Niemal każdy, kto eksperymentował z wysokim napięciem, zetknął się z potrzebą zmierzenia owego napięcia. Z powodu braku kilowoltomierza, pomiar odbywał się zapewne na oko, szacując długość iskry... Ale te czasy już minęły. Za chwilę dowiesz się jak w prosty sposób i małym kosztem zrobić całkiem niezły kilowoltomierz, jakże potrzebny w każdym, mniej lub bardziej porządnym laboratorium.

Każdy miernik (voltomierz, amperomierz, omomierz) mierzy tak naprawdę tylko natężenie prądu. W przypadku amperomierza, sprawa jest oczywista. Woltomierz, ze względu na swój duży opór, mierzy natężenie tylko tej części prądu, która przez niego przepływa. Czym wyższe napięcie, tym wyższe natężenie (opór jest stały), więc woltomierz wskazuje więcej.
Prąd o wysokim napięciu, rzędu kilowoltów, cechuje się zwykle niskim natężeniem, rozpatrując oczywiście przypadek domowego laboratorium. I tak np. prąd o napięciu 10kV i mocy 10W ma natężenie 1mA. No tak, a jeśli zajdzie potrzeba zmierzenia do jakiego napięcia naładował się kondensator 50nF/10kV? Jeżeli miernik na pomiar przy 10kV "zżera" 1mA, to cała energia zgromadzona w kondensatorze E=2,5J zostanie zużyta przez miernik w 0.25 sekundy, więc pomiar nie jest możliwy. Wniosek jest oczywisty, podczas pomiaru wysokiego napięcia przez miernik musi przepływać prąd o możliwie jak majmniejszym natężeniu. Innymi słowy, miernik musi być bardzo czuły.


Kilowoltomierz można zrobić na 3 sposoby:

1. Przerobić mikroamperomierz
2. Zwiększyć zakres woltomierza
3. Przystosować multimetr cyfrowy

Kilowoltomierz na bazie mikroamperomierza

Najlepszym kandydatem na kilowoltomierz jest najczulszy miernik "analogowy" czyli wskazówkowy mikro-amperomierz o możliwie małym zakresie. Czym zakres jest mniejszy, tym miernik jest czulszy, tzn. potrafi zmnierzyć mniejszy prąd.
Zdobycie mikroamperomierza o skali do 10 czy 20uA jest niezwykle trudne, a te o skali większej niż 100uA nie są komfortowe w użyciu. Optymalnym rozwiązaniem wydaje się być duży mikroameromierz o skali do 50uA i podziałce co najwyżej 2,5uA. 1uA wskazywany na mierniku będzie oznaczał 1kV, czyli cały miernik będzie w stanie mierzyć napięcie do 50kV. Zakres można oczywiście zwiększyć lub zmniejszyć. Zmniejszenie zakresu o połowę spowoduje dwukrotne zwiększenie zużycia prądu przez miernik (co ma kluczowe znaczenie podczas pomiaru napięcia naładowanego kondensatora).

Przerobienie takiego mikroamperomierza na kilowoltomierz jest stosunkowo proste. Wystarczy do obu końcówek miernika szeregowo podłączyć odpowiednio duży opór. Aby 1uA na mierniku oznaczał 1kV, łączny opór musi wynosić około 1000 megaomów (1GW). Przy takich parametrach wskazanie na mierniku 10uA oznacza przepływ prądu o napięciu 10kV. Średni czas rozładowania przez miernik wspomnianego wcześniej kondensatora 50nF/10kV to 25sekund (z czego dokładny pomiar jest możliwy tylko przez pierwsze 5 sekund, gdyż kondensator się rozładowuje i napięcie spada).
Dla zwiekszenia komfortu odczytu można zmniejszyć skalę kilowoltomierza, czyli proporcjonalnie zmniejszyć opór. Zmniejszenie oporu do 500 MW spowoduje zmniejszenie skali do 25kV. Do pomiaru tego samego napięcia wskazówka będzie się musiała odchylić 2 razy więcej, czyli będzie przepływał 2 razy większy prąd. Przy pomiarze napięcia naładowanego kondensatora średni i efektwny czas pomiaru spadną o połowę.

Z racji pracy z wysokimi napięciami, wszystkie części metalowe na zewnątrz miernika muszą być zaizolowane (zalane woskiem, klejem, hot glue). Najlepiej taki miernik umieścić w plastikowej obudowie (np. po lodach). 1000 megaomów to opór bardzo duży, najlepiej jest go rozłożyć na 2 układy oporników. Oporniki powinny być połączone szeregowo i zanurzone w oleju! Do jednego wyjścia mikroamperomierza należy przyłączyć jeden zbiór oporników (22x22 megaomy), a do drugiego jeden opornik 15 megaomów (to będzie wyjście dla zmniejszonej dwukrotnie skali). Następnie do tego opornika 15(lub 16)MW przyłącza się szeregowo drugi opornik 15(lub 16)MW oraz kolejny zbiór 22oporników po 22MW każdy, tak jak to widać na schamacie.
Ważne jest aby oba duże zbiory szeregowo połączonych oporników były zanurzone w oleju (lub przynajmniej zalane porządnie klejem). Jeżeli oporniki będą "na powietrzu" to wysokie napięcie zjonizuje powietrze wokół oporników, i prąd zamiast przez oporniki, przepłynie po zewnętrznej ich stronie, omijając opór i niszcząc czuły miernik.

Kilowoltomierz na bazie woltomierza

Innym sposobem na wykonanie kilowoltomierza jest zwiększenie zakresu woltomierza, a właściwie możliwie jak najczulszego miliwoltomierza. Woltomierz jest to również amperomierz z podłączonym szeregowo dużym oporem. Należy zmierzyć opór woltomierza i odpowiedznio go zwiększyć. Zwiększenie oporu o 1000 razy spowoduje zwiększenie zakresu o 1000 razy. Woltomierze są najczęściej budowane na bazie miliamperomierzy, a więc mierników zbyt prądożernych. Do zbudowania kilowoltomierza potrzebny jest więc jak najczulszy woltomierz (właściwie to miliwoltomierz lub nawet mikrowoltomierz jeżeli jest możliwość zdobycia takowego). Procedura jest analogiczna jak w przypadku mikroamperomierza. Jedynym warunkiem jest znajomość oporu samego woltomierza. Jeżeli woltomierz ma opór 100kW, a zakres ma być zwiększony 10000 razy, należy dodać szeregowo opór (10000-1)x100kW. Komfortowy pomiar można przeprowadzać jeżeli opór jest odpowiednio duży (1000MW i więcej). Jeżeli opór jest zbyt mały (miernik jest za mało czuły), to wskazania pomiaru napięcia dostarczanego stale będą zaniżone, a o pomiarze napięcia naładowanego kondensatora nie będzie w ogóle mowy.

Producenci wszystkich mierników cyfrowych zabraniają pomiarów prądu o napięciu powyżej 1000V. Przy odpowiednio dużej staraności i solidności wykonania, większość mierników można przystosować do pomiaru napięcia liczonego w kilowoltach. Procedura jest oczywiście ta sama, należy przyłączyć szeregowo odpowiednio duży opór. Tutaj jednak musi być zachowana maksymalna ostrożność. Oporniki powinny być przyłączone do obydwu końcówek miernika przewodami o długości co najmniej 25cm każdy. Oporniki kategorycznie muszą być zanurzone w oleju.

Najczęściej używane są mierniki najtańsze, typu M830. Zwiększenie zakresu woltomierza takiego miernika 100 razy sprowadza się do dodania oporu około 92MW.
Jeżeli nie zostanie zachowana szczególna ostrożność... no coż, najszybciej pada woltomierz i omomierz, później amperomierz, najdłużej trzyma się tester tranzystorów i generator sygnału prostokątnego...
Nie należy wykorzystywać multimetrów do pomiaru natężenia prądu o wysokim napięciu.