Medir la tensión sin corriente

Question

Supongamos que tengo un condensador y quiero observar cómo decae su carga con el tiempo. ¿Cómo puedo hacerlo sin afectar a su velocidad de descarga a través de la medición?

Según tengo entendido, un voltímetro típico hace pasar corriente a través de una resistencia conocida para determinar la tensión, pero en el proceso esto descargaría el condensador que se está midiendo. A mayor complejidad, se podría reducir la corriente necesaria para realizar una medición precisa, y luego reducir la frecuencia de las mediciones, pero en el límite las mediciones seguirán drenando un peu de tensión.

En la analogía hidráulica, es posible medir la presión (tensión) colocando un manómetro de resorte en un pistón atravesado por las dos caras del depósito. No fluye agua de un lado al otro, pero obtenemos una lectura constante de la presión.

Entonces, ¿hay algún medidor, mecanismo o circuito que pueda hacer eso para el voltaje en un condensador u otra fuente de alimentación?

Answer 1

Físico aquí, probablemente a punto de ser reído fuera del sitio SE para esta respuesta teórica, pero aquí va:

¿Por qué no medir la corriente de forma no pertuba? Ideas:

1. Pon un amperímetro en una pata del condensador. Integra la corriente en el tiempo.
2. Recoge la carga perdida en un condensador mucho mayor que está constantemente monitorizado.
3. Mida el campo eléctrico dentro del condensador (suponiendo placas paralelas u otra geometría accesible).

Muchos medidores de baja presión se basan en la ionización de sólo unos pocos átomos por segundo y miden la corriente causada por los electrones, ahora libres, que chocan contra un cátodo. ¿Por qué no hacer lo contrario y utilizar la tensión sobre el condensador cargado para desviar los iones en un alto vacío y medir su cambio de trayectoria?

Answer 2

Puede utilizar un AD549 (cuesta unos 30 EUR) como seguidor de ganancia unitaria. La resistividad de entrada es mayor que la resistividad del aislamiento estándar de los cables o del material estándar de las placas de circuito impreso en un circuito típico.

Nota: Hay un error tipográfico en el datashet AD549 (2014) página 9 debería ser pin 6 donde está impreso pin 5.

Debería buscar los libros blancos de Keithley (ahora Tektronix) sobre mediciones de baja corriente. Por desgracia, el sitio web es tan poco amigable que no encontré manera de crear un enlace.

Si necesitas algo más inteligente, se puede aplicar un voltaje al condensador y regularlo para que no haya corriente. Pero esto no es trivial y sólo tiene sentido en condiciones de laboratorio, con cables muy caros de bajo ruido, buen apantallamiento, temperaturas estables...

Eche un vistazo a los manuales de

• Nanovoltímetro Keithley Modelo 2182A
• Micro-Ohmímetro Keysight NanoVolt 34420A

Answer 3

Su comprensión de la medición de la tensión es incorrecta. Un voltímetro tiene una entrada de alta impedancia (>1M \$\Omega\$ normalmente en torno a los 10 millones \$\Omega\$ ). Casi no fluye corriente en el medidor mientras se realiza una medición de tensión. Lo mismo ocurre con un osciloscopio.

Puede que esté confundiendo la medición de la tensión con la medición de la corriente. Los multímetros contienen "derivaciones" de baja resistencia por las que circula la corriente que se está midiendo. Las derivaciones tienen una resistencia baja, pero precisa y conocida. El flujo de corriente a través de la derivación crea una tensión a través de ella. Esta tensión se mide. Como la resistencia de la derivación es conocida, el medidor calcula \$I = V_{Shunt}/R_{Shunt}\$ .

La medición del condensador de tensión con un medidor de alta impedancia hará que la carga salga del condensador y entre en el medidor. Que esto distorsione o no los resultados dependerá del resto del circuito y de lo que estés intentando medir exactamente.

Ten en cuenta que los condensadores reales no son ideales y se descargarán de forma natural con el tiempo. Dependiendo del tipo de condensador, esta autodescarga es significativa o no. Los condensadores de película de alta calidad son muy estables y mantienen la carga durante horas o días, según las circunstancias. Los electrolíticos de aluminio, no tanto.

Puedes mejorar la precisión de tu lectura conectando la tensión del condensador a un buffer de alta impedancia de entrada, y luego leyendo la salida de ese buffer. De esta forma, tu medidor tomará una pequeña corriente de la salida del buffer, en lugar de tomarla del condensador. Un amplificador operacional de entrada JFET puede tener resistencias de entrada del orden de 1G \$\Omega\$ a 1T \$\Omega\$ . Esto puede ser demasiado alto, y puede causar problemas propios.

Answer 4

Mida la tensión instantánea a través de la tapa con un osciloscopio de alta impedancia de entrada, esto será lo suficientemente bueno para fines prácticos.