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Elektrostatischer Spannungsanzeiger.
Es wurde schon von verschiedenen Seiten vorgeschlagen, Elektronenröhren dazu heranzuziehen, auf rein elektrostatischem bzw. kapazitivem Wege elektrische Spannungen in einem Leiter anzuzeigen oder auch zu messen. Eine bekannte Anordnung benützt z. B. eine gesteuerte Elektronenröhre, deren Gitter an einen Auffangdraht angeschlossen ist und die einen niederfrequenten Schwingungskreis in Schwingung erhält, welche in einem Schallerzeuger (Telephon) hörbar ist. Wird nun dem Gitter über den Auffangdraht eine zusätzliche Wechselspannung zugeführt, dann tritt eine Sperrwirkung (Audionwirkung) auf, die ein Aussetzen des im Telephon hörbaren Tones bewirkt bzw. ein Relais betätigen kann.
Andere Anordnungen zur Messung von Hochspannung nützen das starke elektrische Feld im Innern einer Kondensatordurchführung oder in der Umgebung einer Durchführung dazu aus, den Emissionsstrom einer Elektronenröhre und damit ein in den Anodenkreis eingeschaltetes Messinstrument zu beeinflussen. Bei einer andern Erfindung wiederum wird das Gitter mit der Anode kapazitiv gekoppelt und durch eine einmalige vorübergehende Änderung dieser Kapazität ein einmaliger Anodenstromstoss erzeugt, der ein Relais auslöst. Den genannten, verschiedenen Zwecken dienenden Anordnungen ist das eine gemeinsam, dass auf das Gitter einer Elektronenröhre auf kapazitivem Wege irgendeine Spannung übertragen wird, die den Anodenstrom irgendwie beeinflusst.
Erfindungsgemäss wird eine auf kapazitivem Wege auf das Gitter übertragene Wechselspannung durch reine Verstärkerwirkung in entsprechende Schwankungen des Anodenstromes der Röhre umgesetzt, die in einem Schallerzeuger (Telephon od. dgl.) unmittelbar hörbar werden. Dieses Prinzip ermöglicht die Konstruktion eines ausserordentlich einfachen, praktischen und handlichen Such-bzw. Anzeigegerätes für periodisch oder unregelmässig schwankende Spannungen beliebiger Frequenz und Amplitude, dessen Hauptvorzüge in der Anwendung einer besonders einfachen und wirksamen Schaltung und in einem sehr gedrängten, zweckmässigen Zusammenbau bestehen.
In der Zeichnung zeigen die Fig. 1 und 2 Schaltungsschemen zur Erläuterung des Prinzipes. Fig. 3 zeigt ein Gerät gemäss der Erfindung.
Fig. 1 zeigt die bekannte Anordnung eines Verstärkers, bei dem die Röhre Vomit der vorhergehenden Röhre VI mit Hilfe'eines Widerstandes Ra, eines Kondensators Ca und eines Gitterableitwiderstandes Rg gekoppelt ist. Bei solchen Anordnungen wird ein gewöhnlich nicht viel von eins verschiedener Bruchteil Q der durch Ra hervorgerufenen Anodenwechselspannung der Röhre Vi auf das Gitter der Röhre V, übertragen. Es ist zu erkennen, dass Q mit wachsendem Ca und Rg und auch mit dem Kleinerwerden der strichliert angedeuteten Kapazität des Gitters und der Gitterzuleitungen ay wächst.
Bei der für den Spannungsanzeiger verwendeten Schaltung wird nun das Gitter einer Elek- tronenröhre ähnlich wie das der Röhre V, in Fig. 1 mit einem Ableitwiderstand versehen, jedoch nicht mit einem Kondensator Ca verbunden, sondern mit einem grösseren" Konduktor", z. B. einer Metallplatte.
Wird nun diese Anordnung in die Nähe eines spannungsführenden Körpers gebracht, so gelangt ein Teil der Spannung über die vom Leiter und dem Konduktor gebildete natürliche Kapazität an das Gitter
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her. Man hat es hier demnach mit einer reinen Verstärkerwirkung zu tun, indem die vom Konduktor auf kapazitivem Wege aufgenommenen Spannungen dem Gitter mitgeteilt werden und sich in entsprechend verstärkte Schwankungen des Anodenstromes umsetzen, die im Telephon hörbar werden.
In den Anodenkreis der Röhre wird nun zweckmässigerweise unmittelbar ein Telephon eingeschaltet, welches nicht nur über die Höhe der Spannung, sondern auch über deren Art (z. B. die Frequenz)
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Aufschluss gibt. An Stelle des Telephons kann auch ein gegebenenfalls über einen Gleichrichter (Detektor) angeschlossenes Anzeigeinstrument treten.
In Fig. 2 sei L ein Leiter, der gegen Erde Wechselspannung oder wellige Gleichspannung führt.
Das Gitter G der Elektronenröhre V ist mit einem Konduktor K verbunden. Je kleiner die Distanz zwischen L und K wird, um so lauter ist der Wechselstrom im Telephon zu hören.
Der Anteil der Spannung, der an das Gitter der Röhre gelangt, kann gemäss dem früher Gesagten dadurch ausserordentlich erhöht werden, dass der Gitterableitwiderstand Rg vergrössert und gegebenenfalls auch die vom Gitter, der Gitterzuleitung und dem Konduktor gebildete Kapazität gegen die mit der Kathode verbundenen Teile erniedrigt'wird. Im Extremfall kann man sich bemühen, den Isolations- widerstand des Gitters sehr hoch zu treiben. Durch diese Massnahmen wird es meist ermöglicht, auch bei grösserer Distanz zwischen L und K eine hinreichend grosse Gitterspannungsamplitude zu erzielen, so dass sich eine weitere Verstärkung erübrigt.
Erfindungsgemäss kann die beschriebene Anordnung'zu einem sehr kleinen und leichten Suchbzw. Anzeigegerät ausgestaltet werden. Zweckmässiger Weise können dabei als Stromquellen Trockenbatterien und als Elektronenröhre eine solche mit Raumladegitter und daher sehr geringer Anodenspannung (etwa unter 10 Volt) Verwendung finden. Auch bei Gebrauch einer normalen Elektronenröhre, insbesondere einer solchen mit hoher Emission und grossem Durchgriff, kann mit einer niedrigen Anodenspannung (etwa 10-30 Volt) ein hinreichend grosser Anodenstrom erzielt werden. Dies ist bei dem erfindungsgemässen Anzeigegerät deshalb möglich, weil es dabei auf eine vollkommen verzerrungsfreie Verstärkung durch die Elektronenröhre nicht ankommt. Die in Fig. 2 angedeutete Erdung E kann gewöhnlich dadurch ersetzt werden, dass die Kathode z.
B. mit einem metallischen Handgriff verbunden ist, der gleichzeitig zum Tragen des Apparates dient. Fig. 3 zeigt beispielsweise eine sehr kompendiöse Ausführungsart. H ist die Heizbatterie, z. B. ein einzelnes grösseres Stabelement. Die Anodenbatterie wird von drei gewöhnlichen zweizelligen Stabbatterien A gebildet. K ist der Konduktor ; er bildet den Abschluss des stabförmigen Gerätes, das am andern Ende gehalten und dadurch auch geerdet werden kann.
Derartige sehr einfache Geräte sind z. B. von Bedeutung, wenn es sich um die Anzeige von hohen Spannungen handelt. Auch zur Ermittlung des Zentrums von Radiostörungen, wie z. B. stark funkender elektrischer Maschinen usw. lässt sich ein solcher Apparat heranziehen. Der im Telephon zu hörende charakteristische Störton ermöglicht dabei das Erkennen und Auffinden des Störers.
Eine andere Anwendungsmöglichkeit ist das Aufsuchen von unsichtbar angeordneten, z. B. in Mauern verlegten elektrischen Leitungen, deren Verlegungsort sich im Telephon durch lautes Summen anzeigt. Statt eines Kopfhörers kann natürlich auch ein empfindliches Zeigerinstrument verwendet werden.
Es stellt eine leicht verständliche Schutzmassnahme dar, wenn der Konduktor nicht unmittelbar, sondern über einen durchschlagsicheren kleinen Kondensator oder einen Hochohmwiderstand an das Gitter der Röhre angeschlossen wird. Dies empfiehlt sich besonders dann, wenn eine Spannungsanzeige auch bei unmittelbarer Berührung des Konduktors mit dem Leiter erfolgen soll. Ferner kann der Konduktor oder auch das ganze Gerät mit einem isolierenden Überzug versehen werden.
Bei Verwendung eines Messinstrumentes im Anodenkreis ist es möglich, die Anordnung derartig auszubilden, dass damit auch gemessen werden kann. Insbesonders wenn es sich um die Messung sehr hoher Spannungen handelt, kann die Verwendung eines Gerätes der beschriebenen Art grosse Vorteile bieten. Der Abstand zwischen dem spannungsführenden Leiter und dem Konduktor lässt sich nämlich so gross machen, dass sich andere Schutzmassnahmen gegen Überschläge und gegen eine Gefährdung von Personen erübrigen. Dies wird durch die ausserordentliche Empfindlichkeit der Anordnung, z. B. im Vergleich mit den üblichen Instrumenten zur elektrostatischen Spannungsmessung, ermöglicht. Natürlich kann auch der Konduktor oder das ganze Gerät in einen Isolator eingebaut werden.
Im übrigen lässt sich die Einstellung einer passenden Amplitude am Gitter'der Elektronenröhre bzw. die richtige Wahl des Messbereiches je nach der Grösse der Spannungen im zu untersuchenden Leiter stets in einfacher Weise bewerkstelligen. Man braucht nur entsprechend dem eingangs Erwähnten die Grössen Cil, ri bzw. Og zu verändern, wobei Og durch Parallelschalten von Kondensatoren auch vergrössert werden kann.
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