Вопрос AlFedorov об измерении высокого напряжения

[AlFedorov]

Здравствуйте уважаемые участники форума! Не знаю, в эту ли ветку запостить.
Задумал я померить сигнал на высоковольтной обмотке Теслы (напряжение, форму, частоту).
Напряжение нехилое, враз все приборы вынесет. В книге "Электроника - нет ничего проще" нашел, как меряют напряжение на ЛЭПах. Включают емкостной делитель из конденсаторов очень малой емкости между высоковольтным проводом и землей, или натягивают рядом с проводом еще один провод-обкладку.

Как думаете, подойдут ли эти методы для Теслы? Не вызовет ли процесс измерения сбой генерации: все-таки вносим в схему посторонние элементы.

Или сделать измерительную антенну? Я слышал, можно просто повесить вблизи стриммера хвост от осциллографа, и он будет ловить наводки. Или закоротить шуп и общий провод - получится петлевая антеннка.
Что посоветуете?

[Eule_A]

AlFedorov
Пока у Вас есть возможность редактирования, приведите, пожалуйста, сообщение в порядок. Картинка дублируется. Кроме того, с этих картинок, по сути, Вам нужны только схемы. Поэтому лучше было бы оставить только их, а не приводить всю страницу целиком.

[Eule_A]

Тема перемещена из форума «Физика» в форум «Карантин»
по следующим причинам:

- проблемы с картинками.

Исправьте все Ваши ошибки и сообщите об этом в теме Сообщение в карантине исправлено.
Настоятельно рекомендуется ознакомиться с темами Что такое карантин и что нужно делать, чтобы там оказаться и Правила научного форума.

[Eule_A]

Тема перемещена из форума «Карантин» в форум «Механика и Техника»
Причина переноса: обсуждается прикладной технический вопрос.

[AnatolyBa]

Прежде всего, меня обычно пугают такие сообщения. Как у вас с техникой безопасности?
О каких напражениях, примерно, идет речь?
Для измерения пикового напряжения лучше всего использовать шаровой разрядник.
Для осциллографирования емкостной делитель может быть использован, но в случае импульсного разряда измерения несколько более сложны.
Нужно учитывать разные паразитные емкости - во вторую очередь, а в первую - параметры измерительной схемы. Там обычно 50-омный кабель в котором начинают гулять волны и т. д.
В точных измерениях всегда измерительную систему калибруют - подают известные импульсы (меньшего напряжения, конечно) от генератора и смотрят, что происходит.

[Dmitriy40]

Потом, в случае со щупом, будут влиять множество параметров, начиная с точной геометрии петли и её ориентации и расположения относительно трансформатора Теслы.
Плюс, у дешевых осциллографов нет входа 50 Ом, только мегаомный, так что хотя кабель в щупе и коаксиальный, но получается несогласованным и там действительно будет куча переотражений. Можно конечно включить между щупом и осциллографом вставку с 50 Ом (они продаются готовые), но тогда мне не очень понятно какой же мощности должна быть наводка от трансформатора чтобы раскачать нагрузку в 50 Ом (точнее непонятно сможет ли это сделать трансформатор с ёмкостной или магнитной связью с щупом).
В общем, при создании жесткой конструкции и калибровке известными импульсами что-то померить будет можно. Без этого - не думаю.

[AlFedorov]

Собственно, предыстория такая. Досталась мне эта штуковина в наследство. Сделана в 80-х. Металлический ящик. Сверху медная иголка, изолированная от корпуса через фторопласт, на которой горит разряд. 
Разряд, я так понимаю, это емкостной ток между иголкой и металлическим корпусом.

Если приближать к игле карандаш, то разряд полностью притягивается на графит синим шнуром. Если поднести отвертку (и проч металлические предметы), то генерация срывается и "тесла" перестает работать. Убираю отвертку - начинает работать снова.

Одел резиновые перчатки, вскрыл. Внутри триод Г-881 (т.е. напряжение там не больше 1200 вольт по паспорту), последовательный колебательный контур из высоковольтного дискового конденсатора и катушки, намотанной на фторопластовую пластину. Есть дроссель по питанию. 

Система управления сеткой в виде набора конденсаторов и потенциометров. Вращением ручек можно менять форму разряда - от спокойного коронного факела до трескучих синих веток, расползающихся шарообразно как в светильнике "плазменный шар".
 
Не понимаю, как работает эта "система управления". Похожа на обычный гридлик с переменными резистором и конденсатором. Частота колебательного контура должна же оставаться одинаковой (навскидку 3 МГц по емкости конденсатора и катушки), получается идут пачки импульсов и "система управления" управляет именно ими.

Собственно, как все это обмерить. Хочется посмотреть, что за сигналы там творятся. Может вставить в катод низкоомный резистор и померить на нем падение напряжения? Или взять отвод от нижних витков высоковольтной катушки? Или трансформатор тока? Или намотать виток провода вокруг высоковольтной катушки через толстую изоляцию, и на ней мерить?

Подсоединять делитель  1:1000 прямо к игле наверное не очень хорошая идея, можно нарушить режим работы установки. Тем более такого делителя у меня нет (можно попробовать три 1:10 последовательно).
   
Еще. Можно ли померить осциллографом напряжение между сеткой и корпусом (оно же не должно быть большим, по идее ничего страшного осциллографу не будет).

Бывают ли подобные схемы или это нечто оригинальное? Куда хотя бы начинать копать? Никогда раньше не имел дело с теслами ))

[AnatolyBa]

Интересная штука.
Видимо какая-то авто-генерация. Играют роль паразитные параметры.
Я бы начал с сетки, потом, осторожно, напряжение на аноде.
Измерительная цепь может сама повлиять на режим самовозбуждения, я бы измерял через сопротивленее

[Dmitriy40]

Учитывая очевидную ошибку на схеме с подключением диодов, я бы проверил (как минимум) и подключение сетки. Сейчас вообще не понимаю как на ней возникает управляющее напряжение, ну не за счёт токов утечки же?
К тому же, вывод о напряжении 1200В на аноде не слишком верен, если лампа хоть иногда открывается, то на аноде будут импульсы повышенного напряжения (от левого дросселя). Насколько повышенного - зависит от параметров цепи разряда и напряжения пробития лампы анод - катод.
Ну и предостережение: делители последовательно включать конечно можно, но только если они на это расчитаны, как и на максимальное входное напряжение. Щупы осциллографа - нет, не расчитаны, в них делитель требует строго определённой нагрузки в самом оциллографе, потому впослед для повышения коэффициента деления их включать смысла мало (один щуп даст 10:1, два и три всего лишь 20:1 и 30:1, а вовсе не 100:1 и 1000:1).
Насчёт "измерения через сопротивление", это трудно обеспечить на практике, даже делитель с входным сопротивлением 1ГОм (т.е. 1000:1 для осицллографа) отбирает порядка ватта от цепи, для многих точек этой схемы это явно слишком много.
PS. Обсуждение на другом (казус.ру) форуме явно более продуктивно.

[schoolboy]

Диоды правильно подключены – обычный двухполупериодный выпрямитель. На сетке напряжение определяет межэлектродная емкость сетка-анод.

[Dmitriy40]

А, да, извиняюсь, спутал, на мелкой картинке плохо видно, а на большую я не посмотрел.

[AnatolyBa]

Dmitriy40 в сообщении #1268434 писал(а):

Обсуждение на другом (казус.ру) форуме явно более продуктивно.

Ну там тоже не очен-то.

Dmitriy40 в сообщении #1268434 писал(а):

Насчёт "измерения через сопротивление", это трудно обеспечить на практике,

Я имел в виду измерение на сетке. Там должно быть маленькое напряжение. Предположим имеется осциллограф с высокоомным входом, кабель, пробник. Я имел в виду дотрагиваться до сетки не непосредственно пробником, а через сопротивление, чтобы не вносить искажения в схему. А затем еще надо подумать - что, собственно, измерено. Мне кажется представление о частоте получить можно будет, а вот с величиной напряжения надо будет разбираться. Дополнительная проблема - наводки из-за разряда, надо посмотреть, что осциллограф показывает когда он ни кчему не подключен.
Должен сказать, однажды мне пришлось разбираться с нежелательной автогенерацией в схеме с мощным тетродом. Победить то мы ее победили как-то, но что там на самом деле происходило - измерить так и не удалось

[Dmitriy40]

AnatolyBa в сообщении #1268533 писал(а):

Я имел в виду измерение на сетке. Там должно быть маленькое напряжение. Предположим имеется осциллограф с высокоомным входом, кабель, пробник. Я имел в виду дотрагиваться до сетки не непосредственно пробником, а через сопротивление, чтобы не вносить искажения в схему.

Ну, если на сетке, то проблема будет в другом: в величине сопротивления и ёмкости щупа, не вносящего искажения в работу схемы. Обычные щупы осциллографа имеют сопротивление 1МОм или 10МОм (в режимах 1:1 или 10:1, щупы 100:1 с сопротивлением 100МОм редко имеются в наличии) и ёмкость 3пФ-30пФ. Не вижу данных о сопротивлении и ёмкости в цепи сетки, для нормальных измерений они должны отличаться хотя бы раз в 10 (сопротивление меньше, ёмкость больше), т.е. быть менее 1МОм и более 300пФ (одновременно, и то и другое). Т.к. сама сетка лампы имеет параметры гораздо выше, во всяком случае по сопротивлению, там сотни и тысячи ГОм должны быть, и щуп осциллографа её просто зашунтирует.

Включать на вход щупа дополнительное сопротивление, а оно нужно заметно более 10МОм, не вижу особого смысла: оно не будет частотно компенсировано, а значит будет искажать достаточно короткие (навскидку - короче долей мкс, а это практически весь 3МГц импульс) фронты и спады, да и вообще для работы с сопротивлениями выше единиц МОм надо иметь соответствующую культуру, любая грязь (оставшаяся после пайки, осевшая из воздуха, влага, например от близкого выдоха, да просто пальцами дотронулись) резко уменьшает сопротивление и всё сбивает. Потому без уточнения квалификации автора я не осмелился советовать строить свой щуп с высокими входными параметрами (1000:1@1ГОм или даже улучшать готовый 10:1@10МОм), хотя мы с инженером в своё время для наладки мощного 30кВ блока питания пользовались именно самодельным щупом 1000:1@1ГОм (фирменный сожгли, а покупать второй жаба задушила) на SMD1206 резисторах.

Впрочем, это если речь об действительно более-менее адекватных измерениях, если просто ткнуться и что-то там увидеть (или не увидеть), то всё конечно проще.

И да, я считаю ёмкостный делитель для измерения высокого напряжения построить (и даже откалибровать) проще.

[nds]

AlFedorov в сообщении #1267966 писал(а):

Можно ли померить осциллографом напряжение

На других форумах вас не зря предупреждают отказаться от экспериментов -- сохраните осциллограф.
Поверьте, прибор можно сжечь и через заднюю стенку.
Вы пытались включать осциллограф при работающей схеме? Наверняка он много чего покажет и без щупа.
Если же "очень хочется", то зашунтируйте вход осциллографа защитным диодом или просто парой ВЧ диодов в прямом направлении.
В любом случае нужно помнить, что щуп является антенной и сигнал может пойти мимо делителя.

AlFedorov в сообщении #1267966 писал(а):

Бывают ли подобные схемы или это нечто оригинальное? Куда хотя бы начинать копать? Никогда раньше не имел дело с теслами

На фотографиях я не нашёл трансформатора Теслы. Вы теслой называете всё что искрит?
Или у вас в запасе есть ещё схема?
По монтажу -- это оригинальная схема
Есть ли подобные, не знаю. Обычно делают генераторы с обратной связью.

Осмелюсь предположить как работает схема:
Триод изначально, при нуле на сетке открыт и основной конденсатор разряжается через дроссель.
Конденсатор в цепи сетки заряжается до отрицательного потенциала объёмного заряда на катоде и триод закрывается.
Из-за обрыва тока через на дроссель на аноде повышается напряжение, за счёт которого и происходит пробой на игле.
Дальше скорее всего, также влияет ток наведенный на "соплях" подсоединённых сетке, триод открывается снова, и так далее ...
Напряжения в схеме значительно больше, чем "по паспорту 1200В" -- у вас там игла на несколько сантиметров торчит.

PS: Вас защищают не резиновые перчатки, а высокая частота. Если будете экспериментировать с высоковольтными конденсаторами, то частоты может и не быть, а перчатки не рассчитаны на это напряжение!!!

[AnatolyBa]

Да, техника безопасности прежде всего.
Dmitriy40
Все так, я особо адекватных измерений не ожидаю. Да и против емкостного делителя не возражал с самого начала (хотя самые интересные и серьезные измерения такого рода в которых я участвовал - мегавольтные наносекундные импульсы - там использовались резисторные делители, но этого я не предлагаю, их нормально сделать сложно)
Как лучше измерять напряжение на сетке - подождем, может быть ТС расскажет, какие там резисторы и конденсаторы.
Но всё-таки, что можно понять просто тыкая? (А ведь изначально задача была - понять как работает схема, даже если это и не трансформатор Теслы, а что-то другое).
Судя по рассказу, емкость межу иглой и корпусом играет роль, т. е. действительно какой-то резонанс. На какой частоте? У меня уже глаз не алмаз, и вообще давненько не брал в руки паяльник, но рискну оценить индуктивность катушки порядка микрогенри. Ёмкость иглы относительно корпуса порядка 10 пикофарад. И ешё надо учитывать межвитковую ёмкость в катушке. В общем, у меня получаются десятки мегагерц (что не повышает шансы успешного измерения). Работает ли на такой частоте триод? Не знаю, не нашел характеристики.
Мне кажется генерация возникает на меньшей частоте. И режим нелинейный. И разряд не постоянный а импульсный, в моменты перепадов напряжения. Как такое считать, я не знаю или забыл. Но что-то понять, как указывалось, можно просто включив осциллограф никуда его не подключая, смотреть наводки