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Verfahren und Vorrichtung zum Messen kleinster Gleichspannungen.
Es sind bereits zahlreiche Verfahren und Vorrichtungen zum Messen kleiner elektrischer Span- nungen bekannt. Es zeigen sich nun aber in der Isoliertechnik, Radio-und Fernmeldeteehnik Er- scheinungen, die auf das Vorhandensein eines, wenn auch geringen Potentialgefälles schliessen lassen, zu dessen Messung die bekannten Geräte jedoch nicht ausreichen.
Gegenstand der Erfindung ist ein Messverfahren und ein Messgerät, welches Spannungen von
10-6 Volt und sogar noch geringere zu messen gestatten.
Erfindungsgemäss geschieht dies durch wiederholte Aufladung eines mit einem festen und einem beweglichen Belag versehenen, an die zu messende Spannung gelegten Kondensators, wobei die Ladung des beweglichen Belages ganz oder teilweise auf einen andern festen Belag so oft übertragen wird, bis dieser Belag nichts mehr aufzunehmen vermag, worauf sich die Spannung zwischen diesem andern festen Belag und einem Nullpunkt (Erde) als Vielfaches der zu messenden Spannung ergibt.
In der Zeichnung sind beispielsweise Ausführungsformen zur Durchführung des Verfahrens schematisch dargestellt. Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform zur Erläuterung der Funktion des Er- findungsgegenstandes. Die Fig. 2 und 3 zeigen schematisch ein Gerät für Messungen im praktischen
Betrieb und Fig. 4 zeigt dieses Gerät schematisch in eine Ebene aufgerollt.
Die zu messende Spannung Sm wird mit dem einen Pol an den festen Belag 1 eines Konden- sators, mit dem andern Pol an den Nullpunkt (an Erde) und über. eine Bürste 5 an den beweglichen
Belag 2 dieses Kondensators angeschlossen. Der Kondensator wild beispielsweise mit der Ladung Q
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Belag, der als leitender Hohlkörper ausgebildet ist. durch Einführung des Belages 2 und Berührung der Innenseite des Hohlkörpers übertragen. Der Hohlkörper bzw. feste Belag 3 ist oben offen, so dass an dieser offenen Seite Streukapazitäten gegen Erde wirksam werden. Die Erde sei hier durch eine oberhalb der Öffnung des Körpers. 3 angeordnete Platte 4e angedeutet.
Nach Entfernung des beweglichen Belages 2 aus dem Hohlkörper. 3 wird infolge der Wirkung der Erde bzw. der Kapazitäten gegen Erde auf dem Belag 2 noch ein bestimmter Ladungsrest verbleiben. Nachdem der bewegliche Belag 2 dem festen Belag 1 wieder gegeniibergebracht wurde, wird der bewegliche Belag 2 neuerlich
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lag 2 wieder in den Hohlkörper 3 ein-und mit diesem zur Berührung gebracht, so dass er seine Ladung, vermindert um den durch den Einfluss der Erde bedingten Betrag, an diesen Hohlköiper neueilich abgibt. Hiebei hat der bewegliche Belag 2 in der Lage, in der er die Ladung abgibt, eine kleinere Kapazität. Dieses Spiel wird so lange wiederholt, bis der feste Belag 5 (Hohlkörper) überhaupt keine Ladung mehr von dem beweglichen Belag 2 aufzunehmen vermag.
In diesem Ladungszustand des Körpers 3 wird die Spannung Sv zwischen dem Körper J und dem Nullpunkt bzw. Erde gemessen.
Es ergibt sich, dass diese Spannung Sv in einem bestimmten Verhältnis zu der zu messenden Spannung steht. Wenn die letztere einen vorbekannten Wert hat, so ergibt sich ein bestimmter Verhältnisfaktor zwischen der Spannung Sm und der Spannung Sv. Jede gemessene Spannung zwischen dem Körper 3 und der Erde ergibt unter der Voraussetzung, dass der Knorpel 3 keine Ladung mehr aufzunehmen vermag, bei Multiplikation mit diesem gefundenen Verhältnisfaktor die ursprüngliche im jeweiligen Messfall unbekannte Spannung Sm. Wenn beispielsweise die gefundene Spannung Sv das Hundertfache der zu messenden beträgt (gefunden durch Messung der Spannung Sv bei einer bekannten Spannung Sm), so ist in jedem beliebigen Messfalle die gefundene Spannung Sv mit dem Verhältnisfaktor 1 ; 100 zu multiplizieren, um die gesuchte Spannung Sm zu ermitteln.
Aus obigem ist ersichtlich,
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dass das Verhältnis zwischen der zu messenden Spannung Sm und der messbaren Vergleichsspannung Sv durch geeignete Wahl der Kapazitäten beliebig wählbar bzw. änderbar ist.
Man kann die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform auch so abändern, dass der Hohlkörper J geschlossen oder nahezu geschlossen wird, so dass Streukapazitäten gegen Erde nicht oder nur in ver-
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aufweist und in der Ladungsstellung des beweglichen Belages 2 diesem ebenso wie der Belag 1 gegen- überliegt. Die Vergleichsspannung wird zwischen dem Nullpunkt bzw. Erde und diesem zweiten festen Belag gemessen. Bei dieser Ausführungsform fliesst die in der beschriebenen Weise an den Hohlkörper abgegebene Elektrizitätsmenge zu dem zweiten festen Belag mit geringerer Kapazität und lädt diesen auf.
Das Übertragen der Ladung von dem beweglichen Belag 2 auf den Hohlkörper wird so lange fortgesetzt, bis der mit dem Hohlkörper verbundene feste Belag einen solchen Ladungszustand erreicht hat, dass er dem Einfluss des mit der zu messenden Spannung Sm verbundenen festen Belages, das Gleichgewicht hält. Nachdem nämlich der bewegliche Belag eine Ladung auf den Hohlkörper überträgt, deren Vorzeichen entgegengesetzt-ist der Ladung des mit der zu messenden Spannung Sm verbundenen festen Belages, hat auch die Ladung des mit dem Hohlkörper verbundenen zweiten festen Belages ein der vorgenannten Ladung entgegengesetztes Vorzeichen.
In den Fig. 2,3 und 4 ist ein für den praktischen Betrieb geeignetes Gerät dargestellt. Dieses nach Art eines Drehkondensators ausgebildete Gerät weist vier in den Quadranten angeordnete feste
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41-43 sind mit den festen Kondensatorbelägen 12-14 der in der Drehrichtung nachfolgenden Belaggruppen leitend verbunden, also 41 mit 12, 42 mit 13 usw. Die festen Beläge 12-14 übernehmen also bei dem dargestellten Instrument einerseits die Funktion des Gefässes 3 nach Fig. 2, anderseits die Funktion der festen Kondensatorplatte 1.
Wenn man beispielsweise den zweiten Quadranten (Fig. 3) betrachtet, so übernimmt der im Abschnitt III liegende Teil der festen Beläge 12 die Funktion des Hohlkörpers 3 für die vorhergehenden Beläge 11 > während der im Abschnitt IV liegende Teil der festen Beläge 12 die Funktion der festen Kondensatorplatte 1 für die folgenden festen Beläge 13 Übernimmt.
Dies gilt für jeden Quadranten.
Die zu messende Spannung Sm ist einpolig an die Belaggruppe 1 mit dem andern Pol an den Nullpunkt bzw. Erde gelegt. Zwischen den Belaggruppen 1 und dem Nullpunkt sind Ausgleichskapazitäten Ca zur Abdämpfung von Spannungsschwankungen vorgesehen. Bei 6 ist an der beweglichen Lamellengruppe 21 ein Kontaktfinger, der vorübergehend mit je einem in den Abschnitten II, IV, VI an den Nullpunkt angeschlossenen Kontakt 7 zusammenwirkt. Dieser Kontaktfinger 6 kann auch vorübergehend mit je einem Kontakt jeder festen Lamellengruppe 1 im Abschnitt III, V, VII zusammenwirken.
Die Umfangslänge der beweglichen Kontakte 21-24 zist kleiner als die halbe Umfangslänge der festen Beläge 11-14 und auch kleiner als die entsprechende Bogenlänge des zwischen dem Quadranten liegenden Zentriwinkels. Dies letztere vermeidet, dass in dieser Zwischenstellung der beweglichen Lamellen Kondensatorwirkungen zwischen den Belägen der aufeinanderfolgenden Quadranten eintreten. Man kann deshalb auch die Ausgleichskapazitäten Ca kleiner halten und erreicht den Ladungszustand früher. Auch die Umfangslängen der festen Beläge 4i-43 sind kleiner als die halbe
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von 21 bzw. ein Teil derselben nach 41 gelangt.
Dieses Spiel wiederholt sich bei jeder Drehung mit allen Belaggruppen mit der Wirkung, dass fortschreitend die Beläge 21, 22, 23 und 24 nicht mehr geladen werden können (infolge der Gegenwirkung von 41 bis 43) und dementsprechend zwischen 41 und dem
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wegungs (Rotations) sinn an. An den Kontakten 5 nehmen die beweglichen Beläge die Ladung von der Spannungsquelle Sm bzw. den festen Belägen ab, die sie in der nächstfolgenden Gruppe von Be- lägen über den Kontakt ? und die festen Beläge an die Beläge 41-43 abgeben.
Zur Verhinderung der ungünstigen Beeinflussurg der Abstände der Kondensatorbeläge von- einander durch Fliehkräfte kann mpn die festen und die beweglichen Belaggruppen auch in parallelen
Ebenen anordnen. die senkrecht zur Drehachse liegen, ohne vom Rahmen der Erfindung abzuweichen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Messen kleiner Gleichspannungen, gekennzeichnet durch wiederholte Aufladung eines mit einem festen (1) und einem beweglichen Belag ; (2) versehenen, an die zu messende
Spannung gelegten Kondensators, wobei die Ladung des beweglichen Belages ganz oder teilweise auf einen zweiten festen Belag (3, 4) übertragen wird, bis dieser Belag keine Ladung mehr aufzunehmen vermag, worauf sich die Spannung zwischen diesem zweiten festen Belag . J, aus einem Nullpunkt (Erde) als Vielfaches der zu messenden Spannung ergibt.