Измерение высоковольтного напряжения емкостным датчиком (непонятные выбросы напряжения)

[silabs]

Необходимо измерять форму напряжения во вторичной цепи зажигания автомобиля (высоковольтные (ВВ) импульсы с амплитудой пробоя искры до 20 КВ, амплитудой горения искры около 2 КВ и длительностью 1-3 мс). Снятие формы вторичного напряжения основано на наличии паразитной емкостной связи, возникающей между токопроводящей жилой ВВ провода и емкостной пластиной датчика.



Для устранения искажения формы сигнала диф. цепочкой (паразитная емкость) используется компенсационная емкость (неполярный конденсатор между центральной жилой и экраном кабеля) образующая емкостной делитель.

Эталонная форма импульса вторичного напряжения выглядит следующим образом:



При снятии осциллограмм возникает непонятный эффект следующий сразу после пробоя искрового промежутка и проявляющийся в подбрасывании изолинии (подбросы могут быть как нескольких подряд идущих импульсов так и через 3-5 импульсов).



Причину возникновения заброса пока не могу понять, но его выделанная форма очень напоминает разряд емкости.

Практически удалось определить что уменьшить этот эффект можно двумя способами:

1. Практически полным экранированием датчика, как тут, что очень дорого в производстве

2. Либо покрыть поверхность емкостной пластины (достаточно только со стороны ВВ провода) солидолом / литолом или теромоклеем.



На графике красного цвета сигнал снятый датчиком с литолом, а на графике синего цвета без литола. Оба датчика имею одинаковую конструкцию и находятся рядом на одном и том же ВВ проводе (специально нашел провод на котором этот эффект очень заметен). Причем если вообще не использовать корпус датчика, а просто притулить пятачок к ВВ проводу, то на пятачке с литолом забросов так же не будет, а без литола будут.

По одной из теорий причиной заброса может быть то, что ВВ провода (старые) имеют микротрещины изоляции, а из-за большой напряженности поля происходит разряд, который ловится датчиком.

Может, кто сталкивался с подобным явлением, и при возможности может прояснить причину этого эффекта, возможные способы его устранения. Для себя хочу выяснить, почему литол полностью устраняет этот эффект, а колпачок датчика из капролона в котором находится пятачок не устраняет.

Спасибо.

[alexgap]

Я с таким явлением не сталкивался, однако имею некоторые соображения.
Ваш случай похож на пробой между ВВ проводом и пятачком.

Насчет вопроса, почему литол устраняет, а капролон - нет, то позвольте предположить, что в случае литола происходит растекание заряда по поверхности ВВ провода, а в случае колпачка - по поверхности вокруг датчика и возможно по экрану датчика. В первом случае наблюдаемый сигнал не изменится, а во втором случае возникнет нелинейность как у вас.

Наверное все бы работало и с копролоном, если бы он крепился на ВВ проводе, не был соединен с экраном датчика и между ним и пятачком был бы зазор.

Также мне кажется интересной мысль о выгнутой форме пятачка. Его форма могла бы плавно выгинаться в сторону ВВ провода, соответственно конец пятачка и острые грани были бы дальше от ВВ провода и не провоцировали бы возникновение разряда. Представьте металлическую крышку от Пепси-колы, которая надписью повернута в сторону ВВ провода.

Может быть стоит понаблюдать за процессом в темноте, однако я не уверен что невооруженный глаз может обнаружить столь быстрый разряд. Полагаю, что разряд происходит на край пятачка.

[silabs]

Спасибо!

Ваш случай похож на пробой между ВВ проводом и пятачком.

Напряжение на выходе датчика до 200 мВ, из-за большой компенсационной емкости.
Правильно ли я понимаю, что в случае пробоя 20 КВ, на входе осцила должен быть запрос больше чем 100-200 мВ, ну а хотя бы на сотни Вольт?

Насчет вопроса, почему литол устраняет, а капролон - нет, то позвольте предположить, что в случае литола происходит растекание заряда по поверхности ВВ провода, а в случае колпачка - по поверхности вокруг датчика и возможно по экрану датчика. В первом случае наблюдаемый сигнал не изменится, а во втором случае возникнет нелинейность как у вас.

Я к сожалению не совсем понял.
Предположим, что происходит попадание заряда на внешнюю поверхность изоляции ВВ провода.
К внешней поверхности изоляции ВВ провода могут дотрагиваться:
1. просто пятачок – есть забросы
2. пятачок обмазанный литолом (со стороны ВВ провода) – нет забросов
3. пятачок в капролоновом колпачке без литола – есть забросы
4. пятачок обмазанный литолом в капролоновом колпачке – нет забросов

Наверное все бы работало и с копролоном, если бы он крепился на ВВ проводе, не был соединен с экраном датчика и между ним и пятачком был бы зазор.

Датчик представляет собой следующую конструкцию:

Экран кабеля датчика не дотрагивается к стенкам датчика, а пятачок поджат впритык к колпачку датчика.

Также мне кажется интересной мысль о выгнутой форме пятачка. Его форма могла бы плавно выгинаться в сторону ВВ провода, соответственно конец пятачка и острые грани были бы дальше от ВВ провода и не провоцировали бы возникновение разряда. Представьте металлическую крышку от Пепси-колы, которая надписью повернута в сторону ВВ провода.

Пробовал таким “пяточком”:

Забросы были.
Сам пятачок штамповали прессом, т.е. он по сути чуть и похож на крышу от Пепси-колы, т.е. зубец по его периметру направлен от ВВ провода.

Может быть стоит понаблюдать за процессом в темноте, однако я не уверен что невооруженный глаз может обнаружить столь быстрый разряд. Полагаю, что разряд происходит на край пятачка.

Пробовал.
К сожалению ни чего не видно.
Фотоаппарат с большой выдержкой и ISO 800 тоже ни чего не зафиксировал.

[E97]

Попробуйте использовать в качестве компенсационной емкости трубчатый керамический конденсатор типа КТ-1, КТ-2, КТ-3. При этом центральную жилу кабеля продеть через отверстие в конденсаторе. Если не найдете такой раритет то просто на экран кабеля намотать провод в щолковой или фторопластовой изоляции.
Возможно "шумит" конденсатор.

[E97]

Стоит попробовать зашунтировать конденсатор сопротивлением гдето так 2.4МОм.
Возможно изза несимеричной формы сигнала и паразитного сопротивления конденсаора на нем накапливается потенциал.

[silabs]

Возможно "шумит" конденсатор.

Дело в том что и без кондера (если датчик используется для синхронизации) тоже есть забросы.

Стоит попробовать зашунтировать конденсатор сопротивлением гдето так 2.4МОм.

Побывал.
Вроде все логично, что-то заряжается, значит его нужно разрядить.
Ставил возле кондера сопротивления от 10 МОм до 100 КОм, забросы остались, но и амплитуда не упала, хотя при входом 1 МОм должна была упасть.

[alexgap]

Пробовал таким “пяточком”

Если даже с ним забросы есть, то может заряжается вся конструкция измерителя? Она заземлена? Соединена с корпусом машины?

Просто если она висит "в воздухе", то вполне вероятно, что будет приобретать паразитный заряд, который будет периодически стекать в землю/корпус.

[Edinolichnik]

Сергей, мне вот тож кажется, что это происходит от того, что поверхность провода электризуется, и в какой то момент напряжение наэлектризованности достигает уровня, когда уже происходит микро-разряд на пластинку датчика (не зависимо от старости и материала ВВ провода). При использовании экрана - электризация с провода стекает на него раньше, чем "доберётся" до датчика. В случае с Литолом - электризация через него постоянно стекает на саму емкостную пластинку, и заброса нет.

а колпачок датчика из капролона в котором находится пятачок не устраняет.

А на сколько капролон антистатичен? Вот, к примеру, эбонитовая палочка - изолятор, но если ею хорошенько погладить кошку -

Вроде все логично, что-то заряжается, значит его нужно разрядить.
Ставил возле кондера сопротивления от 10 МОм до 100 КОм, забросы остались, но и амплитуда не упала, хотя при входом 1 МОм должна была упасть.

Заряжается сама поверхность провода, и манипуляции в цепи датчика здесь не помогут

Практически полным экранированием датчика, как тут, что очень дорого в производстве

А если обклеить фольгой/жестью (или обмазать токопроводящим составом) и заземлить сам внутренний "зёв" прищепки? Или сделать заземлённый кантик вокруг ёмкостной пластинки, чтобы на него электризация стекала... А если аэрозольным антистатиком побрызгать на провод или датчик?...

[Gnider]

А сама измерительная цепочка (ОУ или что там) как выглядит?

[d-f-m]

А на сколько капролон антистатичен? Вот, к примеру, эбонитовая палочка - изолятор, но если ею хорошенько погладить кошку -

Может попробовать другой материал, фторопласт например.