Tor schaltwäder stand. Die Messung von Hochspannungen er folgte bisher in der Regel niederspannungs- seitig vor dem Transformator oder mit Hilfe eines besonderen Messtransformators. Ab gesehen davon, dass es im allgemeinen wün schenswert ist, Hochspannungen direkt zu messen, versagt dieses Verfahren im Falle des in neuester Zeit technisch sehr wichtig gewordenen hochgespannten Gleichstromes. Man kann hierfür hohe Ohmsche Wider stände vor dem Messinstrument schalten. Das geht aber etwa nur bis zu einer Gesamt spannung von 3000 Volt. Bei höheren Span nungen stösst die Ausführung dieser Wider stände auf grosse Schwierigkeiten.
Die Iso- lierung wird sehr schwierig und der nimmt grosse Dimensionen an. Ein weiterer Nachteil der bisher üblichen Vorschaltwiderstände besteht darin, dass sie nicht vollkommen induktionsfrei bezw. ka pazitätsfrei herstellbar sind.
Diese Eigen schaft ist besonders dann nachteilig, wenn hochfrequente Spannungen gemessen werden sollen, da der Gesamtvorschaltwiderstand dann für jede Frequenz einen andern Wert besitzt.
Die Erfindung betrifft nun einen Vor- schaltwiderstand, der geeignet ist, Hoch spannungen auf sich zu nehmen und trotz dem, die geschilderten Nachteile der bisheri gen. Widerstände nicht besitzt.
Erfindungsgemäss wird als Vorschalt- widersta.nd eine Hochvakuumentladungsröhre verwendet. Derartige Röhren, die gewöhn lich mit einer Glühkathode ausgerüstet sind, lassen sich so bauen, dass sie bei geringem Stromdurchlass eine hohe Spannung auf sich nehmen; sie sind daher als Vorschaltwider- stände sehr geeignet. Es ist bereits eine An ordnung bekannt, bei der eine Glimment- ladungsröhre in einem Niederspannungs stromkreis als Vorschaltwiderstand dient.
Demgegenüber hat die Verwendung einer Hochvakuumröhre den Vorteil, dass sie für beliebig hohe Spannungen geeignet ist.
Die Röhre kann ferner so dimensioniert werden, dass für dieselbe innerhalb des in Frage kommenden Spannungsbereiches der Strom irgend eines der Röhrenkreise eine eindeutige Funktion der diesem oder irgend einem andern Krei--e aufgedrückten Span nung ist. Die Grösse dieses Stromes gibt da her die Grösse der zu messenden Spannung ab.
Zum Beispiel ist bei einer Glühhathoden- röhre der Anodenstrom bis zur Erreichung seines Sättigungswertes innerhalb eines ge wissen Spannungsbereiches eine eindeutige, etwa lineare Funktion der der Röhre auf gedrückten Spannung. Ähnlich verhält sich der Gitterstrom bei Verwendung einer Elek tronenröhre mit Steuergitter.
Um die Elektronenröhre für die Messung von sehr hohen Spannungen verwenden zu können, muss sie besonders ausgebildet wer den. Durch geeignete Mittel, wie zum Bei spiel Einengung des Entladungsweges der Elektronen im Vakuum, Vergrösserung des Abstandes zwischen der Anode und der Ka thode, Anordnung von geeigneten Blenden, Anbringung eines oder mehrerer Gitter mit Hilfsspannungen, Anbringung eines magne tischen Steuerfeldes, wird die Spannung, bei der der Sättiglzngstrom in der Röhre ein tritt (Sättigungsspannung) höher gehalten, als das bei den bisher üblichen Elektronen röhren der Fall ist.
Bei diesen wird die Sät- tigungSspannung bereits bei etwa, 1000 Volt erreicht. Sollen daher Spannungen über 1000 Volt gemessen werden, dann würde sich diese mit den bisher gebräuchlichen Röhren nicht erreichen lassen, da dann keine ein deutige Beziehung mehr zwischen Strom und Spannung vorhanden ist.
Fig. 1 der Zeichnung zeigt die Beziehung swischen dem Anodenstrom i" und der Anodenspannung e,1 bei den bisher üblichen Elektronenröhren. Die Charakteristik besitzt einen verhältnismässig steilen Verlauf, der Sättigungsstrom wird bereits bei geringer Spannung erreicht.
Fig. 2 zeigt die Charak teristik für eine besonders ausgebildete Elek tronenröhre, bei der zum Beispiel durch Ver- mrösserung des Abstandes zwischen Kathode und Anode über das bisher übliche blass oder durch Abblendung der CTlühkathode der Sättigungsstrom erst bei einer wesentlich höheren Spannung erreicht wird.
Die Verwendung der Elektronenröhre zur Messung bezw. zur Kurvenaufnahme von elektrischen Spannungen hat den Vorteil, dass die Röhre bei entsprechender Ausbildung für die Messung von beliebig hohen Span nungen verwendet werden kann, ohne dass Isolationssclnvieriglzeiten auftreten. Ausser dem bleibt der Vorschaltzviderstand absolut konstant und ist. von allen Temperaturein flüssen unabhängig.
Gegenüber den bisher verwendeten Widerständen besitzt er ausser dem verhältnismässig kleine Dimensionen. Ein weiterer Vorteil der Elektronenröhre be steht darin, da ss sie ganz induktionsfrei und nahezu 1Lapazitätsfrei ist. Die Einschaltung der Elektronenröhre ist daher besonders bei der Messung von hochfrequenten Spannun gen vorteilhaft. Ähnliches gilt für die Ver wendung der Röhre zwecks Messung von hochgespanntem Gleichstrom. Wie bereits erwähnt, bereitet gerade die Messung von hochgespanntem Gleichstrom die grössten Schwierigkeiten.
In Fig. 3 der Zeichnung ist die neue Anordnung an einem Beispiel veranschau licht. @1 ist die Stromschiene einer hoch gespannten Gleichstromquelle, deren Span nung gegenüber der Erde gemessen werden soll. Es ist hierfür die Glühhathodenröhre 2 mit ihrer Anode 3 an die Hochspannung ge lebt. Die Glühkathode .1 ist über das Am peremeter 5 an die Erde angeschlossen. Die Heizung der Glühkathode erfolgt mit Hilfe der Batterie 6.
Ausserdem ist in dem Heiz kreis noch ein Widerstand 7 für die rich tige Einstellung des Heizstromes eingeschal tet. Um nicht beabsichtigte Schwankungen des Heizstromes zu verhindern, liegt im Heizstromkreis ausserdem noch eine Eisen draht-Widerstandslampe 8, die bekanntlich in Richtung der Konstanthaltung des Stro mes wirkt.
Wie bereits erwähnt, ist es zweckmässig, die Charakteristik der Röhre möglichst flach zu halten, um eine möglichst hohe Spannung noch eindeutig messen zu können, beziehungs- weise um den Messbereich der Anordnung möglichst zu vergrössern. Um das zu er reichen, wird die Glühkathode 4 im Innern der Röhre mittelst eines nichtglühenden Teils teilweise abgeschirmt. Ausserdem ist der Ab stand zwischen Kathode und Anode ein ver hältnismässig grosser. Für die Abschirmung ist die Glühkathode bei der Anordnung in Fig. 3 im Innern eines Zylinders 9 angeord net.
Das der Anode zugekehrte Ende des Zylinders 1 ist ausserdem mit einer Blende 10 ausgerüstet, die eine weitere Abschirmung der Kathode herbeiführt. Die ganze Anord nung bewirkt, dass die Elektronen erst bei einer hohen Spannung der Anode aus dem Zylinder von der Glühkathode zur Anode übertreten. Die Charakteristik der Röhre nimmt daher den in der Fig. 2 angedeuteten flachen Verlauf an, und der das Ampere meter 5 durchfliessende Anodenstrom stellt bis zu einer sehr hohen, der Röhre aufge drückten Spannung (vor allem innerhalb der Grenzen A und B der Fig. 2) ein ein deutiges Mass für diese dar.
Die Verwendung der Elektronenröhre als Vorschaltwiderstand für die Messung von elektrischen Spannungen hat den wei teren Vorteil, dass bei plötzlich auftretenden Überspannungen trotzdem das Messinstru- ment nicht durch Überströme gefährdet wird. Man braucht nämlich nur das Mess- instrument derart auszubilden, dass der maxi male, noch eben für das Instrument zulässige Messstrom gleich ist dem Sättigungsstrom der Elektronenröhre.
Eine plötzlich auf tretende Überspannung kann daher, da sie den Anodenstrom nicht mehr wesentlich ver grössert, das Messinstrument, das, wie in Fig. 3 dargestellt, nur Niederspannung be sitzt, nicht beschädigen. Um diese Sicherung des Messinstrumentes für verschiedene Mess- bereiche durchzuführen, ist es .mitunter er -wünscht, die Charakteristik der Elektronen röhre zu beeinflussen. Das kann zum Bei spiel in Fig. 3 dadurch erreicht werden, dass der Zylinder 9 mittelst Einwirkung von aussen verschoben wird, oder auch dadurch, dass die Blendenöffnung 10 des Zylinders mehr oder weniger verstellt wird.
Die Ver schiebung bezw. die Verstellung der Blen- denöffnung kann zum Beispiel mittelst mag netischer Beeinflussung eines mit der Blende 10 gekuppelten Weicheisenstückes im Innern der Röhre erreicht werden. Statt die Blende 10 zu verstellen, kann man auch den Ab stand zwischen Anode und Kathode von aussen beeinflussen.
Bei der Anordnung nach Fig. 4 wird eine Elektronenröhre verwendet, die einen Gitterstromkreis besitzt. Die Stärke des Stromes in diesem Kreis gibt dann ebenfalls ein eindeutiges Mass für die Höhe der zwi schen den Polen der Elektronenröhre herr schenden Spannung.
In dem Stromkreis des Gitters 11 befindet sich ausser dem Amp6re- meter 5 noch eine Batterie 12. Diü Span nung der Batterie und ihre Richtung ist derart gewählt, dass zwischen der Anoden spannung e und dem Gitterstrom i.. die Cha rakteristik nach Fig. 5 der Zeichnung ent steht. Für die Messung der Hochspannung wird man zweckmässig wieder nur den Teil der Charakteristik zwischen den Buchstaben <I>A,, B</I> verwenden.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird statt einer elektrisch ge steuerten eine magnetisch gesteuerte Röhre (Magnetron) als Vorschaltwiderstand ver wendet. Da die Charakteristik eines Magne- trons gewöhnlich ziemlich steil ansteigt, so müssen auch hier besondere Vorrichtungen angeordnet werden, die eine flache, natür lich möglichst lineare Charakteristik herbei führen.
Es erweist sich zum Beispiel als vorteilhaft, ein Magnetron zu verwenden, bei dem die Glühkathode in Form eines aus gespannten Drahtes von einer Anode in Form eines Zylinders von ellipsenförmigen oder prismatischem Querschnitt umgeben ist.
Die Elektronenröhre kann, wie bereits er wähnt, auch als Vorschaltwiderstand für oszillographische Kurvenaufnahmen verwen det werden, da sie induktions- und kapazi tätsfrei ist.
In dem Messstromkreis wird dann die Oszillographenschleife gegebenenfalls in Hin- tereinanderschaltung mit dem Amperemeter einbeschaltet. Fig. 6 der Zeichnung zeigt eine derartige Anordnung für das Oszillo- graphieren und das gleichzeitige Messen von Wechselspannungen. Um beide Teile der Spannungskurve des Wechselstromes auf nehmen zu können, sind zwei Elektronen röhren vorgesehen, die mit ihren Anoden an den beiden Polen der Wechselspannung lie gen. Die Kathoden sind über eine gemein same Leitung mit der Erde verbunden.
In diese Leitung ist das Amperemeter 5 und die Oszillographenschleife 13 eingeschaltet. In den Heizstromkreisen liegen ausserdem noch die beiden Widerstände 14 und 15. Mit Hilfe der beiden Schalter 16 und 17 können diese Widerstände parallel zum Mess- instrument geschaltet werden. Sind die bei den Schalter 16 und 17 offen, dann kann man an dem Messinstrument 5 die Höhe der Wechselspannung ablesen und ausserdem mit Hilfe der Oszillogra.phenschleife eine Kur venaufnahme vornehmen.
Wird nun zum Beispiel Schalter 16 eingelegt, dann kann man mit Hilfe desselben Messinstrumentes den Heizstrom der linken Röhre auf die richtige Grösse einstellen, ebenso bei alleini ger Einschaltung des Schalters 17 den Heiz strom der rechten Röhre. Die beiden Wider stände 14 und 15 wirken dabei in der bei Gleichstrommessinstrumenten bekannten Art als Nebenschlusswiderstände.
Bei der Durchführung von Hochspan nungsmessungen mit einer Anordnung gemäss der Erfindung hat sich folgendes Verfahren als zweckmässig erwiesen: Zuerst wird der Heizstrom der Röhre eingeschaltet. Das Milliamperemeter 5 für die Messung des Anodenstromes dient dabei, mit einem Ne benschluss versehen und entsprechend ge schaltet, zur genauen Einstellung des Heiz stromes. Gegebenenfalls wird der Heizstrom durch Nachstellen des Regulierwiderstandes 7 (Fig. 3) auf den richtigen Wert eingestellt. Die Eisendrahtwiderstandslampe 8 sorgt ge nügend für die Konstanthaltung des Heiz stromes.
Dann wird die Spannungsschiene bei kurzgeschlossenem Milliamperemeter 5 bezw. Oszillographensehleife 13 mit der Anode der Elektronenröhre verbunden und schliesslich der hurzsehluss des Instrumentes bezw. der Oszillographensehleife aufgehoben.
Wird eine l','lel@trorie-.irölire mit Gittervor- spannung, wie in Fig. -1, verwendet, oder kommt ein Magnetron mit Hilfsmagnetfeld zur Anwendung, dann wird ausserdem vor her die Gitterspannung bezw. der Strom für die Erzeugung des magnetischen Feldes auf den richtigen Wert in entsprechender Weise wie vorher mit demselben Instrument ein gestellt.
Hierauf wird nunmehr am Mess- instrument 5, das, -wie erwähnt, nach Aus schalten des Nebensehlusse s in dem Mess- stromkreis eingeschaltet ist, der Anodenstrom abgelesen, der ein Mass für die Höhe der zu messenden Spannung ist. Das Milli- amperemeter ist. zweckmässig unmittelbar auf Kilovolt geeicht. Nach Ablesung der Spannung wird das Instrument 5 kurz ,geschlossen und der Heizstrom ausgeschaltet.
Um die rielitige Reihenfolge der geschilder ten einzelnen Schaltvorgänge durchzuführen, kann man einen Walzenschalter anordnen, der bei Drehung in dem einen Sinne nach einander die einzelnen Schaltungen vor r_immt.