Регулярно продвигая электрометрию в серые массы, я встречаю один и тот-же вопрос: Зачем она нужна радиолюбителю???
Этот вопрос обычно оппонент не может даже корректно сформулировать, не говоря уже о том чтобы понять ответ. А все по тому, что с темой мало кто знаком. В материале под катком я все-же попробую дать ответ, но на этот раз применив несколько живых примеров.
Не для кого не секрет, что я люблю разрабатывать дозиметры и спектрометры, при этом делая их сверх-мало потребляющими. Обычное применение радиолюбительского хобби, ну скажем сделать дозик на СБМ-20, чтобы он работал подольше без подзарядки, ведь так?
Но я-ж по натуре перфекционист, мне в определенный момент стало интересно, насколько малопотребляющим его можно сделать, то есть насколько долго он может работать на одной зарядке?
Если ну скажем потребление микроконтроллера устройства можно легко понизить, то обычные счетчики Гейгера требуют питания около 400 вольт, и тут в полный рост встает потребление высоковольтного каскада.
Я на практике выяснил, что все главные компоненты высоковольтных каскадов далеки от идеальных, конденсаторы имеют токи утечки по диэлектрику, диоды имеют токи обратной утечки, черт да даже текстолит имеет значительное сопротивление.
А если пересчитать ну скажем даже довольно малый ток утечки в 100 нА по 400В в ток потребляемый от литий-ионного АКБ, то мы получим: 100нА*(400В/3.7В)=10.8 мкА, что с учетом КПД повышающего преобразователя составит уже около 13 мкА. Это по сравнению с потреблениями современных МК довольно дохрена. Значит для понижения потребления есть еще огромные возможности.
Вы спросите: какое вообще к этому имеет отношение электрометрия?
Да самое что ни на есть прямое!!! Если отобрать компоненты и материалы по току утечки, можно понизить утечку высоковольтного каскада. А чтобы такой отбор произвести нужно мочь чем-то измерять токи менее 100 нано-ампер.
Измерениями малых токов как раз и занимается дисциплина электрометрии.
И это совсем не то “антикрыло”, которое всем знакомо со школы:
НЕТ! Это именно измерители тока, заряда, и в том числе и вольтметры с пренебрежимо малыми входными токами.
Применимо к обозначенной выше задаче, можно все утечки измерить электрометром, подав на один электрод исследуемого объекта нужный потенциал 400В, а другой электрод подключить на вход амперметра электрометра. В результате мы получим значение тока утечки, а так-же можем посчитать эквивалентное сопротивление. Так-же в полный рост при таком измерении встанут эффекты диэлектрической абсорбции, эффекты “притирки” компонента и многие другие. Все это можно оценить численно и графически. Вот к примеру мои замеры тока обратной утечки нескольких высоковольтных SMD диодов относительно приложенного напряжения:
То-же можно проделать и с конденсаторами, текстолитом, PN-переходами транзисторов, да много с чем еще….
Я уже упоминал про вольтметр, в электрометрах вольтметры строятся на тех-же принципах что и входные каскады измерения тока, а значит паразитные входные токи электрометров очень малы, и эквивалентное сопротивление электрометрического вольтметра нередко значительно превышает 1 000 000 000 000 000 Ом. Вольтметр электрометра становится максимально близким к школьному определению “идеального вольтметра”, имеющим бесконечное сопротивление, а точнее сказать “сопротивление электрометрического вольтметра в многих случаях можно пренебречь”.
Это можно использовать для измерения напряжения цепи без ее просадки, к примеру замерять потенциалы конденсаторов практически не разряжая их, да и много где еще.
Электрометрия так-же измеряет заряды, применительно к дозиметрии и спектрометрии это может быть полезным при измерении коэффициентов передачи фото-электронных-умножителей:
По скольку на выходе ФЭУ мы имеем не напряжение, не ток, а именно заряд, то для работы с этими лампами приходится рассчитывать ЗЧУ(зарядо-чувствительные-усилители). Не зная диапазона зарядов это можно сделать только грубой подгонкой в железе.
Но помимо всего этого в радиолюбительской электрометрии есть и другой важный аспект, который я открыл только недавно: Возможность глубоко погрузится в передовую аналоговую схемотехнику советских приборов, начать анализировать и мыслить на уровнях штучных электронов и базовых физических сущностей и теорий.
В целом: электрометрия – это охрененно интересно и главное полезно!!! Применительно всего к одной-двум задачам, она уже открывает неведомые доселе горизонты. Мне страшно подумать что она может открыть в других радиолюбительских дисциплинах. 