#175 - Voltímetro para alta tensão

O objetivo desta postagem é mostrar o projeto de um voltímetro analógico para alta tensão capaz de medir até 30kV de corrente continua.

Escrito e desenvolvido por Léo Corradini


A ideia inicial era fazer um divisor resistivo para alta tensão que pudesse ser ligado a qualquer multímetro digital. Mas, como eu não necessitava de grande resolução e precisão decidi projetar um aparelho autônomo com um medidor vintage.

Assim, usei um pequeno galvanômetro para sinais de áudio que tem sensibilidade de 500µA e resistência de bobina igual a 600 ohms.


Atenção: Este voltímetro presta-se exclusivamente para medidas de baixa potência em bancada.

A escala:


Este tipo de galvanômetro não prima pela linearidade, ajustei a escala injetando correntes conhecidas e anotando a posição do ponteiro.
Desenhei a nova escala personalizada usando o programa "Meter.exe".

Perceba como é grande a não linearidade desse galvanômetro.
Mas, essa característica foi positiva porque a minha intenção é medir tensões em torno de 10kV.

A eletrônica:

O próximo passo foi projetar a eletrônica.

O divisor de tensão de entrada consiste de 100 resistores de carbono  de 10M modelo CR12 de 1/8W ligados em série, totalizando 1 gigaohm mais um trimpot de 250k.




O modelo CR12 foi escolhido de forma a reduzir o tamanho total do conjunto.
Cada resistor suporta 200V continuamente ou 400V de forma não contínua, assim a série pode ser submetida a 40kV por curtos períodos de tempo.


Soldar todos esses resistores, certamente foi a parte mais trabalhosa do projeto.



Montei o resistor de 1 gigaohm dentro de um tubo de polietileno que deu rigidez mecânica e isolação elétrica ao conjunto.



Obviamente, com uma resistência dessa magnitude na entrada não é possível atuar o galvanômetro diretamente, então coloquei um amplificador operacional na configuração de passador de tensão na saída do divisor de tensão.




Os valores do trimpot e do resistor série com o galvanômetro foram calculados para se obter 0 a 3 volts na saída do operacional, correspondendo a uma entrada de 0 a 30kV no divisor de tensão.
O regulador de tensão LM336Z-2,5V cria um terra virtual e coloca a alimentação no pino 4 do amplificador operacional, 2,5 volts mais negativa para o seu correto funcionamento.

Pré calibrei o voltímetro ajustando o trimpot de 250k no valor de 100k em relação ao comum do circuito.
Para fazer a calibração final, usarei o gerador de alta tensão que descreverei futuramente.

 

Para fazer medidas com mais resolução, podemos colocar uma conexão para multímetros digitais ou analógicos ligada entre a saída do operacional e o terra virtual.



No multímetro, 348 mV correspondem a 3480 volts.

Veja também:

Índice do Blog
https://potassio-40.blogspot.com/2017/11/blog-post.html

Polaridade do Polônio # 1
https://potassio-40.blogspot.com/2019/12/polaridade-do-polonio-1.html

Válvula Geiger Artesanal na Pressão Atmosférica

https://potassio-40.blogspot.com/2018/10/valvula-geiger-artesanal-na-pressao.html


Comentários

  1. Ótima montagem. Haja paciência para montar tanto resistor. Você pensou em encher o tubo com algum óleo dielétrico para reduzir as chances de breakdown?
    Já viu resistores de altíssimo valor da Ohmite? Tenho um par de 5G e outro par de 100M, ambos resistem a tensões bastante razoáveis.

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    1. Obrigado Rafael !
      Tenho um resistor de 1G específico para alta tensão. Mas, decidi por uma abordagem mais trabalhosa. A ideia do óleo é ótima. Tinha pensado em parafina.

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    2. A Tektronix tem algumas pontas de prova de AT com óleo e funcionam bem, mas o que o pessoal reporta é o problema eterno de conter vazamentos: as pontas usadas no eBay normalmente se tornam secas com por mau uso. No entanto, essa é uma boa solução pois é aplicada a frio e a mais moldável mecanicamente.

      Outro assunto: você tem um e-mail de contato direto? Se puder, você poderia me contatar no e-mail mostrado na página "sobre" do meu canal do Youtube? Não é propaganda nem corrente; gostaria de te sondar sobre enviar um equipamento.

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  2. Me perdoe minha ignorância, tenho pouquíssimo conhecimento em eletrônica. Como se faz para saber a tensão máxima que cada resistor suporta? Pela lei de ohm? Essa informação não parece disponível nas especificações do resistor em lojas de componentes eletrônicos...

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    1. Essa é uma dificuldade encontrada quando o fornecedor não tem o código original do fabricante.
      Com o código, é possível localizar o datasheet com todas as especificações necessárias para o projeto.
      Devemos comprar componentes em fornecedores idôneos que certamente terá o código original.

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