Hallo, ich möchte ein paar Widerstände mit einer Vergussmaße vergiessen. Das Ganze kommt dabei in ein metallisches Gehäuse. Die Widerstände werden an ihren Enden in Metallkugeln (Durchmesser ca. 1cm) geschraubt (möglichst kleines E-Feld). Ich stehe gerade ein wenig auf dem Schlauch wie ich den Widerstand zwischen den beiden Kugeln errechnen kann um zu prüfen ob dieser für mich schon relevant wird. Die Vergussmasse hat einen Volumenwiderstand von 1e16 Ohm cm. Die Kugeln sind ca. 20mm auseinander. Und ebenfalls im 20mm Abstand zu den Kugeln befindet sich die Metallwand. Ich kann ja zum einen schlecht nur die Fläche der halben Kugel annehmen (vereinfache ich einfach mal zu einem Würfel) und die Strecke zur anderen Kugel. Da ist ja noch ne Menge Masse "parallelgeschaltet" und ganz hinten ist dann sogar die gut leitende Wand parallel geschaltet. Wie würde man hier am geschicktesten vorgehen?
Mann koennte sich da Gedanken druber machen, wie das Problem analytisch zu loesen waere, was meiner Meinung nach Sinn machen wuerde, oder mit einer 3D FEM berechnen lassen. sofern man so ein tool zur Verfuegung hat. Zur analytischen Loesung. Durch die Trennflaeche senkrecht zum Abstand wird das Problem symmetrisch. Die E-Feldlinien sind irgend etwas mit Laplace der Ladungsverteilung. Jetzt muesste man entlang dieser E-Feldlinien den Volumkenwiderstand aufintegrieren.
Steffen schrieb: > den Widerstand zwischen den beiden Kugeln Das wird wohl massiv darauf ankommen wie hoch die Feldstärke an den Kugeln ist, und ob dadurch schon ein merklicher Anteil an Strom als Koronaentladungen fliesst. Spätestens da spielt dann auch die Luftfeuchte eine Rolle.
Bin jetzt gerade unsicher, sind die Metallkugeln auch mit vergossen? Dann ist mein voriger Beitrag natürlich völlig unrelevant.
Der Andere schrieb: > Bin jetzt gerade unsicher, sind die Metallkugeln auch mit vergossen? > Dann ist mein voriger Beitrag natürlich völlig unrelevant. Ja alles vergossen. Wollte damit halt Koronaentladungen usw loswerden, aber ich bin gar nicht mehr sicher ob man sich mit der Vergussmasse nicht auch Probleme eintritt. Da die theoretische Elektrotechnik einfach zu lange her ist werde ich mal nach freeware FEM schauen..
Steffen schrieb: > Ja alles vergossen. Wollte damit halt Koronaentladungen usw loswerden, > aber ich bin gar nicht mehr sicher ob man sich mit der Vergussmasse > nicht auch Probleme eintritt. Sorry, dann hatte ich es falsch verstanden. Steffen schrieb: > Da die theoretische Elektrotechnik einfach zu lange her ist werde ich > mal nach freeware FEM schauen.. Geht mir genauso, prinzipiell müsste Oh Doch aber recht haben. Es ist die Frage wie gut man das durch Symmetrien vereinfachen kann. (Rotationssymmetrisch, zusätzlich spiegelsymmetrisch links/rechts, ...)?
@ Steffen (Gast) >Ja alles vergossen. Wollte damit halt Koronaentladungen usw loswerden, Das sit der übliche Weg bei Hochspannungsaufbauten. Aber bei 20mm Abstand kann deine Spannung nicht allzu hoch sein. Wieviel kV sind es? Da sind die Kugel wahrscheinlich überflüssig. >aber ich bin gar nicht mehr sicher ob man sich mit der Vergussmasse >nicht auch Probleme eintritt. Nein. >Da die theoretische Elektrotechnik einfach zu lange her ist werde ich >mal nach freeware FEM schauen.. Hmm, es gab mal vor langer Zeit Maxwell SV (student version), damit konnte man sowas in 2D brauchbar berechnen. Aus der Praxis kann ich dir sagen, daß bei 1e16 Ohm cm mehrere 2 stellige GOhm zusammenkommen, die in den allermeisten Fällen deinen Widerstand im MOhm Bereich nicht nennenswert verfälschen. Der einfachts Fall ist, Aufbauen und Messen. Aber mit Hochspannung, im Idealfall Nennspannung.
Da die exakte Berechnung nicht ganz leicht (und wahrcheinlich auch nicht nötig) ist, würde ich das Pferd von der anderen Seite aufzäumen: Welcher Widerstand zwischen den Kugeln und dem Gehäuse wäre für dich denn noch akzeptabel?
Je nach Vergussmasse kan man mit mit mehreren Kilovolt pro Milimeter rechnen. Dh wenn man mit den 20mm auf ueber 100kV kommen moechte, vorausgesetzt die Verlustleistung ist nicht zu hoch, sind die kugeln schon richtig.
Es geht hierbei um Präzision. Das heißt möglichst unter 1ppm Fehler durch die Masse, da ich nicht weiß wie sich das Zeug über Temperatur und Zeit verändert. Um es von meiner Liste der möglichen Fehler zu streichen würde ich also gerne mindestens 25TOhm zwischen den beiden Punkten haben. Selbst wenn der Verguss Zeit- und Temperaturstabil ist würde es trotzdem stören, weil die Widerstände zum Kalibrieren anders verschaltet werden und sich dabei dann die Einflüsse der Masse ändern würden. Die Spannung zwischen den Kugeln liegt bei 2,5kV maximal.
@ Steffen (Gast) >Es geht hierbei um Präzision. Das heißt möglichst unter 1ppm Fehler >durch die Masse, Uuups. > da ich nicht weiß wie sich das Zeug über Temperatur und >Zeit verändert. Dann muss man es (aufwändig) durchtesten. Viel Spaß ;-) > Um es von meiner Liste der möglichen Fehler zu streichen >würde ich also gerne mindestens 25TOhm zwischen den beiden Punkten >haben. Das dürfte vor allem bei hohehn Temperaturen >100°C schwer werden. >Selbst wenn der Verguss Zeit- und Temperaturstabil ist würde es trotzdem >stören, weil die Widerstände zum Kalibrieren anders verschaltet werden >und sich dabei dann die Einflüsse der Masse ändern würden. Dann lass sie weg. >Die Spannung zwischen den Kugeln liegt bei 2,5kV maximal. Pack das Ding in ein hermetisch dichtes Gehäuse und isolier mit Luft oder trockenem Stickstoff. Verguss ist hier weder nötig noch vorteilhaft.
> Es geht hierbei um Präzision. Das heißt möglichst unter 1ppm Fehler
durch die Masse, da ich nicht weiß wie sich das Zeug über Temperatur und
Zeit verändert.
Dann lass diese Masse weg. Stickstoff, oder Vakuum tun's auch.
Präzision... woher soll die kommen ? Von einer Temperaturstabilisierung
?
Steffen schrieb: > Es geht hierbei um Präzision. Das heißt möglichst unter 1ppm Fehler > durch die Masse, Diese Genauigkeit kannst du aber nur dann erreichen, wenn die Angabe des spezifischen Widerstands der Vergussmasse (1e16 Ωcm) ebenfalls aufs ppm genau ist, was ziemlich sicher nicht der Fall sein wird. > da ich nicht weiß wie sich das Zeug über Temperatur und Zeit > verändert. Eben. Deswegen musst du die Abstände so dimensionieren, dass du einen ausreichenden Sicherheitsfaktor hast. Wenn ich dich richtig verstanden habe, sieht das Gehäuse mit den beiden Kugeln so aus:
1 | : 8 cm : |
2 | .....:__________________:..... |
3 | | | 2 cm |
4 | | _ _.....|..... |
5 | 5 cm | (_) (_)....|..... Tiefe des Gehäuses: 5 cm |
6 | | : : | 2 cm |
7 | .....|__________________|..... |
8 | : : : : : : |
9 | :2 cm: :2 cm: :2 cm: |
10 | : : : : |
11 | 1 cm 1 cm |
Der spezifische Widerstand der Vergussmasse ist ρ = 1e16Ωcm Da die Kugel deutlich kleiner ist als die Seitenwand, kannst du davon ausgehen, dass der Widerstand zwischen der linken Seitenwand und der linken Kugel deutlich größer ist als der Widerstand zwischen zwei Metallplatten der Größe 5 cm × 5 cm mit dem Abstand 2 cm, also kleiner als ρ · 2 / (5 · 5 cm) = 800 TΩ Entsprechend ist der Widerstand zwischen der linken Kugel und der rechten Seitenwand deutlich kleiner als ρ · 5 / (5 · 5 cm) = 2000 TΩ Der Widerstand zwischen der Kugel und dem Boden des Gehäuses ist deutlich kleiner als ρ · 2 / (5 · 8 cm) = 500 TΩ Genau so groß ist auch der Widerstand zwischen der Kugel und der Decke, der Vorder- sowie der Rückwand. Der Widerstand zwischen der Kugel und dem gesamten Gehäuse ist die Parallelschaltung dieser 6 Einzelwiderstände, also 1 TΩ / ( 1 / 800 + 1 / 2000 + 4 / 500) = 102,6 TΩ Der Widerstand zwischen der rechten Kugel und dem Gehäuse ist aus Symmetriegründen ebenso groß. Der Widerstand zwischen den beiden Kugeln (ohne Berücksichtigung des Gehäuses) ist deutlich kleiner als ρ · 2 / (5 · 5 cm) = 800 TΩ Die beiden Widerstände zwischen den Kugeln und dem Gehäuse liegen in Serie zueinander und der Widerstand zwischen den beiden Kugeln parallel zu dieser Serienschaltung. Das ergibt eine untere Abschätzung für den Widerstand zwischen den beiden Kugeln unter Berücksichtigung des Gehäuses von 1 TΩ / (1 / (2 · 102,6) + 1 / 800) = 163,3 TΩ Dieser Wert ist um den Faktor 6,5 größer als die geforderten 25 TΩ. Da alle obigen Abschätzungen sehr pessimistisch sind, liegt der tatsächliche Sicherheitsaktor sogar noch deutlich höher. Wenn also nicht mit weiteren Effekten, wie bspw. einer Verunreinigung der Vergussmasse zu rechnen ist, sollte die Isolierung ausreichen. Um solche weiteren Effekt sicher ausschließen zu können, würde ich die Sache probeweise aufbauen und die Isolierung unter realen Bedingungen messen.
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Viele Kunststoffe nehmen eine Prozentanteil Wasser auf, wenn sie Feuchtigkeit ausgesetzt werden. Das Metallgehäuse sollte also möglichst gasdicht abschließen, sonst verschlechtern sich die Werte mit der Zeit. Eventuell kann ein Blick aufs Datenblatt helfen, falls da was zur Aufnahmefähigkeit steht.
Falk B. schrieb: > Das dürfte vor allem bei hohehn Temperaturen >100°C schwer werden. Oh D. schrieb: > Präzision... woher soll die kommen ? Von einer Temperaturstabilisierung > ? Ja, die gesamte Kiste mit den Widerständen wird auf ca. 35°C geheizt und die Temperatur wird stabil gehalten. Oh D. schrieb: > Dann lass diese Masse weg. Stickstoff, oder Vakuum tun's auch. Vakuum war mal angedacht. Ich dachte nur Verguss wäre einfacher und man hat keine Vibrationen von einer Pumpe. Wenn man in die Normen schaut, dann sind da unglaubliche Luftstrecken angegeben um Teilentladungsfrei zu werden. Das war der andere Grund alles zu vergiessen. Yalu X. schrieb: > Diese Genauigkeit kannst du aber nur dann erreichen, wenn die Angabe des > spezifischen Widerstands der Vergussmasse (1e16 Ωcm) ebenfalls aufs ppm > genau ist, was ziemlich sicher nicht der Fall sein wird. Naja, der Gesamtfehler wird ja durch das Verhältnis der Widerstände reduziert. Schöner wäre es aber, wenn er ganz von der Fehlerliste verschwindet. Yalu X. schrieb: > Das ergibt eine untere Abschätzung für den > Widerstand zwischen den beiden Kugeln unter Berücksichtigung des > Gehäuses von > > 1 TΩ / (1 / (2 · 102,6) + 1 / 800) = 163,3 TΩ Vielen Dank!! :)
Steffen schrieb: > Yalu X. schrieb: >> Diese Genauigkeit kannst du aber nur dann erreichen, wenn die Angabe des >> spezifischen Widerstands der Vergussmasse (1e16 Ωcm) ebenfalls aufs ppm >> genau ist, was ziemlich sicher nicht der Fall sein wird. > > Naja, der Gesamtfehler wird ja durch das Verhältnis der Widerstände > reduziert. Schöner wäre es aber, wenn er ganz von der Fehlerliste > verschwindet. Ja, für den Gesamtfehler muss ja nur der Isolationswiderstand der Vergussmass groß gegenüber den Nutzwiderständen sein. Ich habe dich erst so verstanden, dass du den Isolationswiderstand aufs ppm genau ausrechnen wolltest :) > Yalu X. schrieb: >> Das ergibt eine untere Abschätzung für den >> Widerstand zwischen den beiden Kugeln unter Berücksichtigung des >> Gehäuses von >> >> 1 TΩ / (1 / (2 · 102,6) + 1 / 800) = 163,3 TΩ > > Vielen Dank!! :) Ich hoffe, dass ich keinen Denk- oder Rechenfehler gemacht habe und der Isolationswiderstand am Ende nicht doch zu klein ist. Lass dir also die Sache also am besten noch einmal selber durch den Kopf gehen.
> Das heißt möglichst unter 1ppm Fehler > Wollte damit halt Koronaentladungen usw loswerden, ... Also handelt es sich um einige kV. Bei solchen Spannungen geben die Widerstände schon ein bisschen nach, 0,1% sind da eher erreichbar. Die 10^16 Ohm*cm der Vergussmasse spielen da kaum eine Rolle. Durch eine Messung (ohne/mit) könnte man ihren Einfluss notfalls herausrechnen.
@ Yalu X. (yalu) (Moderator) >> Es geht hierbei um Präzision. Das heißt möglichst unter 1ppm Fehler >> durch die Masse, >Diese Genauigkeit kannst du aber nur dann erreichen, wenn die Angabe des >spezifischen Widerstands der Vergussmasse (1e16 Ωcm) ebenfalls aufs ppm >genau ist, was ziemlich sicher nicht der Fall sein wird. Stimmt nicht. Wenn der Widerstand der Masse exorbitant hoch ist, kann der auch um Faktor 10 schwanken, und trotzdem den Widerstand kaum beeinflußen. Partielle Ableitung der Widerstandsformel.
Den Widerstand zwischen den beiden Kugeln (ohne Metallwand also in unendlich ausgedehnter Vergussmasse) auszurechnen wäre nicht wirklich schwer. Man die E Felder der Kugeln einzeln ausrechnen und die beiden E Felder überlagern. Wie gross der Einfluss der Metallwand allerdings ist dürfte schwieriger werden...
Elektrofan schrieb: > Bei solchen Spannungen geben die Widerstände schon ein bisschen nach, > 0,1% sind da eher erreichbar. Eher im Bereich 20ppm absolut und noch mal deutlich weniger relativ mit den passenden Widerständen. > Die 10^16 Ohm*cm der Vergussmasse spielen da kaum eine Rolle. Doch siehe oben > Durch eine Messung (ohne/mit) könnte man ihren Einfluss notfalls > herausrechnen. Nicht wenn man ohne Vergußmasse Entladungen hat. Wenn man keine hat braucht man die Masse auch nicht. Also mit und ohne jeweils messen ist keine Option. Falk B. schrieb: > Stimmt nicht. Wenn der Widerstand der Masse exorbitant hoch ist, kann > der auch um Faktor 10 schwanken, und trotzdem den Widerstand kaum > beeinflußen. Partielle Ableitung der Widerstandsformel. Yalu X. schrieb: >>> Diese Genauigkeit kannst du aber nur dann erreichen, wenn die Angabe des >>> spezifischen Widerstands der Vergussmasse (1e16 Ωcm) ebenfalls aufs ppm >>> genau ist, was ziemlich sicher nicht der Fall sein wird. >> >> Naja, der Gesamtfehler wird ja durch das Verhältnis der Widerstände >> reduziert. Schöner wäre es aber, wenn er ganz von der Fehlerliste >> verschwindet. > > Ja, für den Gesamtfehler muss ja nur der Isolationswiderstand der > Vergussmass groß gegenüber den Nutzwiderständen sein. Ich habe dich erst > so verstanden, dass du den Isolationswiderstand aufs ppm genau > ausrechnen wolltest :) bla schrieb: > Den Widerstand zwischen den beiden Kugeln (ohne Metallwand also in > unendlich ausgedehnter Vergussmasse) auszurechnen wäre nicht wirklich > schwer. Man die E Felder der Kugeln einzeln ausrechnen und die beiden E > Felder überlagern. Wie gross der Einfluss der Metallwand allerdings ist > dürfte schwieriger werden... Leider sind meine Kenntniss in theoretischer Elektrotechnik derart eingerostet, dass ich es so auch nicht mehr ohne die Wände einfach hinschreiben könnte :(
Nimm einfach ein unendlich ausgedehntes Medium mit Leitfähigkeit kappa an und einen konstanten Strom der von der einen Kugel durch das Medium zur anderen Kugel fliesst. Du hast dann zwei Kugeln mit Abstand d, die sich jeweils an den Positionen (-d/2,0,0) und (d/2,0,0) befinden. Durch den Strom in einer Kugel berechnet sich die Stromdichte zu J(r) = I/(4*pi*r^2). (r ist der Abstand zum Zentrum der jeweiligen Kugel, also r = sqrt( (x +- d/2)^2 + y^2 + z^2) wenn die Kugeln auf der x Achse liegen. Du kannst die beiden Stromdichten für beide Kugeln getrennt berechnen und am Ende addieren (Superposition). Kennst du J gilt J= kappa*E, damit ist E bekannt. Jetzt kannst du E entlang einer geraden zwischen den beiden Kugeln integrieren (dadurch wird die Sache sehr einfach das y=z=0) und kennst dadurch die Spannung zwischen den beiden Kugeln als Funktion des Stromes mit dem gesuchten Widerstand als Verhältnis.
Vielen Dank bla. Das klingt ja tatsächlich überschaubar. Vielleicht sollte ich den Küpfmüller doch noch mal ausgraben :)
>> Bei solchen Spannungen geben die Widerstände schon ein bisschen nach, >> 0,1% sind da eher erreichbar. > Eher im Bereich 20ppm absolut und noch mal deutlich weniger relativ mit > den passenden Widerständen. Z.B. hat der HV-Tastkopf von Fluke https://www.instrumart.com/assets/80K-6-instruction.pdf lt. Spec 1% bei DC, inkl. nachgeschaltetem Messgerät.
Elektrofan schrieb: > Z.B. hat der HV-Tastkopf von Fluke > https://www.instrumart.com/assets/80K-6-instruction.pdf > lt. Spec 1% bei DC, inkl. nachgeschaltetem Messgerät. Aus diesen Gründen auch der Ganze Aufwand. Diese Tastköpfe für's Multimeter sind absolut gesehen nicht sehr genau und haben meist auch noch einen großen TK (der Testec hier sogar 200ppm/K). Aber nur weil diese Tastköpfe so sind heißt es ja nicht, dass es nicht anders geht. Hat mal jemand den Spannungskoeffizienten eines solchen Tastkopfs vermessen? Das würde mich sehr interessieren.
So Dinger habe ich früher mal kalibriert (bis 1000V, mit Fluke 5700). Ich glaube, da kamen gegenüber z.B. 10V ca. diese 0,1% zuviel heraus.
Elektrofan schrieb: > So Dinger habe ich früher mal kalibriert (bis 1000V, mit Fluke 5700). > Ich glaube, da kamen gegenüber z.B. 10V ca. diese 0,1% zuviel heraus. Bei diesen Probes spielt ja aber auch der Eingangswiderstand des Multimeters direkt mit ein. Die 10Meg sind oft nur mit +/-1% angegeben.
Leider pflegt Vergussmasse auch ein schlechter Wärmeleiter zu sein. Du solltest also sowohl hinsichtlich TK als auch maximaler Temperatur ein Auge auf Deine Widerstandsauslegung haben. Zum Trost: Nicht das das mit Vakuum besser währe. schönen Abend hauspapa
Ja, es spricht vieles gegen den Verguss. Vielleicht sollte ich einfach alle metallisch blanken Teile mit Isolationslack einpinseln. Damit sollte ich Teilentladungen auch los werden und muss mir weniger Sorgen um Temperatur und den Widerstand der Masse machen.
Oh doch vertan. Luft scheint mit 0,025 W/mK fast Fakor 10 schlechter die Wärme zu leiten wie Silikonvrgussmassen mit etwa 0,2 bis 0,3 W/mK.
Steffen schrieb: > Luft scheint mit 0,025 W/mK fast Fakor 10 schlechter die > Wärme zu leiten wie Silikonvrgussmassen mit etwa 0,2 bis 0,3 W/mK. Die Tatsache ist korrekt und die Schlussfolgerung trotzdem falsch. Luft leitet die Wärme schlecht. Darum funktionieren Styropor & Co. so gut. Aber der Wäremtransport in freier Luft funtioniert über Wärmeströmung / Konvektion dafür umso besser. In Vergussmasse strömt hingegen wärmetechnisch nichts mehr. Alles Gute hauspapa
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Bearbeitet durch User
S. K. schrieb: > Aber der Wäremtransport in freier Luft funtioniert über > Wärmeströmung / Konvektion dafür umso besser. Gilt das denn auch für ein geschlossenes Metallgehäuse? Meinst Du darin bilden sich dann entsprechende Konvektionszellen aus? Zudem findet ja kein Luftaustausch statt. Wenn die Luft einmal aufgewärmt wurde muss sie die Wärme auch wieder an das Metall abgeben. Darum bin ich nicht sicher was für den Wärmetransport am Ende wirklich besser ist.
Das hängt sehr stark von Form, Grösse und Position der Wärmequelle ab. Ich meine aber grundsätzlich ja auch in einem geschlossenen Gehäuse überwiegt der Wärmetransport durch Konvektion Ein Beispiel aus der Praxis: Lüfterlose 24V Netzteile für Hutschienenmontage der Firma Puls reduzieren bei einigen Produktserien den zulässigen Ausgangsstrom auf 50% für nicht senkrechte Montage: http://www.pulspower.com/fileadmin/Dateien/pdf/qt20e241-c1.pdf letzte Seite. Andere Serien sehen ähnlich aus.
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Bearbeitet durch User
S. K. schrieb: > Ein Beispiel aus der Praxis: Lüfterlose 24V Netzteile für > Hutschienenmontage der Firma Puls reduzieren bei einigen Produktserien > den zulässigen Ausgangsstrom auf 50% für nicht senkrechte Montage Naja, aber da sind ja nun wirklich oben und unten Gitter und es strömt immer "frische" kalte Luft durch das Gehäuse. Dass das gestört wird, wenn ich das horizontal einbaue leuchtet ein. Hm..
Es bedeutet, die Kühlung durch Konvektion funktioniert auch wenn die warme Luft nicht in Vorzugsrichtung abgeführt wird. Nur eben Faktor 2 schlechter. Es sollte nur die grobe Abhängigkeit von Form und Lage des Bauraums verdeutlichen. Mit Styropor ausgeschäumt, das sind immerhin 98% Luft, währe es mit Sicherheit noch einmal um Faktoren schlechter. eigentlich nur ein Nebenthema hauspapa
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