Высоковольтный конденсаторный делитель

Высоковольтные конденсаторные делители часто также используются для измерения высоких напряжений. Емкостные делители напряжения определяют падение напряжения на основе реактивного сопротивления конденсаторной сети и, как таковые, не работают как делители постоянного напряжения. В конце концов, конденсаторы блокируют постоянный ток и не приводят к протеканию тока.

Измерения датчиков

• Используя высоковольтный конденсаторный делитель, микроконтроллеры могут измерять сопротивление датчика. Неизвестный резистор датчика подключается последовательно с известным сопротивлением, образуя высоковольтный конденсаторный делитель. Затем микроконтроллер может подать известное напряжение на делитель, а АЦП микроконтроллера подключается к центральному узлу между датчиком и резистором. Этот метод часто используется для измерения температуры с использованием термочувствительных резисторов, таких как термисторы и резистивные датчики температуры (RTD).
• Потенциометры с тремя входами также могут использоваться в качестве высоковольтного конденсаторного делителя. Они полезны для радиоприемников и других устройств с аналоговыми ручками. Когда вал потенциометра вращается, движок с центральным отводом перемещается вдоль резистора и производит либо увеличение, либо уменьшение сопротивления в соответствии с углом вала. Если к одному концу потенциометра приложено стабильное напряжение, другой конец - к земле, а движок - к АЦП, можно рассчитать угол ручки.

Измерение высокого напряжения

• Высоковольтный конденсаторный делитель может использоваться для понижения особенно высокого напряжения до дроби, а затем измеряться вольтметром. Высокое напряжение используется для питания VIN делителя, а выходное значение масштабируется так, чтобы быть в пределах диапазона измерителя. Существуют зонды высоковольтного резистивного делителя, предназначенные для измерения некоторых напряжений до сотен киловольт.
• Однако в этих конструкциях используются специальные высоковольтные резисторы, поскольку они должны иметь возможность работать с высокими напряжениями и токами с согласованными температурными коэффициентами для обеспечения точных результатов. Емкостные делители также используются для напряжений в сотни милливольт, поскольку выделяемое резисторами тепло иногда может быть слишком большим.

Сдвиг уровня сигнала
Высоковольтный конденсаторный делитель может использоваться для регулировки уровня сигнала, особенно цифрового. Например, сдвиг уровня от общего цифрового сигнала 5 В HIGH до цифрового сигнала 3,3 В. С помощью высоковольтного конденсаторного делителя можно создать грубый сдвиг уровня, позволяющий логическим схемам, работающим при 5 В, взаимодействовать с теми, которые работают при 3,3 В. Без этого сдвига уровня подача на логический микроконтроллер 3,3 В сигнала HIGH в 5 В может привести к необратимому повреждению схемы. Использование конфигурации резисторов, такой как VOUT / VIN=3.3 / 5=RA / RTOTAL, может позволить логической схеме 5 В взаимодействовать с 3,3 В. Однако для того, чтобы это было возможно, сопротивление источника сигнала 5 В должно быть низким, а входное сопротивление 3,3 В должно быть высоким. Кроме того, если входное сопротивление имеет емкостные элементы, использование полностью резистивного делителя непреднамеренно создаст RC-фильтр, который может ограничить скорость передачи данных. Добавление конденсатора последовательно с верхним резистором (делая обе ножки делителя емкостными и резистивными) может помочь преодолеть это.

Резистивный делитель напряжения
Внутреннее сопротивление является чистым сопротивлением, имеет простую структуру, удобное использование, высокую точность измерения и хорошую стабильность, и широко используется. В условиях импульсного напряжения молнии использование резистивного делителя напряжения в качестве преобразователя имеет определенные преимущества:
1) При намотке медной проволокой с низким температурным коэффициентом или проволокой Кама с низким температурным коэффициентом и высоким коэффициентом сопротивления достигается высокая температурная стабильность и долговременная стабильность.
2) Характеристики отклика резистивного делителя напряжения со сжимаемостью могут быть выше.
Из-за вышеперечисленных преимуществ многие стандартные измерительные системы состоят из резистивного делителя напряжения. Однако он имеет некоторые недостатки:
1) Для достижения высокой производительности отклика его сопротивление не должно быть слишком высоким. Поскольку это повлияет на нагрузку генератора импульсного напряжения, его доступ сократит время полупика ударной волны. Однако, как правило, это можно решить, отрегулировав сопротивление хвоста волны генератора.
Также по указанным выше причинам резистивные конденсаторы затрудняют измерение коммутационного импульсного напряжения.
Ошибка, возникающая при измерении резистивным делителем напряжения переходного импульсного напряжения, связана с произведением величины сопротивления и паразитной емкости на землю, поэтому размер и влияние паразитной емкости на землю должны быть сведены к минимуму. Резистивный делитель напряжения должен максимально уменьшить индуктивность. По этой причине провод Кама или медный провод должен быть плотно намотан на изоляционную трубку, с только тонкой изоляционной бумагой между слоями, а затем погружен в изоляционный цилиндр, содержащий трансформаторное масло, чтобы уменьшить размер делителя напряжения, уменьшить емкость на землю и установить экранирующее кольцо на его верхней части для компенсации. Смотрите рисунок 1 для его структуры
Ошибка, генерируемая резистивным делителем напряжения при измерении импульсного напряжения, связана с произведением величины сопротивления R и паразитной емкости C на землю. Таким образом, мы можем изменить соответствующие параметры, чтобы улучшить работу резистивного делителя напряжения. Например, резистивный делитель напряжения для измерения быстрых импульсов высокого напряжения, резистивный делитель напряжения с наилучшим откликом на прямоугольную волну, два вида высоковольтных наносекундных резистивных делителей напряжения с переменным сечением, малый микросекундный уровень импульсного резистивного делителя напряжения 200 кВ и новый импульсный резистивный делитель напряжения 600 кВ.

Емкостный делитель напряжения
Емкостный делитель напряжения, используемый для измерения импульсного напряжения, можно разделить на два типа. Высоковольтное плечо одного делителя напряжения состоит из нескольких высоковольтных конденсаторов, в то время как высоковольтное плечо другого делителя напряжения имеет только один конденсатор. Первый тип делителя напряжения в основном собирается с импульсным конденсатором с масляно-бумажной изоляцией и изоляционной оболочкой. Требуется, чтобы индуктивность этого конденсатора была относительно небольшой и могла выдерживать разряд короткого замыкания. Высоковольтный масляно-бумажный конденсатор собирается из нескольких элементов последовательно и параллельно. Каждый элемент имеет не только емкость, но и собственную индуктивность и контактное сопротивление последовательно, а также сопротивление изоляции параллельно. Конечно, каждый элемент также имеет паразитную емкость на землю. Этот вид делителя напряжения следует рассматривать как распределенный параметр, поэтому он называется распределенным емкостным делителем напряжения, как показано на рисунке 2. Высоковольтное плечо последнего типа делителя напряжения имеет только один конденсатор, который обычно представляет собой пару металлических электродов в почти однородном электрическом поле. Его электроды представляют собой концентрированный конденсатор, средой которого является воздух, поэтому его называют централизованным емкостным делителем напряжения.
Распределенный емкостный делитель напряжения состоит из нескольких импульсных конденсаторов, которые имеют только амплитудную ошибку, но не имеют ошибки формы сигнала. Что касается амплитудной ошибки, то ее можно полностью устранить после коррекции с помощью стандартного делителя напряжения. Однако при измерении крутых волн паразитная емкость экранирующего кольца емкостного делителя напряжения намного больше, и время отклика также намного больше. Таким образом, для измерения крутой волны характеристики отклика емкостного делителя напряжения не так хороши, как у экранированного резистивного делителя напряжения. Одноемкостный делитель напряжения не потребляет энергию и не имеет проблем с нагревом. Емкостный делитель напряжения более выгоден, чем резистивный делитель напряжения для измерения волны с длинным фронтом волны и временем полупика. Кроме того, емкостный делитель напряжения также может использоваться в качестве нагрузочного конденсатора для регулировки формы сигнала.
Стандартный конденсатор, заполненный сжатым газом, может использоваться в качестве высоковольтного плеча централизованного конденсаторного делителя напряжения. Значение емкости этого конденсатора является точным и стабильным, а диэлектрические потери очень малы. Поскольку он экранирован, значение емкости не зависит от окружающих объектов. Он успешно используется при измерении частоты питания. Однако, когда он используется в качестве импульсного конденсаторного делителя напряжения, возникают некоторые проблемы, а именно наложенные высокочастотные колебания.

Резистивно-емкостной делитель напряжения
Резистивно-емкостный делитель напряжения можно разделить на резистивно-емкостный последовательный делитель напряжения и резистивно-емкостный параллельный делитель напряжения в соответствии с режимом подключения. Резистивно-емкостный последовательный делитель напряжения также называют демпфирующим конденсаторным делителем напряжения. В последнее время эту форму часто называют высоковольтным делителем напряжения. Он преодолевает остаточную индуктивность конденсаторной цепи, предотвращает колебания делителя напряжения и имеет превосходные характеристики. В соответствии с добавленным демпфированием резистивно-емкостный последовательный делитель напряжения можно разделить на два типа: высокодемпфирующий емкостный делитель напряжения и демпфирующий емкостный делитель напряжения.