Mäta spännning med hög impedans

[RDX*]

Jag funderar på hur jag bäst kan mäta en spänning med så hög in-impedans som möjligt.

För att beskriva situationen så kan jag använda följande schema(jag har inte med OP-återkopplingen):

Measurement.png

Jag vill mäta V2 med hög impedans mot GND. >=500Meg. Med en bandbredd på ca >=5 kHz.
V2 och GND någorlunda isolerade ifrån varandra. Men det kan finnas jordströmmar och annat som skapar en störnings spänningskälla (V1).

Som jag ser det kan man lösa detta på olika sätt:

1. Använda en isolerad OP. Detta är en enkel off-the-shelf lösning. Men får en riktigt bra isolations barriär. Nackdelen är att man måste skapa en isoleras spänningsmatning. Lösningen blir även dyr.

2. An annan lösning är att bara köra på med en o-isolerad OP och välja Rin=500Meg. Det blir en relativt billig lösning. Nackdelen är att lösningen kan bli störningskänslig och känslig för kryp-strömmar. Jag skulle kanske kunna använda en instrumentförstärkare för att få en högra noggrannhet.

3. I det fallet jag ska mäta en AC-spänning skulle jag kunna använda en transformator. Men det känns som en lösning med dålig noggrannhet.

Vad har ni för tips och lösningar?

[psynoise]

Har du kikat på instrumentförstärkare som använder tre operationsförstärkare?

https://en.wikipedia.org/wiki/Instrumentation_amplifier

Dessa används för just få högre inimpedans gentemot din koppling ovan. Instrumentförstärkare finns även att köpa i en kapsel men brukar kosta en liten slant mer. Sedan gäller det att ha rätt ingång på operationsförstärkaren. JFET-ingång används för just få hög ingångsimpedans. Dock vet jag inte om det finns så pass bra som 500 MΩ. Men kika hos Analog Devices och Linear Semiconductor då de brukar ha värst operationsförstärkare.

http://www.analog.com

http://www.linear.com/

Sedan hade det varit intressant att veta vad din applikation är. Kanske finns det redan kända och enkla lösningar på ditt problem.

[psynoise]

Missade storleken på dina spänningskällor. Är det upp till 1 kV_RMS differential mode och upp till 1 kV_RMS common mode som gäller?

[RDX*]

Det är faktiskt 690V AC, dvs ca 1 kV peak.
Problemet med instrumentförstärkare (eller alla OP) är att de endast klarar <50V på ingångarna, så man måste fortfarande dela ner spänningen relativt GND, Och så spelar OP-ens ingångsresistans mindre roll. Men en Instrument förstärkare hade kanske klarat av höga värden på Rin.

Sen är det även intressant att tänka på exakt hur höga spänningar på ingången en OP klarar. Om man väljer Rin till oändligheten så går det ingen ström genom Rin, viket innebär att hela V2 hamnar över OP:en ingångar in+/in-. Detta tycker verkligen inte OP:n om, men samtidigt går det ingen ström som kan skada OP:n. Men frågan är vad som händer om Rin har en verkligt storhet.

Jag skulle gissa på att det finns en anledning för att de flesta instrument har en ingångsimpedans på runt 10M, troligtvis är detta mer eller mindre optimalt. Sen kanske man kan pressa en OP upp till 100M. Sen skulle jag tro att nackdelarna börjar bli kännbara. Om man vill mäta riktigt små strömmar eller stora resistanser så övergår man till en Elektrometer. Dvs man integrerar upp strömmen över en tid. Men detta är inte aktuellt för mig eftersom jag har bandbredden att tänka på.

Applikationen är en industriprodukt som ska ska sitta på ett IT-kopplat nät. Då finns det olika standarder som definierar impedansen mellan Faserna och PE. Eftersom alla mätningar som görs hamnar parallellt så kan den totala impedansen bli så låg att det ställer till problem med övervakande skyddssystem. Jag kan tänka mig att liknade krav finns inom medicinsystem.

[grym]

om det är fulmätning, eller labbmiljö så hadde jag helt sonika mätt med analog hm, kommer inte ihåg vad dom heter men isolerad överföring, matat allt med en trafo och hoppas den håller isolationsspänningen

relativt enkelt i praktiken, en trafo som matar mätförstärkaren och den analoga isolarade kopplare

[4kTRB]

Sidan 3 i denna pdf beskriver en enkel koppling med 100M och 0.25pF inimpedans.
Sedan får du väl modifiera så du kan mäta höga spänningar.
http://www.ti.com/lit/an/snoa620/snoa620.pdf

[RDX*]

Då är det "Ultra-High ZIN AC Unity Gain Amplifier" som menas. Jag förstår inte riktigt hur de får >100Meg Ohm. Kanske vid 1Hz. Sen blir det problematiskt vid DC. Men jag ska titta närmre på kretsen kanske man kan hitta på något.

[lillahuset]

Vid DC har du oändlig inimpedans, eller åtminstone så bra som ingångskondingen är.

Jag skulle satsa på en instrumentförstärkare.