Een electrometer is een gelijkaardig apparaat, maar die kan een meer nauwkeurige meting doen. Maar waarom geen voltmeter met een hoogspanningsprobe gebruiken? Met zo'n probe kan een multimeter spanningen van een tiental kV meten.

Het probleem van zo'n meetprobe is dat de spanning verlaagd wordt door een reeks weerstanden. De weerstanden zullen het object dat we willen meten ontladen nog voor dat we een meting kunnen doen. De electrostatische lading is immers bijzonder klein. De weerstand van een electroscoop bedraagt minstens 10TΩ (de weerstand van het glas en de lucht), terwijl de weerstand van een hoogspanningsprobe Fluke 80K-15 1GΩ bedraagt, dus 10.000× minder.

En hier komt onze oude radiobuis weer uit de kast! We gaan de buis echter omgekeerd gebruiken, dus met de ingang op de anode en de uitgang op het rooster. De spanning op de anode is negatief en de spanning op het rooster is positief. Totaal verkeerd dus, en toch werkt het perfect.

We gebruiken hiervoor een gewone triode, bijvoorbeeld een ECC82. Het is een dubbele triode waarvan we één sectie gebruiken.

We sluiten de gloeispanning aan op de klemmen 4 en 5. De normale gloeispanning bedraagt 12.6V, hier geven we slechts 4V. BTW de 6.3V gloeispanning, dat is als de spanning aangesloten wordt op klem 9 en klem 4+5 in parallel. Er is geen hoogspanning nodig zoals bij een normale versterkertrap, en eigenlijk gaat de buis niet versterken, maar verzwakken.

De electrode van de electrometer of electroscoop, dat is de anode. De anode is volledig geïsoleerd en verliest zijn lading nauwelijk. Maar de anode kan wel de electronenstroom tussen cathode en rooster beïnvloeden.

De electronen worden door de warme cathode uitgezonden, zelfs al wordt de cathode maar matig verwarmd. De electronen vormen een zwerm in de buurt van het rooster en een deel komt zelfs op het rooster terecht. Dit fenomeen gaan we versterken door het rooster een lichte positieve spanning te geven (maximaal 2V). Alle ronddwarrelende electronen worden zo door het rooster opgevangen. Door de gloeispanning te verlagen zorgen we ervoor dat er minder electronen vrijkomen uit de cathode, zodat ze nagenoeg allemaal opgevangen worden door het rooster en niet op de anode terechtkomen. Door de zeer lage spanning wordt de secundaire emissie ook onderdrukt.

We hebben een zwakke stroom tussen de cathode en het rooster, in de grootte-orde van 100µA. We regelen de roosterspanning om zo'n stroom te bekomen. Om de stroom te meten kunnen we een gewone naald-galvanometer gebruiken.

Als de anode op een negatief potentiaal gezet wordt, dan gaat die de electronenwolk verder terugduwen, zodat de electronen niet meer tot aan het rooster komen. De roosterstroom wordt daardoor lager. Het systeem werkt niet met een positieve spanning, want dan zal de anode direct haar lading verloren door de electronen die aangetrokken worden. Maar met een speciale schakeling kunnen we zowel positieve als negative spanningen meten.

Men kan andere buizen gebruiken als de ECC82. De buizen ECC81, ECC82 en ECC83 hebben allemaal dezelfde aansluitingen, het is dus heel gemakkelijk testen te doen met verschillende buizen. Men kan experimenteren met roosterspanningen en gloeistromen.

De ECC82 waarmee ik de testen uitgevoerd heb is de meest gevoelige, met een negatieve anodespanning van 10V heb ik reeds een duidelijke vermindering van de roosterstroom en bij -200V is de roosterstroom nagenoeg nul geworden. Hoe lager de steilheid van een triode, hoe gevoeliger dat die is als electrometer. De mate van verzwakking komt eigenlijk overeen met de steilheid van de buis. Een buis met een steilheid van µ = 100 (ECC83) zal 10× meer verzwakken dan een buis met een steilheid van µ = 17 (ECC82). De ECC82 verzwakt de ingangsspanning dus minder dan een ECC83.

Buizen met een frame grid kunnen niet gebruikt worden, het rooster zit te dicht bij de cathode waardoor de anode nauwelijks invloed heeft op de electronenstroom. De wikkelingen van het rooster liggen ook te dicht bij elkaar zodat het electrostatisch veld van de anode niet tot de electronenwolk reikt. Dit zijn de buizen ECC189 en PCC89.

Men heeft reeds gewerkt met dergelijke schakelingen in de jaren 1930, dat was nog de tijd van de direct verhitte cathodes. De schakelingen werken echter veel beter met een indirect verhitte cathode (meer gelijkmatige electronenwolk). De schakeling rechts is een symmetrische schakeling, en aangezien de meeste triodebuizen twee secties hebben kunnen we beide secties van een ECC82 gebruiken.

We hebben hier twee spanningen nodig: de gloeispanning die ook voor de voorspanning van het rooster dient (we gebruiken de schakeling hieronder voor de plaatsing van de weerstanden). De positieve anodespanning dient om de anodes te polariseren. Een dergelijke schakeling werd in voltmeters voor zeer hoge spanning toegepast.

Het probleem van onze electrometer met ECC82 zin de aansluitingen: met de anode dicht tegen het rooster aan één kant en de gloeidraad aan de andere kant hebben we een doorslagspanning van ongeveer 1000V, deze spanning hangt voornamelijk af van het buisvoetje. We kunnen eventueel ook een pentode gebruiken in de plaats van een triode. De doorslagspanning van een pentode ligt niet noodakelijker hoger, maar men kan een vermogenspentode gebruiken in een grotere behuizing.

Een lijneindtrap (ook een pentode) heeft de anode bovenaan de buis, dit wordt hier zeer interessant. De gevoeligheid van de pentode is ook lager, zodat we spanningen boven de 1000V kunnen meten. De verminderde gevoeligheid wordt veroorzaakt door de twee roosters g2 en g3 die op cathodepotentiaal zitten en die de invloed van de anode beperken.

De beste pentode is de PL81 of EL81, dit is een lijneindtrap die in de eerste televisietoestellen gebruikt werd in de jaren 1950. De buis is redelijk gevoelig met een bereik van -50V tot -2kV. Het bereik kan gewijzigd worden door de roosterspanning te veranderen: met een hogere spanning wordt de buis minder gevoelig. Bij een hogere roosterspanning wordt de roosterstroom ook groter, dit kan men compenseren door de gloeistroom te verminderen.

Deze buis wordt nog altijd gemaakt, het is immers een buis die in bepaalde audioversterkers gebruikt werd.

Indien men nog hogere spanningen wenst te meten, dan gaat men best voor een PL500, PL504 of PL509, de doorslagspanning ligt hier nog veel hoger.

Als men een meting doet, dan is het de bedoeling dat de anode zijn lading bewaart. Door het aanwezig licht (fotonenbombardement) worden er echter electronen uit de anode gerukt. De anode is negatief, en duwt de losgekomen electronen van zich af, waardoor de anode snel zijn lading verliest. De meetbuis moet in een lichtdichte behuizing geplaatst worden.

Voor zeer hoge spanningen (in de grootte-orde van 100kV) heeft men broadcast zendbuizen gebruikt (de PL500-reeks werd trouwens ook vaak als zendbuis gebruikt). De broadcast zendbuizen zijn echter uiterst duur en moeilijk te vinden.

Als afsluiter, de manier van instellen: de licht positieve roostervoorspanning bepaalt de gevoeligheid van de buis (meer positieve spanning = buis minder gevoelig). Als men de roosterpanning wijzigt verloopt ook de roosterstroom, die men opnieuw tot een geschikte waarde kan brengen door de gloeispanning te wijzigen. Bij een anodespanning van 0V moet de naald van de galvanometer maximaal afwijken. Omdat de gloeispanning zeer laag is, duurt het een tijdje vooraleer de roosterstroom zich stabiliseert (meer dan één minuut in plaats van 20 seconden bij een normale gloeispanning).