Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Messung sehr hoher Widerstände, etwa 10**15 Ohm


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von Peter ". (physikfan)


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An alle Freunde von herausforderden Messungen

Bitte hat jemand Erfahrung mit der Messung sehr hoher Widerstände, etwa 
10**15 Ohm?

Viele Grüße

Peter

: Verschoben durch Moderator
von J. T. (chaoskind)


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Ich würde sagen: ja hat jemand.

SCNR mir war danach, auch mal ne strunzdumme Antwort rauszuhauen.

von g457 (Gast)


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> Bitte hat jemand Erfahrung mit der Messung sehr hoher Widerstände, etwa
> 10**15 Ohm?

Ja, macht keenen Spoß.

von Michael K. (miccha)


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10^9 ist noch einigermaßen drinn. Was drüber geht halt ich für schwierig 
und im ersten Moment sinnlos? Warum willst solche Widerstände messen 
wollen?

von nuup (Gast)


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Das geht schon. Du brauchst eine entsprechend hohe Spannung, damit ein 
nennenswerter Strom fließt. Dann kannst du mit R = U/I den Widerstand 
ganz einfach ausrechnen.

von 2aggressive (Gast)


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Peter ". schrieb:
> An alle Freunde von herausforderden Messungen
Diese Aufgabe zwingt mich zur Aufgabe :D

> Bitte hat jemand Erfahrung mit der Messung sehr hoher Widerstände, etwa
> 10**15 Ohm?
Laut Seite 54 müsste IDEMI sowas hinbekommen:
http://msme.gov.in/sites/default/files/IDEMI_Mumbai_2015-16.pdf

von Peter ". (physikfan)


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Ich brauche für ein Experiment hochwertiges Isoliermaterial,
um die Ladung auf etwa 20 kV aufgeladener Objekte mindestens für 20 
Minuten einigermaßen halten zu können.
Ich muß daher Proben von Teflon, Polyethylen, Bernstein, etc. 
miteinander vergleichen, um dann meine Wahl treffen zu können.

von Thomas O. (kosmos)


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Viel Spannung oder viel Zeit wird benötigt. Welche Spannung vertragen 
denn deine Widerstände?

von Peter ". (physikfan)


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"Du brauchst eine entsprechend hohe Spannung, damit ein
nennenswerter Strom fließt. Dann kannst du mit R = U/I den Widerstand
ganz einfach ausrechnen."

Das heißt, bei 10 kV Spannung, muß ich dann 10 pA messen können.
Welche Geräte kommen denn dafür in Frage?

Beitrag #6479261 wurde vom Autor gelöscht.
von Rote T. (tomate)


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Nennt sich Picoamperemeter oder Elektrometer. Nur mag das sehr 
wahrscheinlich keine 10kV am Eingang, also wenn dein Widerstand die 
Spannung nicht abkann, dann darfste erstmal die Eingangsstufe vom 
Messdings reparieren.

: Bearbeitet durch User
von René F. (therfd)


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Im Bereich der ESD Messtechnik könnte es Geräte geben, welche mit so 
hohen Widerständen umgehen können, sind allerdings nicht wirklich 
präzise.

Eine reine Spannungsmessung über einen Shunt wird aber garantiert nicht 
verwendet werden, denke die Messung erfolgt mit 
Transimpedanzverstärkern.

von 2⁵ (Gast)


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Peter ". schrieb:
> Ich brauche für ein Experiment hochwertiges Isoliermaterial,
> um die Ladung auf etwa 20 kV aufgeladener Objekte mindestens für 20
> Minuten einigermaßen halten zu können.

Du brauchst vor allem (sehr) trockene Luft oder besser ein gutes Vakuum.

von MAHWE (Gast)


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Man kann 12einzelne Elektronen messen das ist die momentane Messgrenze 
meines Wissens.
Glaubt PTB, keine Ahnung was so eine Messung kostet.

von Michael K. (miccha)


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Ich glaube es ist einfacher, wenn du schon weist welche Materialien 
eingesetzt werden sollen, in die Eigenschaften der Materialien 
reinzuschauen. Über gängige Isolatoren wurde schließlich schon die 
letzten 100 Jahre geforscht und man kennt die Leitwerte. Desweiteren 
muss man hier noch die Frage stellen für welche Anwendung brauchst du 
den Isolator. Reden wir von reinen DC Anwendungen? AC wirkt ggf. anders 
auf Isoaltoren wie DC. In meinen alten Job haben wir die 
Spannungsfestigkeit von HV Kondensatoren geprüft. Dafür hatten wir 
damals ein Prüfgerät mit bis zu 80KV eingesetzt. Soweit ich weiß war ein 
2 Stelliger GOhm Wert möglich. Um höher zu messen, brauchst 
wahrscheinlich 100 bis 1000 fache mehr. Ich glaub fA ist nicht wirklich 
ernsthaft messbar, daher die hohe Spannung. Außer du kennst jemand aus 
der Forschung der mit solchen ultrateuren Mitteln arbeiten darf und 
kann.

: Bearbeitet durch User
von Peter ". (physikfan)


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"Viel Spannung oder viel Zeit wird benötigt. Welche Spannung vertragen
denn deine Widerstände?"

Das Isolationsmaterial muß mechanisch auch diese aufgeladenen Objekte
tragen können, in diesem Sinn möchte ich das Isolationsmaterial 
quantifizieren, es gibt daher keine klassische Widerstandsformen.

: Bearbeitet durch User
von Mike (Gast)


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Im Prinzip hst Du die Messmethode schon genannt. Solche hohen 
Widerstände kann man über die Zeitkonstante eines Kondensators messen: 
Ein Kondensator (z.B. Plattenkondensator mit dem zu untersuchenden 
Material als Dielektrikum)  bekannter Kapazität wird mit einer 
definierten Ladung Q versehen und nach einer Zeit t die verbleibende 
Ladung gemessen. Aus dem Verhältnis von Anfangs- zu Endladung lässt sich 
die Zeitkonstante RC und damit auch R berechnen. Bei C= 10pF und R=10^15 
Ohm wäre die Zeitkonstante t= 10000s, also knapp 3 Stunden.  Das 
Hauptproblem ist dabei, Entladungen auf anderen Wegen als über den 
Widerstand, z.B. über die Luft, zu vermeiden.

von Peter ". (physikfan)


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"Reden wir von reinen DC Anwendungen?"

Ja reine DC Anwendung.

Das ist mein Ziel:
Ich brauche für ein Experiment bestes, nicht zu teures Isoliermaterial,
um die Ladung von auf etwa 20 kV aufgeladenen leitenden Objekten 
mindestens für etwa 20 Minuten einigermaßen halten zu können.

von Jacko (Gast)


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Mach doch einfach den gewünschten Aufbau mit den genannten Materialien.
Und teste zu Beginn und nach 60 Minuten den Ladungserhalt. Wenn du
diesen Spannungstest hinbekommst, hast du schon richtig was geschafft!

Das sollte mit einer hübsch und ordentlich aufgebauten Widerstandskette
zum Standard-DVM auch mit Amateurmitteln machbar sein.

Ein Peta-Ohmmeter kommt dich "bissel" teurer - und:
Handhaben können muss man es auch erst mal... ;-)

Ansonsten ist eine Isolationsmessung an Materialproben
höchstens ein Hinweis auf die Tauglichkeit - dafür gibt es doch
schon materialkundliche Tabellenwerke ...

Der Aufbau (1) muss mit dem Isolator (2) die Isolationswerte
liefern. - So sieht der zielorientierte Ansatz aus!

von Jacko (Gast)


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Und dann kommen die Klimatests des Aufbaus dazu:
0..100% Luftfeuchte (kondensierend) bei -50...+75 °C.

Die vorherige Peta-Ohm-Messung am der Bernsteinprobe von
x  y  z mm³ ist da eher ungefähr-genau = NICHTSSAGEND.

Trotzdem,
viel Spaß dabei!

von Joachim B. (jar)


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Rote T. schrieb:
> Nennt sich Picoamperemeter

sind wir da nicht erst bei 10^-12?
für 10^15 bräuchten wir Femtoamperemeter oder gar Attoamperemeter.

Ich würde ja auch den Strom messen und die HV Spannung langsam 
hochdrehen.

So ein 20kV Netzteil würde bei 1^15 Ohm immerhin 20pA fliessen lassen
Picoamperemeter reicht offensichtlich. (wenn der win Rechner nicht 
versagt)

: Bearbeitet durch User
von Mani W. (e-doc)


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Peter ". schrieb:
> Bitte hat jemand Erfahrung mit der Messung sehr hoher Widerstände, etwa
> 10**15 Ohm?

Du brauchst staubtrockene Luft herum ohne Staub...

Joachim B. schrieb:
> So ein 20kV Netzteil würde bei 1^15 Ohm immerhin 20pA fliessen lassen
> Picoamperemeter reicht offensichtlich.

Probleme gibt es da nur wegen der Verluste in der Luft, je nach
rel. Feuchte...

Peter ". schrieb:
> Ich brauche für ein Experiment hochwertiges Isoliermaterial,
> um die Ladung auf etwa 20 kV aufgeladener Objekte mindestens für 20
> Minuten einigermaßen halten zu können.

Was wären das für Objekte, kannst Du vielleicht eine Skizze liefern,
wie Du Dir das vorstellst?

https://de.wikipedia.org/wiki/Permittivit%C3%A4t

von Joachim B. (jar)


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Mani W. schrieb:
> Probleme gibt es da nur wegen der Verluste in der Luft, je nach
> rel. Feuchte...

eine trockene Kammer zu bauen ist ja keine große Kunst einfach heizen!
Ich brauche nur in meinem Wäschezimmer die Temperatur hochdrehen und die 
Luft wird schnell trocken und ohne Wäsche......

von Mani W. (e-doc)


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Joachim B. schrieb:
> eine trockene Kammer zu bauen ist ja keine große Kunst einfach heizen!

Es werden trotzdem einige Prozent bleiben...

von nachtmix (Gast)


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2⁵ schrieb:
> Du brauchst vor allem (sehr) trockene Luft oder besser ein gutes Vakuum.

Trotzdem können bei der hohen Spannung auch da noch Sprühentladungen 
bzw. Spitzenemission auftreten.

Mir scheint, dass da mal wieder mit utopischen Forderungen ein falscher 
Ansatz verfolgt wird.

von Joachim B. (jar)


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nachtmix schrieb:
> Trotzdem können

falsch gebaut, ich hatte schon 20kV - 60kV auf dem Tisch in normaler 
Umgebung.

Wenn Sprühentladung passierte waren das Aufbaufehler.
Es verbieten sich spitze Enden von Metall, Lötzinn o.ä.
Ist alles schön rund bleibt es meist ruhig.
Lötverbindungen schön als Kugel ausführen und 20kV ist leichter zu 
beherrschen als 60kV

http://www.serious-technology.de/Ernsthafte%20Kaskade.htm

: Bearbeitet durch User
von Wühlhase (Gast)


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Ich habe mal als Werkstudent irgendwo geholfen, ESD-Kittel zu prüfen ob 
die noch ok sind.

Da hatten wir ein Meßgerät, das mit einer Prüfspannung von 48V 
gearbeitet hat, Vorwiderständen von, 1kΩ oder 10κΩ, so genau weiß ich 
das nicht mehr. Das Meßgerät konnte Widerstände bis 100GΩ messen.

Ich habe mal aus Spaß die Meßelektroden einfach auf eine Holztischplatte 
gestellt, so etwa 40...50cm weit auseinander, und das Meßgerät zeigte 
einen Widerstand von 20...30GΩ.
Nur damit du ein Gefühl für die Größenordnung bekommst. Allein die 
umgebende Luft dürfte für dein Vorhaben einen nicht mehr 
vernachlässigbaren Parallelwiderstand bilden, ebenso wie die 
Kabelisolation. Von der Halterung deiner Proben ganz zu schweigen, außer 
du willst sie mit Kraftfeldern im freien Raum positionieren.


Übrigens: nach Norm galten die ESD-Kittel als unbrauchbar, wenn der 
gemessene Widerstand an bestimmten Stellen (z.B. Schulter - Ärmelende) 
100GΩ oder höher war. Dabei werden - nach Norm - die Kittel flach auf 
einen Holztisch gelegt. Die Entfernung zwischen den Meßpunkten entsprach 
in etwa meinem oben beschriebenem Versuch.
Seitdem nehme ich die ESD-Kittelnorm nicht mehr ernst (auch wenn ich 
deren Ziel zwar verstehe und durchaus befürworte).

von Wühlhase (Gast)


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nachtmix schrieb:
> Mir scheint, dass da mal wieder mit utopischen Forderungen ein falscher
> Ansatz verfolgt wird.

Ja...das klingt ein bisschen nach Forschung in Deutschland. Wer kennt 
das nicht...Wissenschaftler, die für banale Versuche trotzdem dem 
Idealzustand möglichst nahekommen wollen und dann über die Grenzen des 
technisch Machbaren enttäuscht sind. Denen schlicht das Gefühl für den 
Faktor 1000 oder gar Vielfachen davon völlig fehlt.

von Wolfgang (Gast)


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Peter ". schrieb:
> Ich brauche für ein Experiment hochwertiges Isoliermaterial,
> um die Ladung auf etwa 20 kV aufgeladener Objekte mindestens für 20
> Minuten einigermaßen halten zu können.

Falls die Messung nicht im Vakuum statt findet, ist 
Oberflächenleitfähigkeit auf Grund der Luftfeuchte ein Thema.

von Peter D. (peda)


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nachtmix schrieb:
> Trotzdem können bei der hohen Spannung auch da noch Sprühentladungen
> bzw. Spitzenemission auftreten.

Ja, bei 20kV ist das nicht mehr vernachlässigbar. Spitze Stellen mit 
hohen Feldstärken müssen vermieden werden. Optimal sind polierte 
Flächen.

von Udo S. (urschmitt)


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Joachim B. schrieb:
> falsch gebaut, ich hatte schon 20kV - 60kV auf dem Tisch in normaler
> Umgebung.

Aber eher nicht wenn du Entladungsverluste im pA Bereich vermeiden 
wolltest.
Das dürfte meines Erachtens nur in einem guten Vakuum zu erzielen sein.

von Physikfan (Gast)


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Ich habe ein sensitive research Elektrometer auf 20 KV aufgeladen und 
dann gewartet, bis der Ausschlag auf 1/e gefallen ist. Das war einmal 
bei 100 Minuten, ein anderes Mal bei 10 Minuten.
 Über die Gleichung:
U(t) = U(0) * exp(-t/(R*C))
kann man sich dann R leicht ausrechnen, wenn man die Eigen-Kapazität des
Elektrometers kennt.
Allerdings muss ich noch viel mehr Messungen machen, auch mit Messungen 
der Luftfeuchtigkeit kombinieren, damit ich herausbekomme, woran es 
liegt, dass die Zeit die Entladungszeit anscheinend so schwankt.
Daher wollte ich einmal den Eigenwiderstand des Elektrometers direkt 
messen.

von Peter ". (physikfan)


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Das sind die Geräte, die mir zur Verfügung stehen.
Meine Frage ist nun, ob wer in diesem Forum schon etwa 10**15 Ohm direkt 
gemessen hat?

: Bearbeitet durch User
von und jetzt (Gast)


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Die Besten OpAmps haben Eingangsstrome in den Femtoampere. Damit misst 
man aber noch nicht, das ist das untere Ende. Ich wuerd's mal mit einem 
JFET als Eingangsstufe fuer einen Lock-in versuchen. Das sollte 
gehen.DEr Lock-in ist nicht trivial. Im Sinne von, jeglich kleine 
Kapazitaet ergibt bei diesen kleinen Stromen eine Phasenverschiebung. 
Also eher mit hohen Zeitkonstanten messen. In der passend konditionieren 
Umgebung, dH trockener Stickstof, temperaturstabilisiert, ..

von Jens G. (jensig)


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Joachim B. (jar)

>Mani W. schrieb:
>> Probleme gibt es da nur wegen der Verluste in der Luft, je nach
>> rel. Feuchte...

>eine trockene Kammer zu bauen ist ja keine große Kunst einfach heizen!
>Ich brauche nur in meinem Wäschezimmer die Temperatur hochdrehen und die
>Luft wird schnell trocken und ohne Wäsche......

Da stellt sich mir aber die Frage, ob die Leitfähigkeit der Luft einfach 
von der rel. Luftfeuchte abhängt, oder vielleicht nicht doch von der 
absoluten Luftfeuchte, denn die ändert sich logischerweise nicht einfach 
so mit der Temperatur (ist ja nur ein Gasgemisch, dessen Zusammensetzung 
sich ja nicht durch die Temperatur ändert).

von Udo S. (urschmitt)


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Physikfan schrieb:
> Ich habe ein sensitive research Elektrometer auf 20 KV aufgeladen und
> dann gewartet, bis der Ausschlag auf 1/e gefallen ist. Das war einmal
> bei 100 Minuten, ein anderes Mal bei 10 Minuten.

Das liegt schlicht daran, dass du Verluste über die Luft hast. Seien es 
Corona Entladungen, seinen es schlicht Staubpartikel oder Aerosole, die 
angezogen werden dann eine Ladung aufnehmen und dann wieder abgestossen 
werden.
Und wahrscheinlich noch eine handvoll andere Effekte.

Mess im Vakuum und schau ob du dann reproduzierbare Ergebnisse erhältst.

Beitrag #6480050 wurde von einem Moderator gelöscht.
von g457 (Gast)


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> Meine Frage ist nun, ob wer in diesem Forum schon etwa 10**15 Ohm direkt
> gemessen hat?

Ja, siehe gaaaaaanz oben, allerdings nicht bei 1kV. Elektrometer (hier: 
ein Keithley 617) hilft. Und eine sehr gute Schirmung. Und ordentliche 
Kabel.

HTH

von Tim  . (cpldcpu)


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Auf Halbleitern kann man so kontaktlos hohe isolationswiderstände 
messen, ohne elektroden anlegen zu müssen:

http://przyrbwn.icm.edu.pl/APP/PDF/125/a125z4p61.pdf

10^15 erscheint mir aber schon sehr hoch.

von Mani W. (e-doc)


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Jens G. schrieb:
> Da stellt sich mir aber die Frage, ob die Leitfähigkeit der Luft einfach
> von der rel. Luftfeuchte abhängt, oder vielleicht nicht doch von der
> absoluten Luftfeuchte

Gute Frage, aber es sind doch Ionen in der Luft, wenn auch wenige...

von Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite


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Was spricht denn gegen den Einsatz einer Feldmühle zur verlustlosen 
Spannungsmessung des aufgeladenen Probenkörpers?

von Sebastian S. (amateur)


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Für mich ist 10**15 kein Widerstand sondern ein Isolator - und noch 
nicht mal ein besonders schlechter.

Also würde ich mich mit bekannten Isolatoren beschäftigen. Im Bereich 
der Hochspannungstechnik ist das etwas ganz normales, über das es auch 
entsprechend viele Untersuchungen gibt.
Also einfach mal nachsehen;-)

Wenn ich einen Tipp abgeben sollte, auf etwas günstiges, so würde ich 
"Glas" sagen. Das lässt sich auch in jede beliebige Form biegen.
Auch verschiedene Kunststoffe, voran Teflon (POM), haben eine chronische 
Allergie gegen Strom.
Glasbläser gibt es im medizinischen Apparatebau oder auch bei den 
Leuchtreklamefritzen.

von Peter ". (physikfan)


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Wenn man das sensitive research Elektrometer auf 20 KV auflädt und
dann wartet, bis der Ausschlag auf 1/e gefallen ist, hat es einmal 100 
Minuten gedauert, das sind 6000 Sekunden.
Nimmt man an, dass die Eigenkapazität etwa 10 pF beträgt, dann ergibt 
sich aus der Gleichung:

U(t) = U(0) * exp(-t/(R*C))

6000 = R*C = R * 10**-11
R = 6000 * 10**11 = 6 * 10**14 Ohm

Das heißt, der Isolationswiderstand des Elektrometers kommt sehr nahe an 
die 10**15 Ohm heran.
Bitte, weiß wer Methoden, diesen Widerstand noch zu vergrößern?

von Erwin D. (Gast)


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Joachim B. schrieb:
> Ich brauche nur in meinem Wäschezimmer die Temperatur hochdrehen und die
> Luft wird schnell trocken und ohne Wäsche......

Darf ich bitte daran zweifeln, daß du in deinem Wäschezimmer
eine Luftfeuchte von 0% hinbekommst?

von Peter ". (physikfan)


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"Was spricht denn gegen den Einsatz einer Feldmühle zur verlustlosen
Spannungsmessung des aufgeladenen Probenkörpers?"

wir haben bereits Experimenmte mit dieser Feldmühle gemacht, 
interessanterweise stimmen die angezeigten Werte innerhalb von +- 2 % 
mit dem
Sensitive Research Elektrometer überein.
Mit einer solchen Feldmühle wird dann im eigentlichen Experiment mit den 
geladenen Objekten überprüft, ob diese die Ladung, nach 20 Minuten nach 
der Aufladung, behalten haben.
einigermaßen gehalten haben.

von Klaus (Gast)


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Darf man fragen welche räumliche Groesse der Versuch annimmt?

Ich würde auch ueber die Ladung messen.

Nicht zu Vernachlässigen:
Kriechströme über Verschmutzungen aud der Oberfläche des Isolators.
Immer schön sorgfältig arbeiten - Thema Fingerfett...

von Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite


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Viele Kunststoffe, sogar viele IC-Gehäuse, weisen eine deutliche 
Leitfähigkeitserhöhung durch Licht auf. Deswegen sollte man solche 
hochohmigen Untersuchungen immer bei Dunkelheit oder zumindest 
deutlicher Abdunklung durchführen. Dabei spielt natürlich auch das 
Lichtspektrum eine wichtige Rolle. Eine mit Unterspannung betriebene 
Glühlampe ist nicht so schlimm wie Tageslicht oder eine 
Leuchtstoffröhre.

von Peter ". (physikfan)


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Das ist die Feldmühle.
Damit wurden bereits Messungen der Spannung von diesen Objekten gemacht.
Allerdings sind die bisher verwendeten Isolierstoffe nicht hochohmig 
genug, wir brauchen doch 10**15 Ohm, damit die Ladung der Objekte für 
etwa 20 Minuten einigermaßen erhalten bleibt.

von Klaus (Gast)


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Wird Euer Testobjekt kurz an eine Spanung gelegt (Uo bekannt) oder kommt 
eine Ladung aus dem "nirgendwo"?

Wie wäre es, den Sockel des Isolators auf das Potential des Objektes zu 
setzen? Stichword Guard.
Dann fliesst erst Strom über den Isolator wenn sich die Ladung oder die 
Kapazität am Objekt ändert...

Nur so eine Idee.

Was macht Ihr denn. Ist es "Top secret?"

von Peter ". (physikfan)


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Klaus schrieb:
"Wird Euer Testobjekt kurz an eine Spanung gelegt (Uo bekannt) oder 
kommt
eine Ladung aus dem "nirgendwo"?"

Das Testobjekt wird kurz an Spannung gelegt, und  sollte etwa 20 Minuten 
halten, also Ladung sollte nicht irgendwohin abfließen.

"Wie wäre es, den Sockel des Isolators auf das Potential des Objektes zu
> setzen? Stichword Guard."

Der Isolator soll ja die Objekte gegen Masse isolieren, wahrscheinlich 
werden wir Teflon oder Polyethylen verwenden.

"Was macht Ihr denn. Ist es "Top secret?""

Das nicht, wenn einmal etwas publiziert ist, kann ich gerne etwas mehr 
darüber erzählen.

von Werner H. (werner45)


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Teflon geht gerade noch, PE nicht, wenn der Isolator auch noch ein Gerät 
halten soll.
Teflon läßt sich nur mit scharfem Drehstahl (neu) gut bearbeiten, also 
Rillen für längeren Kriechweg eindrehen.
Wenn es ganz fest sein soll --> Quarzglas. Rohre oder Stangen sind als 
Meterware erhältlich und können nach Ritzen gebrochen oder mit 
Diamantsäge geschnitten werden (Glasbläser/Glaser). Wenn die Enden 
versilbert werden (chemisch oder Einbrennlack), kann man den Quarz 
festlöten.
Mit Silanen behandelt, wird die Oberfläche wasserabstoßend und isoliert 
noch besser. Gibts/gabs als Spray bei Kontaktchemie, glaube ich.
Ein Trockenmittel (Silikagel) ist erforderlich, und ein Blechgehäuse 
herum. Die Isolierung zu den Elektroden dann ein enger Luftspalt, evtl. 
mit Rohr verlängert.

von Klaus H. (klummel69)


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Peter ". schrieb:
> Der Isolator soll ja die Objekte gegen Masse isolieren, wahrscheinlich
> werden wir Teflon oder Polyethylen verwenden.

Brauchst du das E-Feld vom Objekt zu einer Masseebene?
Wenn nein, dann baue einen Isolator mit 2 Ebenen:
1
         +----------------+        
2
         |     Objekt     |        
3
         +--+----------+--+        
4
            |          |           
5
            |Isolator1 |           
6
            |          |           
7
            +----------+           
8
            |  Guard   |           
9
            +----------+           
10
            |          |           
11
            |Isolator2 |           
12
            |          |           
13
     +-------------------------+   
14
     |        Ground           |   
15
     +-------------------------+

Den Guard aus Metall legst du dauerhaft an deine Spannungsquelle.
Dadurch fliesst nur ein geringer Strom über den Isolator,
wenn das Objekt Ladunhg über die Luft verliert.
Wenn Due abschätzen kannst, wie sich die Ladung verändert, könntest Du 
auch
die Spannung am Guard nachführen.

Geht halt nur, wenn der Einfluss des Guards den Versuchsaufbau nicht 
beeinflusst.

Dafür wird der Einfluss des Widerstandes vernachlässigbar.

: Bearbeitet durch User
von Peter ". (physikfan)


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Das ist eine Superidee, geht leider in diesem Fall nicht, die Objekte 
müssen sich bewegen können, daher ist keine fixe Verkabelung möglich.

: Bearbeitet durch User
von dirk (Gast)


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Gruss

Ohm oder Siemens?
Ah ja, die Elektronen mögen sich
auf ihre(r) Weise.

Dirk St

von Sebastian S. (amateur)


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Wenn sich da was bewegen soll, bieten sich erst recht Teflon oder POM 
an. Die werden sehr oft als Gleitelemente verwendet.
Wenn die Veranstaltung außerhalb von Schutzgas stattfinden soll, so kann 
es nicht schaden, Dich mal mit "supertrockener" Luft (Lufttrockner) zu 
beschäftigen. Natürlich käme auch noch evakuieren infrage.

von Peter ". (physikfan)


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Das Experiment muss im Freien stattfinden.

von Johannes S. (jojos)


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Peter ". schrieb:
> Das Experiment muss im Freien stattfinden.

Blitzenergie einfangen um etwas zum Leben zu erwecken? Bist du Frank N. 
Stein? :)

von Horst S. (petawatt)


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Peter ". schrieb:
> Ich brauche für ein Experiment hochwertiges Isoliermaterial,
> um die Ladung auf etwa 20 kV aufgeladener Objekte mindestens für 20
> Minuten einigermaßen halten zu können.
> Ich muß daher Proben von Teflon, Polyethylen, Bernstein, etc.
> miteinander vergleichen, um dann meine Wahl treffen zu können.

Verstehe das Vorhaben nicht so richtig. Die elektrischen Eigenschaften 
von PTFE und PE sind doch für die Hochspannungstechnik genauestens 
erforscht. Insbesondere PE für Hochspannungskabel. Bei höheren 
Feldstärken bilden sich Raumladungen aus.
Hab mich im Studium mit der Durchschlagspannung von Epoxidharz bei 
Blitzstoßspannung beschäftigt. Nur durch eine trickreiche Formgebung der 
Probekörper und Einhüllung in trockenes Isoliergas kann überhaupt ein 
Durchschlag erreicht werden. Die Wahrscheinlichkeit für einen 
Oberflächenüberschlag ist recht hoch. An den Elektroden muss das Feld 
möglichst homogen sein. Also nicht trivial.

Grüße von petawatt

von Klaus H. (klummel69)


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Peter ". schrieb:
> das ist eine Superidee, geht leider in diesem Fall nicht, die Objekte
> müssen sich bewegen können, daher ist keine fixe Verkabelung möglich.

Also der ganze Aufbau ist in Bewegung?
Wie wäre es dann mit einem Guard, der seine Spannung über ein paar 
Hochvolt Kondensatoren hält?

Das bringt mich auf eine andere Idee:
Warum schließt ihr nicht einfach das Objekt direkt an ein paar Hochvolt 
Kondensatoren an?

Mit C=1nF und R=1TOhm hast Du ein Tau von 1000sec,
sprich nach ca 16min hast Du noch 63% Spannung.

Hab jetzt nicht recherchiert, aber vermutlich findet man ein paar Typen, 
die >20kV und ggf >10nF hinbekommen. Dann dürfte der Fehler schon 
deutlich kleiner sein. Ich meine die Kosten auch nicht die Welt....

von Klaus H. (klummel69)


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Nachtrag: In R geht natürlich auch der Isolationswiderstand der 
Kondensatoren ein. Ob die im TΩ sind...?

von eProfi (Gast)


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> Das Experiment muss im Freien stattfinden.
Vergiss es einfach! Das funktioniert nicht.
RAP (Bob Pease) hat mal was in dieser Richtung veröffentlicht:
"What's all this Femtoampere Stuff anyhow?"

https://www.mikrocontroller.net/search?query=pease+femtoampere
Speziell der älteste Beitrag "Impedanzwandler für Petaohm Messungen"

von dirk (Gast)


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Gruss

Vorhin hätte ich beinahe etwas
von Prof. Hoppe 1962 erzählt, bei dem Gedanken Edelgase zu erwähnen.
Der hat eine Perser Katze aufm Kampus in Giessen im Freilauf gehabt. Die 
Studenten/Kommilitonen
haben dazu gesagt die kennt jeden Studenten. Weis nicht, für Schrödinger 
hab ich im Moment keine Lust mich hin zusetzen.

Dirk St

von DoS (Gast)


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Horst S. schrieb:
> Verstehe das Vorhaben nicht so richtig. Die elektrischen Eigenschaften
> von PTFE und PE sind doch für die Hochspannungstechnik genauestens
> erforscht. Insbesondere PE für Hochspannungskabel. Bei höheren
> Feldstärken bilden sich Raumladungen aus.
> Hab mich im Studium mit der Durchschlagspannung von Epoxidharz bei
> Blitzstoßspannung beschäftigt. Nur durch eine trickreiche Formgebung der
> Probekörper und Einhüllung in trockenes Isoliergas kann überhaupt ein
> Durchschlag erreicht werden. Die Wahrscheinlichkeit für einen
> Oberflächenüberschlag ist recht hoch. An den Elektroden muss das Feld
> möglichst homogen sein. Also nicht trivial.
>
> Grüße von petawatt

Sehe ich auch so. Teflon oder PE und ein Probekörper ohne Spitzen sollte 
doch reichen. Ich hatte einmal ein bisschen berufliches Basteln mit bis 
zu 150kV (an Luft) zu tun. Meine Erfahrung: bis 40..50kV ist die Welt 
des Elektronikers noch in Ordnung. Darüber treten "blöde:" Effekte auf 
und auf den Isolatoren der Kabel hängen sich dann Ladungen dran, die 
dann irgendwann ins rutschen kommen und zu Entladungen führen.
Vakuum ist ein toller Isolator, aber wenn es dann zum Überschlag kommt, 
dann sind die Transienten auch um den Faktor 1000 schneller. Wir hatten 
LWL-Konverter von EKS, die trotz zusätzlichen Varistoren, und anderen 
Schutzeinrichtungen regelmäßig gekillt wurden, obwohl sie nur in der 
Nähe (1,5m) der Versuchsanordnung waren und keinen direkten Kontakt 
waren.
20kV sind wirkich gut handlebar, nur Mut!

von Peter ". (physikfan)


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"Hab mich im Studium mit der Durchschlagspannung von Epoxidharz bei
Blitzstoßspannung beschäftigt. Nur durch eine trickreiche Formgebung der
Probekörper und Einhüllung in trockenes Isoliergas kann überhaupt ein
Durchschlag erreicht werden. Die Wahrscheinlichkeit für einen
Oberflächenüberschlag ist recht hoch."

Das heißt, der Weg für einen Oberflächenüberschlag ist recht groß, 
ungefähr bei 50 cm?
Wie dick war denn die Epoxidharzprobe?

Was ich als Nächstes in Planung habe, ist, den Widerstand von Teflon- 
und  Polyethylenproben miteinander zu vergleichen, welcher da wirklich 
größer ist.
Es schadet auch nicht für meine Experimente, wenn das Isoliermaterial 
wenigstens etwas elastisch ist.
Bitte gibt es da Erfahrungen dazu?

von Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite


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Wühlhase schrieb:
> Ja...das klingt ein bisschen nach Forschung in Deutschland. Wer kennt
> das nicht...Wissenschaftler, die für banale Versuche trotzdem dem
> Idealzustand möglichst nahekommen wollen und dann über die Grenzen des
> technisch Machbaren enttäuscht sind. Denen schlicht das Gefühl für den
> Faktor 1000 oder gar Vielfachen davon völlig fehlt.

Damals an der Uni gab es auch solch einen Typen, der unbedingt meinte, 
seine Experimente natürlich nur mit doppelt isotopenreinem 
Natriumchlorid durchführen zu können. Hierbei gab er Reinheitsstufen für 
die Isotopen an, die sonst nur auf chemischer Ebene erreichbar sind. 
Irgendwann rief dann tatsächlich ein Projektmanager von Merck an, um die 
Details für das Angebot und die Beauftragung des NaCl zu klären. Er 
entschuldigte sich für die späte Rückmeldung, da er zunächst 
konzernintern klären musste, ob und wann die Anlagen für die Herstellung 
solch eines großen Auftrags (10g oder 100g) zur Verfügung stünden. Da es 
sich um ein Mehrfaches der Jahreskapazität der bestehenden 
Isotopentrennanlage handele, müsse entsprechend aufgerüstet werden. 
Daher müsse Merck auf jeden Fall auf einer Anzahlung bestehen, die diese 
Kosten decke. Er bat darum, dass der Wissenschaftler den Kontakt zum 
entsprechenden Geldgeber (damals BMFT oder DFG) herstelle, um die 
Seriosität und Finanzierung des Projekts vorab zu klären.

PS.: Für sein Kristallzuchtexperiment hätte übrigens NaCl der 
entsprechenden chemischen Reinheitsstufe völlig ausgereicht. Aber für 
ihn musste es natürlich isotopenrein sein.

: Bearbeitet durch User
von Peter ". (physikfan)


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nachtmix:
"Mir scheint, dass da mal wieder mit utopischen Forderungen ein falscher
Ansatz verfolgt wird."

Wühlhase:
"Ja...das klingt ein bisschen nach Forschung in Deutschland. Wer kennt
das nicht...Wissenschaftler, die für banale Versuche trotzdem dem
Idealzustand möglichst nahekommen wollen und dann über die Grenzen des
technisch Machbaren enttäuscht sind. Denen schlicht das Gefühl für den
Faktor 1000 oder gar Vielfachen davon völlig fehlt."

Andreas S.:
"Damals an der Uni gab es auch solch einen Typen, der unbedingt meinte,
seine Experimente ................."

Ich verstehe Eure Skepsis vollkommen, das Urkonzept entstand auch noch 
ohne
meine Mitwirkung, ich wurde nur als Physik-Berater hinzugezogen, nachdem 
ich ursprüngliche, sehr abenteuerliche Vorstellungen, Aufladen mit 
Bandgenerator, etc. etc. in eine mehr quantitative Form bringen konnte.

Trotzdem bin ich für Eure Kommentare sehr dankbar, da Eure Erfahrungen
meine bisherigen erweitern und sehr gut ergänzen.
Ich liebe aber Herausforderungen, mit relativ bescheidenen Mitteln 
einigermaßen brauchbare Resultate zu bekommen, und ich würde dieses 
Experiment auch nicht als banal einstufen, sonst würde ich mich nicht 
daran beteiligen.
Bekäme man in diesem Fall einigermaßen interessante Resultate, könnte 
das zu weiterführender Forschung in verschiedenen Disziplinen führen.

Zunächst muß ich halt mit den Geräten, die mir zur Verfügung stehen, das 
Beste herausholen.
Diese beweglichen Objekte, einmal auf 20 kV aufgeladen, sollen ihre 
Ladung halt etwa 20 Minuten bei optimaler Witterung im Freien 
einigermaßen behalten können.
Im Moment ist der Plan, Teflon oder Polyethylen zu verwenden.
Als nächstes muß ich Probestücke dieser Materialien auftreiben, um zu 
sehen, ob der oben genannte Ansatz auch wirklich realisiert werden kann.
Wenn nicht, muß man sich etwas Neues im Urkonzept überlegen.

: Bearbeitet durch User
von oszi40 (Gast)


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Hier ist wieder einer, der Widerstände auf 12 Stellen hinter dem Komma 
HOCHGENAU berechnet und dann 20%-Widerstände zur Verfügung hat?

Peter ". schrieb:
> Ich muß mit den Geräten, die mir zur Verfügung stehen, das Beste
> herausholen.

Schon mal Opas Influenzmaschine im Physikunterricht gesehen oder 
benutzt? 
https://de.wikipedia.org/wiki/Influenzmaschine#/media/Datei:Wimshurst_machine_PP2010.044.001a.jpg

Deine "Messung" mit hochempfindlichen Geräten wird mehr durch äußere 
Umstände beeinflusst werden als Du denkst. Statische Aufladung, Aufbau 
und Luftfeuchtigkeit sind nur ein paar Faktoren, die schnell Deine 
Messung zu einer groben Schätzung machen. Sammle erst mal Erfahrung mit 
ein paar Porzellantassen und trockenen Bierflaschen bevor Du das Wort 
Messung benutzt. Eine echte Messung wird nicht ganz einfach.

von oszi40 (Gast)


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Stoppuhr und Elektroskop sollte für die ersten Versuche reichen.
https://de.wikipedia.org/wiki/Elektroskop

von Peter ". (physikfan)


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DoS:
"Meine Erfahrung: bis 40..50kV ist die Welt
des Elektronikers noch in Ordnung. Darüber treten "blöde:" Effekte auf
und auf den Isolatoren der Kabel hängen sich dann Ladungen dran, die
dann irgendwann ins rutschen kommen und zu Entladungen führen."

Das ist schon ein sehr wetvoller Kommentar für mich.

oszi40:
"Hier ist wieder einer, der Widerstände auf 12 Stellen hinter dem Komma
HOCHGENAU berechnet und dann 20%-Widerstände zur Verfügung hat?"

Mir geht es mehr darum, Widerstände mit 10**15 Ohm auf 10 -20% genau zu 
messen. Mit all diesen Unzulänglichkeiten, die durch die Umgebung, 
Luftfeuchtigkeit, Sonneneinstrahlung, etc. etc. muß ich fertigwerden, 
bzw.
im Resultat berücksichtigen.

"Sammle erst mal Erfahrung mit
ein paar Porzellantassen und trockenen Bierflaschen bevor Du das Wort
Messung benutzt. Eine echte Messung wird nicht ganz einfach."

Ich habe schon sehr viele Physik-Studierende in die wundervolle Welt der 
Elektrostatik eingeführt, wenn auch "nur" mit 
Demonstrationsexperimenten.

"Deine "Messung" mit hochempfindlichen Geräten wird mehr durch äußere
Umstände beeinflusst werden als Du denkst. Statische Aufladung, Aufbau
und Luftfeuchtigkeit sind nur ein paar Faktoren, die schnell Deine
Messung zu einer groben Schätzung machen. Eine echte Messung wird nicht 
ganz einfach."

Da gebe ich Dir vollkommen recht und ich freue mich schon sehr auf all 
diese Herausforderungen.
Ich hoffe, ich darf von meinen Experimenten hier weiter berichten.

: Bearbeitet durch User
von Gerald K. (geku)


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_Vielleicht hilft folgende Idee weiter um den Widerstand abschätzen zu 
können_ :

Man baut einen Kippschwinger und ermittelt aus der Frequenz der 
Lichtblitze den Widerstand

https://de.m.wikipedia.org/wiki/Kippschwinger#

Man kann einen bekannten Widerstand als Referenz verwenden.

Ich habe mit dieser Methode die Spannung U0 abgeschätzt.

Die Isolationswiderstände von Kondensator und Glimmlampe müssen 
wesentlich größer als R sein!

: Bearbeitet durch User

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