Ein Elektrometer ist nur so gut wie seine schwächste Isolation
Ein Elektrometer ist ein Voltmeter mit einer Eingangsimpedanz, die hoch genug ist, dass der in es fließende Strom für praktische Zwecke als null behandelt werden kann; der Eingangswiderstand liegt in der Größenordnung von 1014 Ω. Bei dieser Impedanz ist ein Leckpfad im Picoampere-Bereich ein messbarer Fehler, was bedeutet, dass jede Komponente im Signalpfad mit Blick auf ihre Isolation ausgewählt werden muss, und das Schaltelement ist sehr oft das schwächste Glied, weil ein offener Kontakt direkt über der Messung liegt.
Elektrometer werden in der Strahlungsdetektion weit verbreitet eingesetzt: Strahlung ionisiert Gas in einer Kammer und erzeugt einen sehr kleinen Strom, der verstärkt und quantifiziert wird, um den Strahlungspegel anzuzeigen. Der Schalter, der diesen Strom leitet, steht vor zwei Anforderungen gleichzeitig – er muss fast keinen Leckstrom hinzufügen und darf keine Kapazität oder Kontaktartefakte hinzufügen, die das Signal begraben.
Warum die üblichen Schalter nicht standhalten
- Halbleiterschalter tragen parasitäre Kapazität, die ein Signal im Femtoampere-Bereich am Erfassungsknoten überdeckt.
- Offene mechanische Relais lecken zu stark, und auf ihren Kontakten wachsen resistive Oberflächenfilme, die eine gewisse Spannung zum “Fritten” benötigen — ein kleines Signal kann den Film möglicherweise gar nicht überwinden.
Ein versiegelter Reed-Kontakt vermeidet beides: Die Glaskapsel bietet einen sehr hohen Isolationswiderstand und eine filmfreie Kontaktfläche. Die HVFR-HI Hochspannungs-Hochisolations-Serie ist für diese Aufgabe gebaut.
HVFR-HI Spezifikationen
- Schaltspannung bis 1 kV (2 kV kurzzeitig)
- 1 A Schalten; Impulsstrom 5 A / 10 A / 20 A
- Dielektrische Stehspannung 3 kV und darüber; Isolationswiderstand 100 TΩ und darüber
- Schalten innerhalb von 1.2 ms; Lebensdauer über eine Milliarde Schaltvorgänge
Warum das Bauteil hier spezifiziert wird
- Isolation. Bei 100 TΩ fügt der offene Kontakt eine vernachlässigbare parallele Leitfähigkeit hinzu, sodass benachbarte Schwachsignalkanäle nicht ineinander lecken.
- Abdichtung. In Glas abgedichtete Kontakte sind in Felddetektoren vor Staub, Luftfeuchtigkeit und korrosiven Atmosphären isoliert.
- Kontaktmaterial für schwache Signale. Das Kontaktmaterial ist für das Schalten der minimalen Ströme eines Erfassungs-Frontends gewählt, nicht für den Leistungsbetrieb.
- Spannungsreserve. 3 kVDC Durchschlagspannung lässt Reserve in hochohmigen Hochspannungs-Messketten.
- Lebensdauer und Verpackung. Milliarden von Schaltspielen für kontinuierliches automatisiertes Scannen, in 1- bis 4-Kanal-Konfigurationen, die das Mehrkanal-Scanner-Design vereinfachen.
Auswahlhinweis
In einem Elektrometer- oder Ionisationskanal ist der Schalter in der Regel die Komponente, die die erreichbare Isolation begrenzt, nicht der Verstärkereingang. Die Auswahl nach Isolationswiderstand und einer sauberen, filmfreien Kontaktfläche – und das anschließende Guarding des umgebenden Layouts nach demselben Standard – ist hier wichtiger als Ansprechgeschwindigkeit oder Stromwert, was die umgekehrte Gewichtung gegenüber einer Leistungsschaltanwendung ist.
Über SHR AUTOSENSOR
SHR AUTOSENSOR TECH LIMITED (SHR AUTOSENSOR) fertigt Hochspannungs-Reed-Relais, quecksilberbenetzte Relais und Hochspannungs-DC-Schütze. Kontakt: [email protected] | +86 13761571029 | www.reed-relay.com