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Kapazitätsmesser mit unmittelbarer Ablesung.
Die Erfindung bezieht sich auf einen Kapazitätsmesser mit unmittelbarer Ablesung, mit welchem im Gegensatz zu den bekannten Kapazitätsmessern mit unmittelbarer Ablesung, eine sehr genaue Messung erzielt werden kann. Bei den gewöhnlichen Kapazitätsmessern mit unmittelbarer Ablesung wird der Strom gemessen, der von einer Wechselspannung bekannter Grösse und Frequenz durch die zu messende Kapaz ; tät hindurchgesehickt wird. Dieser Methode haftet der Nachteil an, dass dabei als Messinstrument ein Wechselstrommesser benutzt werden muss, der verhältnismässig unempfindlich ist.
Erfindungsgemäss ist in Reihe mit der zu messenden Kapazität ein Gleichrichter geschaltet, der von einer Impedanz überbrückt wird, der zweckmässig durch einen Ohmschen Widerstand gebildet wird.
Die Bemessung ist dabei derart, dass die durch den vom Widerstand überbrückten Gleichrichter gebildete Impedanz kleiner als die Impedanz der zu messenden Kapazität für die Frequenz der Wechselspannung ist, die bei der Messung angewendet wird.
Um dabei zu verhindern, dass bei zufälligem Kurzschluss der Klemmen, an welche die zu messende Kapazität geschaltet wird, eine zu hohe Stromstärke auftritt, kann erfindungsgemäss in Reihe mit der Messspannung ein Widerstand geschaltet werden, der eine zu starke Zunahme der Stromstärke bei einem Kurzschluss der zu messenden Kapazität verhindert.
Um den Einfluss der gegenseitigen Kapazität der Klemmen zu unterdrücken, an welche die zu messende Kapazität angeschlossen wird, kann erfindungsgemäss zwischen diesen Klemmen ein Schirm angeordnet sein, der mit einem Punkt der Schaltung verbunden ist, der in der Verbindung der Spannungsquelle mit der durch den Gleichrichter und den parallel zu diesem geschalteten Widerstand gebildeten Impedanz liegt. Dieser Punkt der Schaltung ist zweckmässig geerdet.
Diese Einrichtung bietet den besonderen Vorteil, dass die Kapazität zwischen zwei leitenden Körpern, zwischen denen sich ein oder mehrere andere leitende Körper befinden, einfach dadurch gemessen werden kann, dass die Körper, deren gegenseitige Kapazität man zu messen wünscht, m : t den Klemmen und die zwischenliegenden Körper sämtlich mit dem Schirm verbunden werden.
Durch Verwendung zweier Systeme und durch Anwendung des bekannten D : fferentialprinzips können auch die Kapazitätsunterschiede zweier Kondensatoren auf einfache Weise gemessen werden.
Bei derartigen Messungen ist es im allgemeinen von sehr grosser Wichtigkeit, dass die Form der Spannung stets vollkommen dieselbe ist. Man kann zu diesem Zweck von einem technischen Wechselstrom ausgehen und diesen mittels Filter läutern und zu einem genau sinusförmigen Strom umformen. Es sind dafür jedoch in der Regel ziemlich verwickelte Schaltungen erforderlich. Gemäss der Erfindung können diese dadurch vermieden werden, dass als Messspannung eine durch einen Begrenzer umgeformte Spannung angewendet wird.
Die einfachste Methode besteht darin, dass die Messspannung von einer Glimmröhre abgezweigt wird.
Der Gegenstand der Eriindung ist in der Zeichnung in beispielsweisen Ausführungsformen dargestellt. Fig. 1 zeigt ein Schema der Messvorrichtung und Fig. 2 ist eine schematische Darstellung der Schaltung für den Fall, dass die Anodenglühdrahtkapazität der Dreielektrodenröhre gemessen wird.
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röhre kann auch eine Röhre mit mehr Elektroden, z. B. eine Dreielektrodenröhre, verwendet werden, deren Gitter mit der Anode verbunden ist. 8 ist ein Gleichstrominstrument, zweckmässig von grosser Empfindlichkeit.
Die zu messende Kapazität wird zwischen die Klemmen. 3 und 4 angeschlossen. 5 ist ein Widerstand oder überhaupt eine Impedanz, die verhindern soll, dass bei Kurzschluss der Klemmen. 3 und 4 die Stromstärke in der Messschaltung einen zu hohen Wert annimmt. 9 ist ein Schirm, der zwischen den Klemmen 3 und 4 angeordnet und durch den Leiter 10 mit dem Verbindungspunkt 11 zwischen der Klemme 2 und dem Widerstand 6 verbunden ist. Der Punkt 11 ist zweckmässig geerdet. Der Schirm 9 dient dazu, den Einfluss der gegenseitigen Kapazität der Klemmen J und 4 auf die Messung zu beseitigen.
Da nämlich der Schirm 9 infolge der Verbindungsweise dasselbe Potential wie das mit der Klemme : 2 verbundene Ende des Widerstandes 6 aufweist, kann, wenn zwischen den Klemmen 1 und 2 eine Spannung angelegt wird und die Verbindung zwischen den Klemmen 3 und 4 offenbleibt, kein Strom durch das Messinstrument 8 fliessen. Bei der Messung von kleinen Kapazitäten von der Grössenordnung von 10 C ! M kann eine Frequenz 1000 angewendet werden und in diesem Falle kann die Messspannung etwa 400 Volt betragen. Wünscht man mit einer niedrigeren Spannung zu arbeiten, so muss die Frequenz erhöht werden. Je höher der Wert der zu messenden Kapazität ist, desto mehr wird die Frequenz der Messspannung erniedrigt werden können.
Bei Messung von Kapazitäten von der Grössenordnung von 1000 ein und bei Anwendung einer Messspannung von der Grössenordnung von 100 Volt kann z. B. eine Frequenz von 500 und bei noch grösseren Kapazitäten von der Grössenordnung von Mikrofarads eine Frequenz von 50 angewendet werden.
Die Bemessung erfolgt zweckmässig derart, dass der Gesamtwiderstand des Widerstandes 6 und der Röhre 7 kleiner als der scheinbare Widerstand der zu messenden Kapazität ist. Dieses Verhältnis kann praktisch 1 : 3 und 1 : 10 schwanken. Es ist jedoch einleuchtend, dass auch andere Verhältnisse sehr gut möglich sind. Der Widerstand 5 wird zweckmässig derart gewählt, dass bei Kurzschluss der Klemmen 3 und 4 die Stromstärke höchstens viermal so gross als bei eingeschalteter Kapazität wird.
Man hat selbstverständlich nur dafür zu sorgen, dass die Stromstärke bei Kurzschluss unter einer sicheren
Grenze bleibt.
Bei der angegebenen Bemessung ist die Stromstärke im Gleichstrommesser 8 bei der Messung von Kapazitäten von 10 cm etwa 10 Mikroampere.
Statt das Instrument 8 unmittelbar in die Schaltung einzuschalten, kann es auch über einen Verstärker mit der Schaltung gekoppelt werden.
In Fig. 2 ist die in Fig. 1 dargestellte Schaltung zum Messen der Kapazität zwischen Anode und Glühdraht einer Dreielektrodenröhre angewendet. Wünscht man diese Kapazität zu messen, so muss der Einfluss des Gitters beseitigt werden, da es sich um den unmittelbaren Einfluss der Anode auf den Glühdraht und umgekehrt handelt. Dies kann auf einfache Weise dadurch geschehen, dass, wie in Fig. 2 dargestellt ist, das Gitter 19 der Dreielektrodenröhre 16 mit dem Schirm 9 verbunden wird. Die Anode 17 ist mit der Klemme 3 und der Glühdraht 18 mit der Klemme 4 verbunden. Die Messspannung wird einer Wechselstromquelle entnommen, die an die Klemmen 14 und 15 angeschlossen wird. Die Klemme 14 ist über einen Widerstand 13 mit der Klemme 1 und die Klemme 15 unmittelbar mit der Klemme 2 verbunden.
Zwischen den Klemmen 1 und 2 ist eine Glimmröhre 12 oder sonstige Entladungsröhre mit ähnlicher Kennlinie geschaltet. Wird an die Klemmen 14 und 15 eine Wechselspannung angelegt., deren Amplitude beträchtlich höher als die Zündspannung der Röhre 12 ist, so wird infolge der Eigenschaften der Glimmröhre die Spannungskurve, d. h. die Form der Spannung derart verzerrt, dass eine nahezu rechteckige Spannungskurve entsteht. Dies ist von grosser Wichtigkeit, da die Messung in hohem Masse von der Gestalt der Spannungskurve abhängig ist. Bei Verwendung einer technischen Wechselstromquelle ist es durchaus nicht gewiss, dass die Stromform stets dieselbe ist. Die Form des Stromes wird im wesentlichen durch die neben der Grundfrequenz auftretenden Harmonischen bedingt, die wieder von der Belastung des Netzes abhängig sind.
Es können selbstverständlich Mittel zum Läutern eines technischen Wechselstrom angewendet werden, so dass ein rein sinusförmiger Wechselstrom übrigbleibt. Die zu diesem Zweck bekannten Mittel, wie Filter, abgestimmte Kreise, sind jedoch im allgemeinen ziemlich verwickelt. Durch Verwendung einer Glimmröhre oder einer sonstigen Begrenzungsvorrichtung kann man jeden Wechselstrom zu derselben Gestalt umformen.
Es hat sich in der Praxis ergeben, dass das in Fig. 2 dargestellte System vollkommen reproduzierbar ist. Es braucht bei Auswechslung der Zweielektrodenröhre 7 keine neue Eichkurve der Vorrichtung hergestellt zu werden. Es ist selbstverständlich, dass der Wert des Widerstandes 6 von der Grössenordnung der zu messenden Kapazitäten und von der Frequenz der Messspannungen abhängig ist. Bei grossen Kapazitäten kann der Widerstand 6 einige Tausende Ohm betragen, während bei sehr kleinen Kapa- z ; täten der Widerstand in der Grössenordnung von Megohm sein wird.
Es hat sich als möglich erwiesen, mit der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung genaue Messungen von Kapazitäten nicht grösser als 1 cm zu erzielen.
Die Erfindung kann auch zum Messen der Unterschiede zweier Kapazitäten angewendet werden.
Es wird dazu zweckmässig eine Differentialschaltung-verwendet. Man muss in diesem Fall zwei Mess- systeme verwenden und den Unterschied der in diesen Messsystemen auftretenden Gleichströme'auf ein
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instrument ausgebildet und mit zwei Wicklungen versehen sein, die in entgegengesetztem Sinne auf den Anzeiger wirken.
Die erforderliche Messspannung kann in sämtlichen Fällen mit Hilfe eines Dreielektrodenröhrengenerators erzeugt werden. Dies ist von besonderer Wichtigkeit beim Messen von kleinen Kapazitäten, da man in diesem Falle der Frequenz auf sehr einfache Weise jeden erwünschten Wert geben kann.
PATENT-ANSPRÜCHE :
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stromkreis, in dem Klemmen liegen, an welche die zu messende Kapazität angeschlossen wird, eine Zweielektrodenrohre oder ein sonstiger Gleichrichter eingeschaltet ist, der von einem Widerstand überbrückt ist, und dass in dem durch den Gleichrichter und den Widerstand gebildeten Stromkreis ein Gleichstrominstrument liegt.