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Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Fortpflanzungsgeschwindigkeit von Strom-bzw.
Spannungswellen längs Leitungen.
Die Geschwindigkeit, mit der sieh elektrische Erscheinungen längs Leitungen fortpflanzen, kann rechnerisch aus den Schwingungskonstanten der Leitung ermittelt werden und ist durch die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichtes in dem den Leiter umgebenden Dielektrikum gegeben. Die Erfindung bezweckt, die Fortpflanzungsgeschwindigkeit von Strom-und Spannungswellen auf einfache Weise und mit möglichst einfachen Mitteln versuchsmässig festzustellen.
Das erfindungsgemässe Verfahren besteht im wesentlichen darin, dass die Enden einer eine Schleife bildenden Versuchsleitung von bekannter Länge mittels einer regelbaren Einrichtung so an einen Stromkreis geschaltet bzw. von demselben abgeschaltet werden, dass die Zeit zwischen dem Anschalten des Eintrittsendes der Leitung und dem Abschalten ihres Austrittsendes stetig und kontrollierbar geändert wird, bis durch ein hinter dem Austrittsende der Versuchsleitung in einer Anschlussleitung vorgesehenes Galvanometer jene Grenzstellung angezeigt wird, bei welcher die Strom-bzw. Spannungswelle das Ende der Versuchsleitung im Augenblick der Unterbrechung erreicht.
Bei dem zur Durchführung des neuen Verfahrens dienenden Apparat sind die Enden der Versuchsleitung je an das eine Element von zwei Schleifkontakten angeschlossen, deren ruhende Elemente zur örtlichen Regelung der Kontaktstelle einstellbar sind. Die beweglichen Teile der Schleifkontakte bestehen erfindungsgemäss aus am isolierten Umfang einer Trommel angeordneten Lamellen, die ruhenden Elemente aus in der Richtung des Seheibenumfanges verstellbaren Bürsten. Die Einstellung der Bürsten wird durch einen Zeiger genau angezeigt.
In der Zeichnung ist der neue Apparat in beispielsweiser Ausführungsform dargestellt. Fig. 1 zeigt den Apparat im Aufriss, Fig. 2 zeigt ein Sehaltungssehema, Fig. 3 zeigt den Apparat im Kreuzriss. Die Fig. 4-6 stellen die Anordnung der Sehaltlamellen und der Kontaktbürsten dar. Fig. 7 zeigt schematisch die relative Verstellbarkeit der Bürsten zueinander.
Eine Scheibe 1 ist mittels der Welle 2 in den Lagerkörpern : 3, a drehbar gelagert und kann durch motorischen Antrieb in raschen Umlauf versetzt werden. Die Umfläche der Scheibe ist mit einer Isolierschichte belegt, die exakt zylindrisch abgedreht ist. In der Isolierschicht sind Metallamellen 21, 22 eingesetzt. Die Lamellen 21 und 22 sind in der Richtung der Zylinderachse gegeneinander verschoben.
Auf dem Umfang der Scheibe 1 liegen Kontaktbürsten auf. Die Bürsten 16, 17 werden vom Bürstenbolzen 6 getragen und sind der Lamelle 22 zugeordnet, während die Bürsten 18, 19, 20 auf dem Bürstenbolzen 7 isoliert angebracht sind und mit der Lamelle 21 zusammenwirken. Der Bürstenbolzen 6 ist auf einem Auslegerarm J befestigt, der um die Welle 2 schwenkbar und mittels eines Zahnradgetriebes von einem Handrad 15 aus beliebig eingestellt werden kann. Zu diesem Zweck trägt der Arm 5 einen Zahnkranz 8, in den ein Ritzel 9 eingreift. Das Ritzel wird über eine Welle 23 und ein Zahnradpaar 10, 12 in Bewegung gesetzt, wobei das Zahnrad 12 seinen Antrieb unmittelbar durch die Welle 26 vom Handrad 15 erhält.
Vom Zahnradgetriebe wird über ein Ritzel 11 und eine Welle 25 ein Zeiger 14 betätigt, der längs einer Skala 13 die jeweilige Stellung des Auslegerarmes und damit der Bürsten 16, 17 relativ zu den andern Bürsten anzeigt. Der Auslegerarm 5 ist in einem kreisbogenförmigen Schlitz des Rahmens 24 geführt.
Eine beliebige Stromquelle, in der Zeichnung durch die Batterie B dargestellt, wird mit einem Pol an Erde gelegt, während ihr anderer Pol mit der Bürste 16 verbunden wird. Die Versuehsleitung 1, die vorteilhaft einige Kilometer Länge besitzen soll, liegt zwischen den Bürsten 17, 18. Ihre Hin-und Rückleitung
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sollen eine möglichst geringe elektromagnetische Kopplung aufweisen. Von den neben der Bürste 18 angeordneten Bürsten 19 und 20 führt je eine Leitung über ein Galvanometer Gy und G2 zur Erde.
Die Messung der Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Strom-bzw. Spannungswellen wird etwa in folgender Weise vorgenommen. Die Scheibe 1 wird mit ziemlich grosser Geschwindigkeit in der Richtung des eingezeichneten Pfeiles angetrieben. Die Kontaktbürsten werden zunächst in eine Stellung gemäss Fig. 5 gebracht. Sobald die Sehaltlamellen 21, 22 an den Bürsten vorbeilaufen, wird der Anfang der Versuehsleitung mit der Spannungsquelle verbunden und eine Strom-bzw. Spannungswelle pflanzt sich entlang der Versuchsleitung gegen ihr Ende fort.
Bei der vorgesehenen Bürstenstellung erreicht sie, richtige gegenseitige Abstimmung von Leitungslänge, Lamellenlänge und Rotationsgeschwindigkeit der Scheibe vorausgesetzt, das Leitungsende, noch bevor die leitende Verbindung zwischen den Bürsten 18, 19 unterbrochen ist, so dass die Welle sich gegen das Galvanometer 6*1 weiterbewegt und von diesem angezeigt wird. Bis die Bürsten 18, 19 unterbrosshen und die Bürsten 18, 20 durch die Lamelle 21 leitend verbunden sind, ist die Welle, wenn die Lamelle 22 kurz genug ist, bereits über die Versuchsleitung weggelaufen, so dass das Galvanometer G2 keinen Ausschlag zeigt.
Nun wird durch Verdrehung des Handrades der Bürstenbolzen 6 in der Drehrichtung der Scheibe langsam vorgeschoben, wodurch die Zeit zwischen der Einschaltung des Leitungsanfanges und der Abschaltung des Leitungsendes vom Galvanometer Gy allmählich verkürzt wird. Dies geschieht so lange, bis die Abschaltung des Leitungsendes früher erfolgt, als die Strom-bzw. Spannungswelle die Bürsten 18, 19 erreicht hat. Bei dieser Stellung der Kontaktbürsten wird das Galvanometer ( ? i plötzlich keinen Ausschlag mehr zeigen. Das Verschwinden
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Leitungsende im Momente des Abschaltens gerade noch nicht erreicht hat.
Die Zeit, die die Welle längs der Versuchsleitung braucht, ist bei dieser Apparateinstellung genau durch die Zeit gegeben, die vom Einschalten des Leitungsanfanges bis zum Ausschalten des Leitungsendes verstreicht. Diese Zeit ist aber aus der Umlaufsgeschwindigkeit der Scheibe und der an der Skala ablesbaren Bürstenverstellung ohne weiteres zu ermitteln.
Bezeichnet man mit VB die Geschwindigkeit des Scheibenumfanges und mit vs diejenige der Welle, ferner mit l die Länge der Versuchsleitung und mit) r das zwischen dem Einschalten des Leitungsanfanges und dem Ausschalten des Leitungsendes von den Bürsten 18, 19 längsder Lamelle 21 zurückgelegte Wegstück, so ergibt sich folgende Proportion : v@:v@=l:#r woraus sich die Wellengeschwindigkeit mit
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= 300. 000 km/sec. Die Lamelle 21 ist so geformt, dass von dem Zeitpunkt an, wo das Ende der Versuehsleitung nicht mehr über die Bürste 19 mit dem Galvanometer G1 verbunden ist, eine leitende Verbindung über die Bürste 20 zum Galvanometer G2 hergestellt ist. Wird das eine Galvanometer G1 von der Strom-bzw.
Spannungswelle nicht mehr erreicht, so läuft sie über das Galvanometer G2 zur Erde.
Der Erfindungsgegenstand ist ein für Versuchszwecke sehr geeigneter Apparat, der sieh besonders durch die Einfachheit seiner Konstruktion und seiner Bedienung auszeichnet.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Messung der Fortpflanzungsgeschwindigkeit von Strom- bzw. Spannungswellen längs Leitungen, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden einer eine Schleife bildenden Versuchsleitung von bekannter Länge mittels einer regelbaren Einrichtung so an einen Stromkreis geschaltet bzw. von demselben abgeschaltet werden, dass die Zeit zwischen dem Anschalten des Eintrittsendes der Leitung und dem Abschalten ihres Austrittsendes stetig und kontrollierbar geändert wird, bis durch ein hinter dem Austrittsende der Versuehsleitung in einer Anschlussleitung vorgesehenes Galvanometer jene Grenzstellung angezeigt wird, bei welcher die StrOl1l- bzw. Spannungswelle das Ende der Versuchsleitung im Augenblick der Unterbrechung erreicht.