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Vorrichtung zum Messen, insbesondere hoher elektrischer Spannungen.
Es ist bekannt, dass jedes Flächenelement eines Elektrizitätsleiters, der auf ein Potential aufgeladen ist, unter dem sogenannten elektrostatischen Druck steht, einer Kraft, die vom Innern des Leiters nach aussen gerichtet ist.
Die Erfindung stellt es sich zur Aufgabe, eine technisch verwendbare Vorrichtung herzustellen, deren Wirkung auf dem Prinzip dieses elektrostatischen Druckes beruht. Die Vorrichtung gestattet den absoluten und relativen Wert selbst sehr hoher Potentiale in einfacher Weise zu messen, u. zw.
erfolgt dies gemäss der Erfindung dadurch, dass die Oberfläche eines isoliert aufgestellten elektrisch leitenden Körpers von zweckmässig geschlossener Form an einer oder mehreren Stellen unterbrochen und diese Öffnung der Oberfläche durch einen zweckmässig leicht beweglichen leitenden Körper (Membran) ersetzt ist, dessen Ausbiegung gegenüber einer einwärtsgerichteten mechanischen Kraft als Mass für die auf den isolierten Körper gebrachte Elektrizitätsmenge oder die elektrische Spannung dient.
Fig. 1 stellt eine einfache Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung dar, von welcher Fig. 2 einen Teilschnitt in vergrössertem Massstabe zeigt.
Ein die Elektrizität leitender Körper K von geschlossener Form, beispielsweise eine Kugel oder ein Ellipsoid, ist auf einem isolierten Halter-S angebracht und mit einer elektrischen Leitung beliebiger Art verbunden. Der Körper-A*, der voll oder hohl sein kann, ist an einer Stelle S angebohrt. Der durch diese Bohrung fortgenommene Oberflächenteil O zwischen den
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eine feine Metallmembran oder durch ein leitend gemachtes Stück Glimmer, Glas od. dgl. ersetzt.
Wird der Körper K auf ein elektrisches Potential geladen, so erleidet das leicht bewegliche Oberflächenstück 0 desselben einen elektrostatischen Druck, dem durch die Kohäsionskräfte des die Ränder A. B überbrückenden Metalls od. dgl. das Gleichgewicht geboten wird.
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tials den elektrostatischen Druck an. Die Messung der Ausbiegung kann. wie dies Fig. 2 andeutet, in bekannter Weise durch Spiegelablesung erfolgen. Es kann zu diesem Zweck auf der Membran 0 ein kleines Spiegelchen 1 befestigt sein. dessen reflektierter Lichtstrahl auf eine Skala C fällt.
Bei der Messung grösserer Spannungen kann bei geeigneter Krümmung des isolierten Körpers K die Bewegung des die Öffnung überbrückenden Oberflächenteiles auch auf einen Zeiger übertragen werden. Beispielsweise können, wie dies Fig. 3 andeutet, mehrere, etwa zwei bewegliche Oberflächenstücke Oi, O2 mittels Fäden-Fi,-Ps od. dgl. gegebenenfalls unter Zwischenschaltung von Hebeln mit einem im Innern des Körpers K gelagerten Zeiger Z verbunden sein, dessen Bewegung das Potential auf der Skala C eines Fensters unmittelbar abzulesen gestattet. Das Fenster kann z.
B. als durchsichtige leitende Metallmembran ausgestaltet
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Nach Fig. 4 ist ein Teil der Oberfläche des Körpers S als Kolben L ausgebildet oder an einem solchen befestigt. Dieser Kolben L steht unter dem Einfluss einer ihn in das Innere des Körpers K verschiebenden Kraft, beispielsweise der Schwere oder einer Feder I. Die Änderung dieser leicht zu messenden Kraft, beispielsweise der Spannung der Feder 1, ist ein Mass für die auf den isolierten Körper K gebrachte Elektrizitätsmenge oder des auf ihm herrschenden Potentials.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung lässt sich dadurch verbessern, dass auf die Änderung des Luftdruckes und der Temperatur der umgebenden Luft Rücksicht genommen wird. Dem- gemäss lässt sich die Unabhängigkeit der Empfindlichkeit der Vorrichtung dadurch steigern, dass der Hohlraum, welcher von dem leichtbeweglichen leitenden Körper, der die Form einer dünnen Membran besitzen kann, überspannt wird, durch eine Öffnung mit der Aussenluft't in Verbindung gesetzt wird.
Anderseits kann es zur leichten Beherrschbarkeit der Vorrichtung und zur Vereinfachung der Messungen wünschenswert sein, die Vorrichtung als sogenanntes Nullinstrument auszubilden, d. h. ein solches, bei dem die bei Verwendung hervorgerufene Veränderung (hier die Ausbiegung der Membran) durch eine Nebenvorrichtung rückgängig gemacht wird, wobei die eigentliche Messung an der Nebenvorrichtung geschieht.
Dies kann erfindungsgemäss dadurch erreicht werden, dass der von der Membran überspannte Hohlraum des leitenden Körpers nicht unmittelbar mit der Aussenluft in Verbindung steht, wodurch in dem Hohlraum unter der Einwirkung einer elektrischen Spannung eine Druckdifferenz gegen- über der Aussenluft entsteht und dass die Ausbiegung der Membran mit Hilfe einer Vorrichtung, die die genannte Druckdifferenz messbar zu verändern gestattet, rückgängig gemacht wird. Um diese Vorrichtung von Barometerschwankungen unabhängig zu machen, empfiehlt es sich, den Hohlraum mit der Atmosphäre vor der Messung durch eine verschliessbare Öffnung in Verbindung zu bringen.
Es erleichtert die Benutzung der Vorrichtung, wenn diese, besonders beim Messen niederer Spannungen, vor äusseren elektrischen Einflüssen geschützt ist. Dies erfolgt gemäss der Erfindung am besten durch eine Metallhülle, welche möglichst, jedoch in grösseren Abmesssungen, die Gestalt der Oberfläche des elektrisch geladenen Körpers besitzt und an den zur Messung erforderlichen Öffnungen mit einem durchsichtigen metallischen Überzug versehen ist.
Fig. 5 ist ein Längsschnitt durch einen Messkörper K (mit Halter-H), bei dem der von der Membran 0 überspannte Hohlraum R durch eine Bohrung D mit der Aussenluft in Verbindung steht. Ändert sich z. B. der äussere Luftdruck, so steigt oder fällt er auf beiden Seiten der Membran in gleicher Weise. Das Mcssungsergebnis hängt also nicht mehr vom Druck ab, sofern es sich nicht um grössere als barometrische Druckänderungen handelt.
Fig. 6 zeigt eine Vorrichtung, deren Hohlraum R einerseits durch die einfache Membran 0, anderseits durch eine Manometermembran E abgeschlossen ist. Diese kann durch die Schraube G durchgebogen werden, wodurch der Gasdruck im Hohlraum R verändert wird. Wird die Manometermembran E durch die Schraube G nach aussen gezwungen, so muss sich die Membrau 0 nach innen bewegen. Die Messung der Drehung der Schraube G geschieht an ihrem Kopf GI, der mit Gradeinteilung versehen ist und dessen Drehung an der Schneide Gn abgelesen werden kann.
Fig. 7 zeigt die Metallschutzhülle N, deren Form der Oberfläche des Messkörpers K ähnlich ist. Die Hülle umgibt den Körper K in geeigneter, von der Spannung abhängiger Entfernung. Sie besitzt zur Ablesung der Lageänderung der Membran 0 eine oder mehrere Durchbrechungen T. Damit auch an diesen Stellen T die Metallfläche der Hülle N nicht unterbrochen wird, sind die Durchbrechungen T zweckmäig als Fenster aus schwach versilbertem Glas ausgeführt. Der Silber-od. dgl. Metallüberzug kann so dünn gewählt werden, dass er die Durchsichtigkeit der Fenster nur unwesentlich beeinträchtigt.
Die Vorrichtung lässt sich auch besonders gut zur Untersuchung von Strom-und Spannungsschwankungen in Wechselstrom-Hochspannungsleitungen und Hochspannungsschwingungskreisen verwenden.
Die Technik besitzt noch keine nach Art eines Oszillographen arbeitende, unmittelbar an Spannungen über 20.000 Volt anschaltbar Vorrichtungen zur Aufnahme von Wechselstromkurven ; vielmehr war es zur Untersuchung der Strom-oder Spannungskurven, etwa bei Überlandleitungen, z. B. solchen mit 100.000 Volt, bisher stets notwendig, die Spannung durch Transformatoren zu erniedrigen ; erst der herabgesetzte Spannungsuntersehied konnte an einen Oszillographen üblicher Art angelegt werden.
Die weitere Erfindung bezweckt die Aufnahme des Schwingungsverlaufes in Wechselstromund Schwingungskreisen bei sehr hohen Potentialen, d. h. solchen von 1000 bis 1,000. 000 Volt und mehr. Dies wird dadurch erzielt, dass der isolierte, elektrisch leitende Körper, bei dem sich ein Teil der Oberfläche durch elektrostatischen Druck ausbiegt, an die zu untersuchende
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versehen wird, und dass die Formänderungen oder Bewegungen solcher Oberflächenteile entweder unmittelbar oder durch beliebige Mittel, z. B. Spiegel oder Zeiger vergrössert, auf eine bewegte Papier-oder lichtempfindliche Fläche übertragen, oder auf eine Registriertrommel oder Scheibe aufgezeichnet werden.
Dem Oberflächenteilchen kann eine so geringe Masse gegeben werden, dass es selbst raschen Schwingungen unmittelbar zu folgen vermag.
Eine der zahlreichen möglichen Ausführungsformen des Erfindungsgedankens ist rein schematisch als Beispiel in der Zeichnung veranschaulicht.
Der die Elektrizität leitende isolierte Körper K, der gesondert aufgestellt und mit der zu untersuchenden Leitung verbunden oder auch ein Teil des Wechselstromkreises oder des Hochspannungsschwingungskreises sein kann, besitzt wieder einen elastisch beweglichen Oberflächenteil 0, dessen Ausbiegung eine Funktion des angelegten Potentials ist. Dieser gegebenenfalls membranartige Oberflächenteil 0 kann entweder selbst spiegelnd sein oder es kann an ihm ein Spiegel M befestigt sein. Die Spiegelanordnung kann auch im feldfreien Innern des Körpers K angebracht werden, wobei die Bewegung der Membran 0 durch leichte Hebel oder Fäden übertragen und vergrössert werden kann.
Zur Sichtbarmachung der Schwankungen der Membran 0 bzw. ihres Spiegels M dient in dem dargestellten Beispiel eine Projektionseinrichtung P beliebiger Art, deren durch einen Spalt Q fallende Lichtstrahlen von 0 bzw. M auf eine Zylinderlinse W gespiegelt werden.
Die Bewegung des Spiegels M bildet sich auf dem Filmstreifen U als Kurve V ab, welche demnach die Schwankungen des angelegten Potentials genau wiedergibt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zum Messen insbesondere hoher elektrischer Spannungen, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche eines isoliert aufgestellten elektrisch leitenden Körpers (K) von zweckmässig geschlossener Form an einer oder mehreren Stellen unterbrochen (0) und diese Öffnung der Oberfläche durch einen zweckmässig leicht beweglichen leitenden Körper (Membran) ersetzt ist. dessen Ausbiegung gegenüber einer einwärtsgerichteten Kraft als Mass für die auf den isolierten Körper gebrachte Elektrizitätsmenge oder die elektrische Spannung dient.