Kapazitätsmesser mit unmittelbarer Ablesung. Die Erfindung bezieht sich auf einen Kapazitätsmesser mit unmittelbarer Able- sung, mittelst dessen man im Gegensatz zu den bekannten Kapazitätsmessern mit unmit telbarer Ablesung eine sehr genaue Messung erzielen kann. Bei den gewöhnlichen Kapazi tätsmessern mit unmittelbarer Ablesung wird der Strom gemessen, der von einer Wechselspannung bekannter Grösse und Fre quenz durch die zu messende Kapazität ge schickt wird.
Dieser Methode haftet der Nachteil an, dass dabei als- Messinstrument ein Wechselstrommesser benutzt werden muss, der verhältnismässig unempfindlich ist.
In einem die zu messende Kapazität ent haltenden Wechselstromkreis wird erfin dungsgemäss ein Gleichrichter geschaltet, der von einer Impedanz überbrückt wird, die zweckmässig durch einen Ohmschen Wider stand gebildet sein kann. Die Bemessung kann dabei vorteilhaft derart sein, dass die durch den vom Widerstand überbrückten Gleichrichter gebildete Impedanz kleiner als die Impedanz der zu messenden Kapazität für die Frequenz der Wechselspannung ist. die bei der Messung angewendet wird.
Um dabei zu verhindern, dass bei zu fälligem Kurzschluss der Klemmen, an wel che die zu messende Kapazität geschaltet wird, eine zu hohe Stromstärke auftritt, kZnn in Reihe mit der 1VIessspannung ein Wider stand geschaltet werden, der eine zu starke Zunahme der Stromstärke bei einem Kurz schluss der zu messenden Kapazität verhin dert.
Um den Einfluss der gegenseitigen Ka pazität der Klemmen zu unterdrücken, an welche die zu messende Kapazität angeschlos sen wird, kann zwischen diesen Klemmen ein Schirm angeordnet sein, der mit einem Punkt der Schaltung verbunden ist, der in der Ver bindung der Spannungsquelle mit der durch den Gleichrichter und den parallel zu diesem geschalteten Widerstand gebildeten Impe danz liegt. Dieser Punkt der Schaltung ist zweckmässig geerdet.
Diese Einrichtung bie- tet den besonderen Vorteil, dass die Kapazität zwischen zwei leitenden Körpern, zwischen denen sich mindestens ein anderer leitender Körper befinden, einfach dadurch gemessen werden kann, dass die Körper, deren gegen seitige Kapazität man zu messen wünscht, mit den Klemmen und die zwischen liegen den Körper sämtlich mit dem Schirm ver bunden werden.
Durch Verwendung zweier Systeme und durch Anwendung des bekannten Differen- tialprinzipes können auch die Kapazitäts unterschiede zweier Kondensatoren auf ein fache Weise gemessen werden.
Bei derartigen Messungen ist es iin all gemeinen von sehr grosser Wichtigkeit, dass die Form der Spannung stets vollkommen dieselbe ist. Man kann zu diesem Zweck von einem technischen Wechselstrom ausgehen und diesen mittelst Filter läutern und zu einem genau sinusförmigen Strom umformen. Es sind dafür jedoch in der Regel ziemlich verwickelte Schaltungen erforderlich. Diese Verwicklungen können zweckmässig dadurch vermieden werden, dass als Messspannung eine durch einen Begrenzer umgeformte Span nung angewendet wird.
Die einfachste Methode besteht darin, dass die Messspannung von einer Glimmröhre abge zweigt wird.
Die Zeichnung veranschaulicht einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegen standes.
Fig. 1 zeigt ein Schema der Messvorrich- tung, und Fig. 2 ist eine schematische Darstellung der Schaltung für den Fall, dass die Anode glühdrahtkapazität der Dreielektrodenröhre gemessen wird.
In Fig. 1 bezeichnen 1 und 2 die Klem inen, an welche die Messspannung angelegt: wird. 6 ist ein hoher Widerstand, der bei Messungen von Kapazitäten von der Grössen ordnung von 10 cm etwa. 3 bis 10 Megohm sein kann. 7 ist eine Zweielektrodenröhre von ziemlich beliebiger Type.
Statt einer gewöhnlichen Zweielektrodenröhre kann auch eine Röhre mit mehr Elektroden, zum Beispiel eine Dreielektrodenröhre, verwendet werden, deren Gitter mit der Anode verbun den ist. 8 ist ein Gleichstrominstrument, zweckmässig von grosser Empfindlichkeit.
Die zu messende Kapazität wird zwischen die Klemmen 3 und 4 angeschlossen. 5 ist ein Widerstand oder überhaupt eine Impedanz, die verhindern soll, dass bei Kurzschluss der Klemme 3 und 4 die Stromstärke in der Mess- schaltung einen zu hohen Wert annimmt. 9 ist ein Schirm, der zwischen den Klemmen a und 4 angeordnet und durch den Leiter 10 mit dem Verbindungspunkt 11 zwischen der Klemme 2 und dem Widerstand 6 ver bunden ist. Der Punkt 11 ist geerdet. Der Schirm 9 dient dazu, den Einfluss der gegen seitigen Kapazität der Klemmen 3 und 4 auf die Messung zu beseitigen.
Da nämlich der Schirm 9 infolge der Verbindungsweise das selbe Potential wie das mit der Klemme 2 verbundene Ende des Widerstandes 6 auf weist, kann, wenn zwischen den Klemmen 1 und 2 eine Spannung angelegt wird und die @Terbindung zwischen den Klemmen 3 und 4 offen bleibt, kein Strom durch das Messinstru- inent 8 fliessen. Bei der Messung von kleinen Kapazitäten von der Grössenordnung von 10 cm, kann eine Frequenz 1000 angewendet werden, und in diesem Falle kann die Mess- spannung etwa 400 Volt betragen. Wünscht man mit einer niedrigeren Spannung zu arbeiten, so muss die Frequenz erhöht wer den.
Je höher der Wert der zu messenden Kapazität ist, desto mehr kann die Frequenz der Messspannung erniedrigt werden. Bei Hessung von Kapazitäten von der Grössen ordnung von 1000 cm und bei Anwendung einer Messspannung von der Grössenordnung von 100 Volt kann zum Beispiel eine Fre quenz von 500 und bei noch grösseren Ka pazitäten von der Grössenordnung von Mikro farades eine Frequenz von 50 angewendet werden.
Die Bemessung wird zweckmässig derart gewählt, dass der Gesamtwiderstand des Widerstandes 6 und der Röhre 7 kleiner als der scheinbare Widerstand der zu messenden Kapazität ist. Dieses Verhältnis kann prak tisch zwischen 1 : 3 und 1 : 10 schwanken. Es ist jedoch einleuchtend, dass auch andere Verhältnisse sehr gut möglich sind. Der Wi derstand 5 wird zweckmässig derart gewählt, dass bei Kurzschluss-der Klemmen 3 und 4 die Stromstärke höchstens viermal so gross als bei eingeschalteter Kapazität wird. Man hat selbstverständlich nur dafür zu sorgen, dass die Stromstärke bei Kurzschluss nur unter einer sicheren Grenze bleibt.
Bei. der angegebenen Bemessung ist die Stromstärke im Gleichstrommesser 8 bei der Messung von Kapazitäten von 10 cm etwa 10 Mikroampere.
Statt das Instrument 8 unmittelbar in die Schaltung einzuschalten, kann es auch über einen Verstärker mit der Schaltung gekop pelt werden.
In Fig. 2 ist die in Fig. 1 dargestellte Schaltung zum Messen der Kapazität zwi schen Anode und Glühdraht einer Dreielek- trodenröhre angewendet. Wünscht man diese Kapazität zu messen, so muss der Einfluss des Gitters beseitigt werden, da es sich um den unmittelbaren Einfluss der Anode auf den Glühdraht und umgekehrt handelt. Dies kann auf einfache Weise dadurch gesche hen, dass, wie in Fig. 2 dargestellt ist, das Gitter 19 der Dreielektrodenr öhre 16 mit dem Schirm 9 verbunden wird.
Die Anode 17 ist mit der Klemme 3 und der Glühdraht 18 mit der Klemme 4 verbunden: Die Mess- spannung wird einer Wechselstromquelle entnommen, die an die Klemmen 14 und 15 angeschlossen wird. Die Klemme 14 ist über einen Widerstand 13 mit der Klemme 1 und die Klemme 15 unmittelbar mit der Klemme 2 verbunden. Zwischen den Klemmen 1 und 2 ist eine Glimmröhre 12 oder sonstige Ent ladungsröhre mit ähnlicher Kennlinie ge schaltet.
Wird an die Klemmen 14 und 15 eine Wechselspannung angelegt, deren Am plitude beträchtlich höher als die Zündspan nung der Röhre 12 ist, so wird infolge der Eigenschaften der Glimmröhre die Span nungskurve, das heisst die Form der Span- nung derart verzehrt, dass eine nahezu recht eckige Spannungskurve entsteht. Dies ist von grosser Wichtigkeit, da die Messung in hohem Masse von der Gestalt der Spannungskurve abhängig ist. Bei Verwendung einer tech nischen Wechselstromquelle ist es durchaus nicht gewiss, dass die Stromform stets die selbe ist. Die Form des Stromes wird im wesentlichen durch die neben der Grund frequenz auftretenden Harmonischen bedingt, die wieder von der Belastung des Netzes ab hängig sind.
Es können selbstverständlich Mittel zum Läutern eines technischen -@Tech- selstromes angewendet werden, so. dass ein rein sinusförmiger Wechselstrom übrig bleibt. Die zu diesem Zweck bekannten Mit tel, wie Filter, abgestimmte Kreise, sind je doch im allgemeinen ziemlich verwickelt. Durch Verwendung einer Glimmröhre oder einer sonstigen Begrenzungsvorrichtung kann man jeden Wechselstrom in dieselbe Gestalt umformen.
Es hat sich in der Praxis herausgestellt, dass das in Fig. 2 dargestellte System voll kommen reproduzierbar ist. Es braucht bei Auswechslung der Zweielektrodenröhre keine neue Eichkurve der Vorrichtung her gestellt zu werden. Es ist selbstverständlich, dass der Wert des Widerstandes 6 von der Grössenordnung der zu messenden Kapazi täten und von der Frequenz der Messspan- nungen abhängig ist. Bei grossen Kapazi täten kann der Widerstand 6 einige Tau sende Ohm betragen, während bei sehr klei nen Kapazitäten der Widerstand in --L#legohin gemessen wird.
Es hat sich als möglich erwiesen, mit der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung sogar genaue Messungen von Kapazitäten zii erzielen, die nicht grösser als 1 cm sind.
Die Erfindung kann auch zum Messei der Unterschiede zweier Kapazitäten ange wendet werden. Es wird dazu zweckmässio. eine Differentialschaltung verwendet. Man muss in diesem Fall zwei Messsysteme ver wenden und den Unterschied der in diese>; Messsystemen auftretenden Gleichströme auf ein Gleichstrominstrument wirken lassen.
Das Gleichstrominstrument kann zu diesem Zweck als Differentialinstrument ausgebildet und mit zwei Wicklungen versehen sein, die in entgegengesetztem Sinne auf den Anzei ger wirken.
Die erforderliche Messspannung kann in sämtlichen Fällen mit Hilfe eines Dreielek- trodenröhrengenerators erzeugt werden. Dies ist von besonderer Wichtigkeit beim Messen von kleinen Kapazitäten, da man in diesem Falle der Frequenz auf sehr einfache Weise jeden erwünschten Wert geben kann.