa postaviti na x10 (dakle 10 MΩ) kako bi dobili ispravna očitanja. Analogni, odnosno elektromehanički voltmetri najčešće imaju znatno manji unutarnji otpor 10 MΩ pa očitane vrijednosti napona na takvim instrumentima u kombinaciji sa opisanom sondom neće biti ispravne.

Nešto bolje izvedbe VN mjernih sondi mogu umjesto jednog otpornika biti izvedene kao otpornički djelitelji napona sa pogodnim omjerom tako da se u jednu granu ugradi trimer potenciometar za kalibraciju. Na taj način se sonda može prilagoditi za upotrebu sa instrumentima koji imaju impedanciju manju od 10 MΩ.

Poželjno je da VN sonde imaju oklopljeni i što kraći priključni kabel do instrumenta. Točnost mjerenja počinje se komplicirati ako se umjesto istosmjernog mjeri neki izmjenični ili impulsni VN napon. Tu osim omske komponente otpora dolazi do izražaja i kapacitivna komponenta (impedancija), pa sonda osim omski mora također biti i kapacitivno ugođena sa instrumentom. U tu svrhu u sonde se ugrađuju trimer kondenzatori, paralelno spojeni na kontakte gdje se sonda spaja na izlazni kabel prema instrumentu. Ulazna kapacitivnost osciloskopa je reda 10-30 pF, pa bi trimer kondenzator na sondi trebao imati isti omjer (npr. 1:100) naspram te vrijednosti, jednako kao što ima isti omjer i u omskoj komponenti impedancije. U svakom slučaju, ukoliko ukupna impedancija (omska i kapacitivna komponenta) sonde i instrumenta kod mjerenja izmeničnih napona nisu u istom potrebnom omjeru, izmjerene vrijednosti neće biti točne u čitavom frekvencijskom opsegu.

Gornja slika prikazuje jednostavnu izvedbu Iskrine VN sonde. Kod vođenja visokog napona male snage važno je osigurati dobru izolaciju i spojeve kako ne bi došlo do proboja iskre ili gubitka snage na lošim kontaktima. Opisane VN sonde u ovoj objavi spadaju u skupnu pasivnih sondi no postoje i aktivne sonde sa ugrađenim aktivnim poluvodičkim komponentama (FET, operacijska pojačala) kako bi se dobilo pojačanje mjerenog signala i/ili što bolje prilagođenje impedancija sonde i mjernog uređaja na koji se ista spaja. Spomenuti ćemo još i beskontaktne strujne sonde za osciloskope koje funkcioniraju jednako kao i mjerni instrumenti sa kliještima. No, naša je sonda kao što smo već rekli pasivna, a kad nakon ove objave bude odložena na polici vintage mjernih instrumenata (možda kao eksponat spojena sa nekim starim lampaškim osciloskopom) ta njena pasivnost poprimiti će tada i puno značenje te riječi 🙂