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Anordnung zum Messen hoher Spannungen, insbesondere in Röntgenanlagen.
Die Spannungsmessung unter Verwendung eines Vorwiderstandes oder Spannungsteilers bietet den Vorteil, mit einem Messgerät niedrigen Messbereiches höhere Spannungen messen zu können. Man hat darum vorgeschlagen, auch Hochspannungen mit Hilfe eines Vorwiderstandes oder Spannungsteilers zu messen. Es bereitet jedoch bei Hochspannungen Schwierigkeiten, für einen bestimmten Wert der Gesamtspannung eine stets gleichbleibende Verteilung der zu messenden Gesamtspannung auf den Vorwiderstand und das Spannungsmessgerät herbeizuführen. Die auftretenden Störungen haben zum Teil ihren Grund in Sprühströmen und in unerwünschten Kapazitäten der Widerstandsteile gegeneinander oder gegen sonst benachbarte Teile.
Man hat vorgeschlagen zur Beseitigung dieser Störungen, den mit einer Isolierhülle umgebenen Widerstand innerhalb eines Potentialkäfigs anzuordnen, der aus einem stromdurchflossenen Widerstand besteht, dessen Potential an seinen einzelnen Punkten im wesentlichen mit dem Potential der nächstliegenden Teile des Messwiderstandes übereinstimmt.
Bei den bekannten Anordnungen kann jedoch die eindeutige Verteilung der zu messenden Gesamtspannung auf den Vorwiderstand und den Spannungsmesser noch durch verschieden hohe Erwärmung der einzelnen Teile des Messwiderstandes gestört werden. Dies bei Widerständen für Hochspannungen um so mehr, als naturgemäss der Widerstandswert des Messwiderstandes gross ist und infolgedessen die Widerstandsanordnung grosse räumliche Abmessungen besitzt. Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die Möglichkeit des Auftretens von Temperaturfehlern zu beseitigen und dabei gleichzeitig die Abmessungen der Widerstandsanordnung auf kleine Masse zurückzuführen. Hiezu wird erfindungsgemäss der Messwiderstand aus Widerstandselementen wendelförmig zusammengesetzt und in einen mit flüssigem Isoliermittel, z. B. Öl, gefüllten Behälter angeordnet.
Da infolge des wendelförmigen Aufbaues des Messwiderstandes die Widerstandselemente näher zusammengerückt werden als es bei einer geradlinigen Zusammensetzung der Widerstandselemente der Fall sein würde, so ist es bei der neuen Anordnung von besonderem Vorteil, den Messwiderstand, wie an sich bekannt, innerhalb eines Potentialkäfigs anzuordnen, dessen für den vorliegenden Fall besonders geeignete Gestaltung in der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele näher beschrieben ist.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind 1 und 2 die Hochspannungsleitungen, zwischen denen die Spannung zu messen ist. 3 ist ein an die volle Spannung gelegter Spannungsteiler, der erfindungsgemäss aus Widerstandselementen wendelförmig zusammengesetzt ist und sich innerhalb eines aus Isolierstoff bestehenden und mit einem flüssigen Isoliermittel, z. B. Öl, gefüllten Behälters 4 befindet. Für die Widerstandselemente können die bekannten hochohmigen Hartkohlewiderstände verwendet werden, z. B. jene Widerstandselemente, die aus auf einen Glas-oder Porzellanstab aufgebrachten Hartkohleschichten bestehen, die an ihren Enden in Metallkappen übergehen. Die Verbindung der Widerstandselemente untereinander kann durch Zusammenlöten der Metallkappen erfolgen.
Die neue Anordnung des Messwiderstandes hat, wie sich aus der Zeichnung leicht ergibt, einen sehr gedrängten Aufbau des Widerstandes zur Folge, so dass schon hiedurch eine ungleichmässige Erwärmung der einzelnen Widerstandsteile infolge äusserer Einflüsse im wesentlichen ausgeschlossen erscheint. Des weiteren führt
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auch die Füllung des Behälters 4 mit einem flüssigen Isolierstoff zu einem schnellen Ausgleich etwa eintretender Unterschiede in der Temperatur der Widerstandselemente.
Um Fremdfelder von dem Spannungsteiler fernzuhalten und Sprühströme zu verhindern, ist der Spannungsteiler 3 innerhalb eines Potentialkäfigs angeordnet, der so bemessen und räumlich so angeordnet ist, dass sein Potential an jedem Punkt möglichst mit dem Potential des nächstliegenden Punktes des Spannungsteilers 3 übereinstimmt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der Potentialkäfig aus einem spiralförmig auf den Behälter 4 aufgebrachten Hartkohlestreifen 5, der an seinen beiden Enden an die Gesamtspannung gelegt ist. Die dem Messgerät zugeleitete Spannung wird von dem Teil 3a des Spannungsteilers 3 abgegriffen und über die Leitungen 6 und 7 der eigentlichen Messanordnung zugeleitet.
Das Messgerät 8 ist mit seiner Zusatzapparatur innerhalb eines metallischen Behälters 9 untergebracht, der vorteilhaft mit einem geeigneten Potential der Hochspannungsanlage verbunden wird, um das Messgerät ebenfalls abzuschirmen. Als Messgerät kann ein statisches Voltmeter verwendet werden. Da
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des Spannungsteilers als Parallelschaltung einer Kapazität. Diese Parallelschaltung würde an sich eine Beeinträchtigung der Messgenauigkeit zur Folge haben. Dieser Fehler kann dadurch vermieden werden, dass zu dem übrigen Teil des Messwiderstandes 3 ebenfalls eine Kapazität parallel geschaltet wird. Der parallel zu schaltende Kondensator wird gemäss der Erfindung ebenfalls zum Abschirmen des Messwiderstandes 3 verwendet und kann so als Teil des Potentialkäfigs angesehen werden. Hiezu kann z.
B. die in Fig. 2 in Einzeldarstellung veranschaulichte Kondensatoranordnung dienen. Der Kondensator besteht aus einem Streifen 10 geeigneten Dielektrikum, auf dem zu beiden Seiten gegeneinander versetzte Belegungen 10 a angeordnet sind. Es handelt sich also im Prinzip bei diesem Kondensator um eine Anzahl in Reihe liegender Teilkondensatoren. Eine an den Gesamtkondensator gelegte Spannung verteilt sich infolgedessen in bestimmter Abstufung auf die einzelnen Belegungen bzw. die Teilkondensatoren. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Kondensator 10 in dem Behälter 4 in Form einer gegen die Innenwandung des Behälters anliegenden Spirale eingesetzt. Das eine Ende des Kondensators 10 ist mit der Hochspannungsleitung 1 und das andere Ende mit der Leitung 6 verbunden.
Der Kondensator besitzt daher im wesentlichen die gleiche Potentialverteilung wie der Messwiderstand 3 und trägt infolgedessen zur Abschirmung des Messwiderstandes 3 bei. Wie bekannt, muss die Kapazität des Kondensators 10 so gewählt werden, dass die Kapazitäten der Messanordnung zwischen den Punkten äusseren Potentials und dem dazwischen liegenden Abgriff für das Messgerät umgekehrt proportional den Ohmschen Widerständen sind. Um dieses Verhältnis leicht einstellen zu können, wird vorteilhaft zum Messgerät 8 noch ein einstellbarer Kondensator 11 parallel geschaltet. Durch Verstellung des Kondensators 11 kann dann in einfacher Weise das richtige Verhältnis der Kapazitäten eingestellt werden.
Die neue Messanordnung ist zum Messen von Gleich-und Wechselspannungen geeignet und kann insbesondere mit grossem Vorteil in Röntgenanlagen Verwendung finden. Bei Röntgenanlagen will man in der Regel die Scheitelwerte der Spannung messen. In diesem Falle findet mit Vorteil die aus der Zeichnung ersichtliche Schaltung des Messgerätes Anwendung, bei der zu dem statischen Voltmeter 8 ein Kondensator 14 parallel geschaltet ist, während 15 ein entsprechend der Kapazität gewählter, parallel zum
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Messgerät 8 führende Zuleitung 6 gelegt ist. Die Zuführung des Heizstromes zu dem Glühkathodengleiehrichter erfolgt über die Leitung 13. Zur Heizung kann eine Batterie dienen.
Vorteilhaft entnimmt man jedoch, sofern die Messanordnung in einer Röntgenanlage verwendet wird, die zur Heizung der Glühkathode erforderliche Heizenergie aus dem Heiztransformator der Röntgenröhre. Mit gleichem Vorteil kann die Heizenergie aus dem Heiztransformator einer Ventilröhre entnommen werden.
Soll statt des Scheitelwertes der Effektivwert der Spannung gemessen werden, so kann bei Wahl eines geeigneten Messgerätes dieses unmittelbar an den Teil 3 a des Spannungsteilers angeschlossen werden, wobei der Gleichrichter 12, der Kondensator 14 und der Ableitungswiderstand 15 fortfallen.
Statt des in Fig. 2 dargstellten Streifenkondensators 10 kann mit Vorteil auch der in Fig. 3 im Schnitt in Einzeldarstellung veranschaulichte Reihenkondensator verwendet werden. Dieser besteht aus einer Röhre 16 geeigneten Dielektrikum, z. B. Porzellan, das innen und aussen mit gegeneinander versetzten Belegungen 16a versehen ist. Dieser Kondensator kann in der Achse des wendelförmigen Widerstandes 3 angeordnet werden. Dem Widerstand steht damit auch auf der Innenseite ein Potentialkäfig mit angepasstem Potentialabfall gegenüber. Das ist bei Unterbringung von Schaltungsteilen in dem Innenraum zur Vermeidung ähnlicher Fehlerquellen notwendig, wie sie durch das Anbringen des Aussenkäfigs beseitigt werden sollen.
Besonders einfach ist die Anordnung hier dadurch, dass der innen untergebrachte Schaltungsteil, der Parallelkondensator, selbst so ausgebildet ist, dass er wie ein Potentialkäfig wirkt. Eine derartige Ausführungsform ist in Fig. 5 im Querschnitt veranschaulicht. 3 ist der wendelförmig aus Widerstandselementen aufgebaute Messwiderstand, der sich in dem aus Isolierstoff bestehenden Behälter 4 befindet. In der Achse des Messwiderstandes 3 ist der Zusatzkondensator 16 untergebracht. Der in Fig. 1 mit 5 bezeichnete Potentialkäfig ist bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 durch einen innerhalb des Behälters 4 angeordneten Potentialkäfig ersetzt. Der Aufbau dieses Potentialkäfigs ergibt sich aus der schaubildlichen Einzeldarstellung nach Fig. 4.
Dabei sind 17 hochohmig
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Widerstände, die durch Drahtverbindungen 18 in Reihe geschaltet sind. Der Potentialkäfig 17, 18 und der Kondensator 16 werden an die übrige Messanordnung in gleicher Weise angeschlossen, wie die entsprechenden Teile bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1.
Statt die Windungen des Potentialkäfigs 17, 18 nach Form einer vierseitigen Wendellinie zu führen, könnte man sie auch in irgendeiner anderen Weise führen, z. B. wie in Fig. 6 dargestellt, in Form einer dreiseitigen Wendellinie. Die Ausführungsform nach Fig. 6 stimmt im übrigen mit der nach Fig. 5 überein.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird die Spannung für das Messgerät am Ende des Messwiderstandes abgegriffen. Man kann selbstverständlich den Messwiderstand auch als Vorwiderstand verwenden. Weiterhin kann aber auch die für das Messgerät abzugreifende Spannung von dem mittleren Teil des Messwiderstandes abgegriffen werden. Von besonderem Vorteil ist es, zwei Messwiderstände der in Fig. 1 veranschaulichten Bauart in Reihe an die zu messende Gesamtspannung zu legen und den Verbindungspunkt der beiden Messwiderstände und das Gehäuse für die eigentliche Messanordnung zu erden, während die für das Messgerät abzugreifende Spannung in der Nähe des Verbindungspunktes der Messwiderstände von diesen abgegriffen wird.
Dieses Ausführungsbeispiel ergibt sich aus der Ausführungsform nach Fig. 1, indem zu dem dort dargestellten Messwiderstand 3 spiegelbildlich auf der anderen Seite des Gehäuses 9 ein zweiter Messwiderstand gleicher Bauart angeordnet wird, der mit dem ersten Messwiderstand in Reihe liegt. Der Verbindungspunkt zwischen den beiden Messwiderständen und das Gehäuse 9 werden geerdet. Der Abgriff für das Messgerät 8 wird vorteilhaft auf die beiden Messwiderstände verteilt, indem man z. B. die Leitung 7, statt sie an das Ende des Messwiderstandes 3 anzuschliessen, an den zweiten Messwiderstand anschliesst, ähnlich wie die Leitung 6 an den ersten Messwiderstand angeschlossen ist.
Die besonderen Vorteile dieser Anordnung bestehen darin, dass das die eigentliche Messanordnung umgebende Gehäuse geerdet ist und deshalb auf einem Bedienungstisch od. dgl. angebracht werden kann, während der Anschluss an die Messwiderstände ebenso einfach bleibt wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1. Es besteht bei der zuletzt beschriebenen Anordnung auch die Möglichkeit, das Messgerät 8 aus dem Gehäuse 9 herauszunehmen und das Messgerät unmittelbar auf einem Bedienungstisch od. dgl. anzubringen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Anordnung zum Messen hoher Spannungen mit einem als Spannungsteiler oder Vorwiderstand dienenden in einer Isolierhülle angeordneten Messwiderstand, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwiderstand aus Widerstandselementen wendelförmig zusammengesetzt und in einem mit flüssigem Isoliermittel, z. B. Öl, gefüllten Behälter angeordnet ist, wobei zweckmässig dem Messwiderstand ein Potentialkäfig zugeordnet ist, dessen Potential an den einzelnen Punkten im wesentlichen mit dem Potential des zunächstliegenden Punktes des Messwiderstandes übereinstimmt.