CN206710469U - 示波器高压探头扩展模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一款示波器高压探头扩展模块，该探头扩展模块由绝缘壳体、高压电阻衰减网络、示波器探头连接件和示波器探头套管兼手柄四部分组成，绝缘壳体采用聚四氟乙烯材料做成筒式结构，绝缘壳体前端固定黄铜探头座和探头，电阻衰减网络中的高压电阻串联置于壳体中间圆孔中，其它分压电阻焊接于小线路板上，小线路板上设置有连接示波器探头中探针的专用插孔，小线路板固定于绝缘壳体后部的绝缘圆柱后端面。本实用新型的其有益之处是测量快速高压脉冲时可以充分发挥示波器及其探头本身的良好频率响应特性，同时具备较高的抗干扰能力；可以用低廉的成本制作示高性能波器专用高压探头。
Description
技术领域
本实用新型示波器高压探头扩展模块涉及的内容属于电工技术，也涉及电子测量技术领域，可作为示波器探头的扩展使用。
背景技术
示波器能够清晰地反映出电压或电流等参数快速变化的过程，有利于分析电路的工作状态，因而在电子测量中占有极为重要的地位。为此，除了直接测量常规电压参数之外，其它许多电量、非电量的测量也通过专用探头的方式借助于示波器，如为示波配备高倍率衰减的高压探头、经过转换的电流探头、各种传感器探头等。其中高压探头用于高电压参数的测量，除了用示波器测量外尚没有其它有效测量分析手段。但因高压探头价格相对较贵，尤其是高品质的高压探头，一般不作为常备物件。虽然一些著名品牌的高压探头高频响应能力较好，但往往是奇货可居价位高昂，非必要时不会配置，而普通高压探头的高频响应不良。
示波器探头频带宽度是最重要的技术指标，直接与探头品质与价格相关联，在一定程度上示波器探头的技术进步就是带宽的提升。在实际测量中发现普通高压探头的高频响应能力比标定的值要窄得多，标明40MHz带宽的高压探头在测量10MHz脉冲信号时，测量到的数据被降低到30％以下，并且高频分量严重衰落。在测量高速高压脉冲时难以获得准确数据，按照常规处理方法只能改用宽频响高压探头。考察示波器高压探头的结构，实际高压探头首部的电阻衰减网络对测量带宽的影响并不重要，影响示波器探头带宽的重要部位是探头同轴电缆和阻抗匹配网络。目前100MHz以上高频响的示波器低压探头应用已经十分普及，如果能够利用示波器低压探头的频响特性，对高电压单独设置衰减网络，降低电压后输入低压探头进行测量，可以获得较高的频率响应特性。
鉴于上述分析，考虑可以为示波器低压探头配备高压衰减模块，在限的资源下满足更广泛的测量范围。另一方面需要确保测量工作的安全性。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种示波器测量高电压的测量附件。
本实用新型要解决的问题是借助原有示波器探头测量高电压，提高高频的响应能力。从技术层面上看，具有以下特征：
示波器高压探头扩展模块由绝缘壳体、高压电阻衰减网络、示波器探头连接件和示波器探头套管兼手柄四部分组成，如附图1所示，绝缘壳体采用聚四氟乙烯材料做成筒式结构，绝缘壳体前端固定黄铜探头座和探头，电阻衰减网络中的高压电阻串联置于壳体中间圆孔中，其它分压电阻焊接于小线路板上，小线路板平贴于绝缘壳体后部的绝缘圆柱后端面上，壳体后部的绝缘圆柱外套接一个可拆卸的圆筒形绝缘套管，示波器探头置于这一套管中，其探针插入小线路板的专用插孔中，如附图4所示。
所述小线路板上焊接有两个串联的贴片电阻，串联电阻两极线路设置间距7～8mm的两个圆孔连接点，用作示波器探针和接地针的专用插孔，连接示波器探针的圆孔直径1.2mm，并与高压电阻相连，连接示波器地线的圆孔直径1.0mm，并在小线路板的接地线路上引出一条外置接地线；小线路板的串联电阻两极线路之间设置间距0.5mm的尖端相对形顶面敷铜膜，如附图4所示。
所述示波器探头与小线路板的连接采用弹簧圈接地针、探针直接插入式结构，如附图4所示。
示波器高压探头扩展模块相比现有技术所产生的有益效果：
在测量快速高压脉冲时，可以充分发挥示波器及其探头本身的良好频率响应特性，同时具备较高的抗干扰能力；可以用低廉的成本制作高性能示波器专用高压探头。
高压探头前部的绝缘材料采用聚四氟乙烯原材，该材料化学性能稳定，抗腐蚀能力强，几乎不溶于任何有机溶剂，机械强度适中，塑性好抗冲击，绝缘能力及抗电弧性能较强，耐电压能力在100kV/mm以上，是绝缘能力最强的材料之一。如果用42mm直径聚四氟乙烯圆棒制作，中间开出一个直径10mm圆孔，绝缘壁厚还有16mm，理论上足以承受1600kV以上的高压不被击穿，使用中有足够高的安全性。
高压探头后部手握部件不存在高电压，可以采用其它绝缘材料，如PVC材料、PA材料或PC材料等，用透明的管材更方便观察。
高压探头电路必须经过高倍率衰减，本实用新型中分压电阻采用多个RI80-2型直插圆柱金属玻璃釉高压电阻串联结构。每一个RI80-2高压电阻的工作电压为15kV，耐压在20kV以上，两个电阻串联就可以适应40kV的高电压环境。
以两个50MΩ的RI80-2型圆柱金属玻璃釉高压电阻串联为例，与1.12MΩ电阻分压，配合10∶1衰减的示波器探头，可以实现1000∶1的高压衰减探头效果。
附图3中的R1、R2就是金属玻璃釉高压电阻，示波器10∶1衰减探头的输入电阻是10MΩ，接入到本实用新型所述的高压探头模块后，与R3、R4并联成1.01MΩ等效电阻。
1.01MΩ等效电阻与100MΩ串联电阻的分压比就是100∶1，再经过示波器探头内部衰减后形成了1000∶1的衰减量。
本实用新型所述的高压探头扩展模块的衰减量近似为100∶1，40kV的高电压衰减为400V电压加至R3、R4电路。R3、R4一般选用贴片电阻，电阻封装体积只能采用大于或等于1206的两个等到值电阻，在此采用两个1206封装的560kΩ电阻串联而成。
示波器探头与扩展模块的连接采用弹簧圈接地针、探针直接插入小线路板的方式，这样对示波器探头构成最小感应环路，能够达到较高的抗干扰能力。示波器探头探险针插孔定为1.2mm，弹簧圈接地针插孔定为1.0mm，可以有效防止使用中电极反接。
附图说明
附图1是示波器高压探头扩展模块的外形立体透视图。
图中1是探头电极，2是探头电极座，3是前部圆形绝缘壳体，4是圆形绝缘档板，5是前后部连接圆柱，6是放置电阻的中间圆孔，7是小线路板，8是示波器探头套管兼手柄。
附图2是示波器高压探头扩展模块的前部平面视图。
图中1是探头电极，2是探头电极座，3是前部圆形绝缘壳体，4是圆形绝缘档板，5是前后部连接圆柱，6是放置电阻的中间圆孔，7是小线路板。
附图3是示波器高压探头扩展模块的电阻衰减电路。
图中R1、R2是高压电阻，R3、R4是贴片分压电阻，9是探针电极，10是接地线。
附图4是小电路板平面图和连接示波器探头立体视图。
图中11是小电路板绝缘板基，12是小线路板固定孔，13是探针、接地针插孔，14是小电路板敷铜膜，15是示波器探头。
具体实施方式
下面结合本实用新型的附图，对本实用新型的实施作进一步说明。
40kV以下的高压环境中，用两个50MΩ的RI80-2型圆柱金属玻璃釉高压电阻串联，示波器高压探头扩展模块前部长度定为140mm。60kV以下的高压环境，用三个50MΩ的RI80-2型圆柱金属玻璃釉高压电阻串联，示波器高压探头扩展模块前部长度定为200mm。圆筒形手柄长度都可以定为120～150mm。这些高压环境对应1000∶1的总衰减量，如果被测电压在1～10kV之间，则总衰减比可以设置成100∶1，扩展模块中的高压电阻采用一个10MΩ的RI80-2型圆柱金属玻璃釉电阻，在小电路板中配装两个1206封装的620kΩ电阻串联即可。
如果是业余制作，采用聚四氟乙烯圆棒加工。对于1000∶1的扩展模块，为了节省材料，选用直径42mm的聚四氟乙烯圆棒，中间用10mm直径钻头开一个前后贯通的圆孔，如附图1和附图2所示，再切削前端和后端两个部位，前端留出14mm直径的平面按45°角切削，后端是连接轴，切削成长30mm直径26mm的圆柱形；另外在70mm直径的聚四氟乙烯圆棒上切割一片6～10mm厚的圆片，中间开一个圆孔，用紧配合方式套于前后部连接轴5上。对于100∶1的扩展模块，前部绝缘壳长度可以缩短，选用长80mm直径25mm的聚四氟乙烯圆管或其它PA、PC圆棒、圆管制作。
如果采用压模方法专业制作，示波器高压探头扩展模块前端部分3、4、5、6可以做成一个整体，中间是一个10mm直径前后贯通的圆孔。
模块前端旋入两个不同直径的黄铜电极座和电极，高压衰减电阻的前端连接于黄铜电极座上，高压衰减电阻的后端引线焊接或压接于小线路板的对应连接点，小线路板用螺丝固定于绝缘壳体后部的绝缘柱后端面上。为了防止小线路板探头插孔反复插拨而磨损铜膜造成接触不良，可用厚度1mm左右的黄铜片开小孔和螺丝固定孔，覆盖在小线路板的相应敷铜膜上，并用焊锡固定黄铜片。电极和电极座分作两部分组合，是为了适应不同测量对象，方便更换不同形状的电极。
本实用新型示波器高压探头扩展模块配合示波器10∶1衰减探头使用。使用时拆除示波器探头的探钩和接地线，换上接地弹簧圈，外部套入探头套管后将探针和接地针插入连接插孔，再固定探头套管兼手柄部件。使用总衰减比为1000∶1的扩展模块时，将数字示波器的外部衰减比档位调整至1000∶1档，使用总衰减比为100∶1的扩展模块时，将数字示波器的外部衰减比档位调整至100∶1档，波形曲线将直接对应实际测量电压；如果使用的是没有外部衰减比指示的模拟示波，只能由测量者自行换算。
注意：测量过程中必须保证外置接地线可靠连接。
Claims (3)
1.示波器高压探头扩展模块，其结构特征在于：探头扩展模块由绝缘壳体、高压电阻衰减网络、示波器探头连接件和示波器探头套管兼手柄四部分组成，绝缘壳体采用聚四氟乙烯材料做成筒式结构，绝缘壳体前端固定黄铜探头座和探头，电阻衰减网络中的高压电阻串联置于壳体中间圆孔中，其它分压电阻焊接于小线路板上，小线路板平贴于绝缘壳体后部的绝缘圆柱后端面上，壳体后部的绝缘圆柱外套接一个可拆卸的圆筒形绝缘套管，示波器探头置于这一套管中，其探针插入小线路板的专用插孔中。
2.根据权利要求1所述的示波器高压探头扩展模块，其特征是：小线路板上焊接有两个串联的贴片电阻，串联电阻两极线路设置间距7～8mm的两个圆孔连接点，连接示波器探针的圆孔直径1.2mm，并与高压电阻相连，连接示波器地线的圆孔直径1.0mm，并在小线路板的接地线路上引出一条外置接地线；小线路板的串联电阻两极线路之间设置间距0.5mm的尖端相对形顶面敷铜膜。
3.根据权利要求1所述的示波器高压探头扩展模块，其特征是：示波器探头与小线路板的连接采用弹簧圈接地针、探针直接插入式结构。
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| CN112946616A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-06-11 | 广东电网有限责任公司电力科学研究院 | 基于行波的电缆长度测量装置 |
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