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Statisches Vielfachvoltmeter Die Erfindung betrifft ein statisches Vielfachvoltmeter nach Art des Quadrantenelektrometers für Gleich-und Wechselspannungsmessungen.
Die Erfindung besteht darin, dass durch Änderung (Umschaltung) der Spannung einer zur Aufladung, vorzugsweise der Quadrantenpaare, dienenden Spannungsquelle (Batterie) mehrere Empfindlichkeitsbereiche für Gleich-und Wechselspannungen sowie für Ladungsmessungen einstellbar sind, wobei im Falle der Messung von Wechselspannung eine Gleichrichtung derselben über einen Gleichrichter erfolgt.
Die Erfindung ist in der beiliegenden Zeichnung schematisch veranschaulicht und eine bevorzugte Ausführungsform mit Zeiger, spiegelunterlegter Skala, gelagertem beweglichem System und Rückführfeder beschrieben.
Das statische Vielfachvoltmeter ist ein kombiniertes Gleich-und Wechselspannungsmessgerät mit mehreren Messbereichen für beide Spannungsarten und dient für verlustlose statische Spannung-und Ladungsmessungen. Die in beiliegender Zeichnung schematisch dargestellte bevorzugte Ausführungsform besitzt zwei Klemmen MK, und MK- zur Anlegung der zu messenden Spannungen, eine Erdungsklemme ME und eine Klemme ML für Ladungsmessungen, ferner einen Schalter BS zur Einstellung der gewünschten Spannungsart, einen Umpoler UP, der auf plus oder minus gestellt wird, und einen Schalter LS, der auf Spannungs-oder Ladungsmessung geschaltet werden kann.
Die bei Anlegung einer Messspannung den Ausschlag des Zeigers bewirkende Anordnung ist mit einigen Abänderungen die des bekannten Quadrantenelektrometers nach Sir William Thomson. Die Anordnung besteht aus vier Quadrantenpaaren Q, die durch einen Luftzwischenraum getrennt sind. Zwischen den Quadrantenpaaren Q befindet sich eine leichte Nadel, die die Form einer Acht besitzt und im folgenden als Lemniskate L bezeichnet wird.
Das drehbare bewegliche System ist in üblicher Weise gelagert, an diesem ist die Lemniskate L und der Zeiger Z angebracht. Die rückführende Kraft und exakte Nullpunkteinstellung ist durch die Feder F gegeben. Das Instrument besitzt alle Vorteile, die sich durch die Lagerung des beweglichen Systems ergeben, es ist transportabel und leicht zu handhaben.
Bei Gleichspannungsmessung wird die zu messende Gleichspannung an die Klemmen MK I und MK- angelegt. Der Schalter LS wird auf Spannungsmessung (Sp) geschaltet, wodurch die Kontakte 1 und II miteinander verbunden werden.
Die Stellung des Schalters VS auf das Zeichen für Gleichspannung (-=) stellt die Verbindung der Kontakte a und b her. Ist eine positive Gleichspannung an die Klemme MK+ angelegt, so erfolgt die Aufladung der Lemniskate L über die Kontakte a und b des Schalters VS, von b zu Kontakt 1 und über II zur Lemniskate L.
Durch den Schalter BS ist es möglich, verschiedene Ladungsmengen einer, vorzugsweise in der Mitte geerdeten Batterie B oder einer andern konstanten Spannungsquelle, die im Instrument eingebaut ist oder sich ausserhalb befinden kann, vorzugsweise auf die Quadrantenpaare Q zu bringen, wodurch die Empfindlichkeit und damit der Messbereich variiert wird. Eine der weiteren Möglichkeiten, die Empfindlichkeit zu variieren, besteht darin, dass auf die Lemniskate L verschiedene Ladungsmengen gebracht werden, wobei dann ein Quadrantenpaar geerdet und das andere mit der zu messenden Spannung versehen wird. Es können aber auch bei festgelegter Batteriespannung mittels Spannungsteiler bzw.
Potentiometerschaltung Spannungswerte eingestellt werden, so dass die erforderlichen Ladungsmengen erzielt werden.
Bei Wechselspannungsmessung wird der Schalter VS auf das Zeichen für Wechselspannung (-) gestellt und der Schalter LS auf
Spannungsmessung (Sp). Die zu messende Wechselspannung wird an MK+ und MK- angelegt. Der Verlauf ist dann von MK. über den Gleichrichter TG, wobei vorzugsweise ein
Trockengleichrichter Verwendung findet, nach
Kontakt c und d des Schalters VS, die miteinander verbunden sind, von d über den Kondensator C nach MK¯. Die Klemme MK- ist über einen hochohmigen Widerstand W, mit der Erdungs- klemme ME verbunden, an die auch die, einen
Faradayschen Käfig bildende leitende Innenwand des Instrumentes angeschaltet ist.
Bei Kontakt c wird die gleichgerichtete Wechselspannung abgegriffen, geht von c nach Kontakt I des Schal-
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ters LS, der mit Kontakt Il verbunden ist, und von II auf die Lemniskate L, die dadurch ihre Ladung erhält. Die Veränderung des Messbereiches erfolgt wie bei der Gleichspannungsmessung durch Verstellung des Schalters BS auf die Kontakte m n, m'n'oder m"n".
Der Vorteil der Gleichrichtung der Wechselspannung bei der statischen Messung liegt darin, dass der Messbereich wie bei der statischen Gleichspannungsmessung proportional der angelegten Spannung ist, im Gegensatz zu der bisher gebräuchlichen idiostatischen Schaltanordnung, bei der die Empfindlichkeit und damit der Messbereich dem Quadrat der angelegten Spannung proportional ist, wobei dieser Nachteil nur durch besondere Formgebung der Quadranten und Lemniskate umgangen werden konnte.
Bei der Ladungsmessung wird der Schalter LS auf La gestellt, wodurch die Verbindung der Kontakte I und II unterbrochen wird. Die zu messende Ladung wird an die Klemme ML angeschlossen, die Stellung des Schalters VS ist dabei nebensächlich. Durch Betätigung des
Schalters BS sind auch bei Ladungsmessungen verschiedene Messbereiche einschaltbar. Die
Messung von Ladungen wird dadurch ermöglicht, dass die Klemme ML und die Träger des gelagerten beweglichen Systems und insbesondere die Zuleitungen zur Lemniskate hochwertig, vor- zugsweise mit Bernstein, isoliert sind. Durch diese Anordnung wird es auch ermöglicht, ausser
Ladungsmessungen auch luftelektrische Messun- gen durchzuführen, ohne dass wesentliche
Ladungsverluste eintreten.
Der Umpoler UP dient dazu, die von der
Batterie B herrührenden Ladungen der Qua- drantenpaare Q zu vertauschen, dies ist vor allem dann erforderlich, wenn die zu messenden
Spannungen und Ladungen negativ gegenüber
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ein und wird der Umpoler UP umgeschaltet, so wird auf derselben Skala wie bei positiver Messspannung abgelesen. Durch die Stellung des Umpolers ist gleichzeitig ersichtlich, ob es sich bei der Messung um positive oder negative Spannungen handelt. Das statische Vielfachvoltmeter eignet sich deshalb auch zur Feststellung des negativen bzw. positiven Poles einer Spannungsquelle, während dies bei der idiostatischen Schaltungsart nicht möglich ist.
Die Lemniskate L ist nicht symmetrisch in bezug auf die Quadrantenpaare Q angeordnet, ferner sind diese in einem bestimmten Winkel, der sich aus der Skalenbreite ergibt, gegen die Symmetrieachse des Instrumentes verdreht. Diese besondere Stellung der Lemniskate L hat zur Folge, dass die Ausschläge derselben an einem Ende des Messbereiches abgebremst werden, da sich die Lemniskate L nur so weit drehen kann, bis ihre der Dreh-ichtung abgewendete Kante zu den Kanten des mit dem entgegengesetzten Vorzeichen wie die Lemniskate L aufgeladenen Quadrantenpaares parallel steht. Ausserdem wird durch die angeführte Stellung der Lemniskate L in bezug auf die Quadrantenpaare Q eine bessere Ausnützung des Messbereiches erzielt.
Sind jedoch die Schwungkräfte so gross, dass die Abbremsung nicht ausreicht, wird die Lemniskate L durch den am Ende des Messbereiches angebrachten Anschlag EA, über den hochohmigen Widerstand W3 selbsttätig geerdet. Die Erdung über den Widerstand W3 erfolgt auch dann, wender Zeiger Z durch Unkenntnis des Vorzeichens oder unrichtigen Anschluss der zu messenden Spannung an MK- und MK'- an EAa anschlägt.
Die Lemniskate L verliert beim Berühren der über den Widerstand ?"3 geerdeten Anschläge EA 1 und EA2 dlirch den Zeiger Z ihre Ladung, so dass durch die Kraft der Feder F das drehbare bewegliche System in die Nullpunktlage zurück- schwingt und mit dem Schalter BS sofort ein unempfindlicherer Messbereich einschaltbar ist oder der Umpoler UP betätigt werden kann, ohne dass die zu messende Spannung abgeschaltet werden muss. Eine Beschädigung des Instrumentes durch falsche Wahl des Messbereiches oder durch
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ist der Schalter VS so angeordnet, dass die unrichtige Einstellung der zu messenden Spannungsart keinen schädigenden Einfluss besitzt.
Die in den die Quadrantenpaare Q aufladenden Leitungskreis eingebauten Widerstände W2 sind hochohmige Schutzwiderstände. Das Instrument kann selbständig verwendet oder aber auch zusätzlich in ein Gerät eingebaut werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Statisches Vielfach Voltmeter nach Art des Quadrantenelektrometers für Gleich-und Wechselspannungsmessungen, dadurch gekennzeichnet, dass durch Änderung (Umschaltung) der Spannung einer zur Aufladung, vorzugsweise der Quadrantenpaare (Q), dienenden Spannungsquelle (Batterie) mehrere Empfindlichkeitsbereiche für Gleich-und Wechselspannungen sowie für Ladungsmessungen einstellbar sind, wobei im Falle der Messung von Wechselspannung eine Gleichrichtung derselben durch einen Gleichrichter erfolgt.