Anordnung zum Messen hoher Spannungen, insbesondere in Röntgenanlagen. Die Spannungsmessung unter Verwen dung eines Vorwiderstandes oder -eines Span nungsteilers bietet den Vorteil, mit einem Mess gerät niedrigen Messbereiches höhere Span nungen messen zu können. Man hat darum vorgeschlagen, auch Hochspannungen mit Hilfe eines Vorwiderstandes oder .Spannungs- teilers zu messen.
Es bereitet jedoch bei Hochspannungen Schwierigkeiten, für einen bestimmten Wert der Gesamtspannung eine stets gleichbleibende Verteilung der zu mes senden Gesamtspannung auf den Vorwider- stand und das Spannungsmessgerät herbeizu führen. Die auftretenden Störungen haben zum Teil ihren Grund in Sprühströmen und in unerwünschten Kapazitäten der Wider standsteile gegeneinander oder gegen sonst benachbarte Teile.
Man hat zur Beseitigung dieser Störungen vorgeschlagen, den mit einer Isolierhülle umgebenen Widerstand inner halb eines Potentialkäfigs anzuordnen, der aus einem stromdurchflossenen Widerstand besteht, dessen Potential an seinen einzelnen Punkten im wesentlichen mit dem Potential der nächstliegenden Teile des Messwiderstan- des übereinstimmt.
Bei den bekannten Anordnungen kann jedoch die eindeutige Verteilung der zu messenden Gesamtspannung auf den Vor widerstand und den Spannungsmesser noch durch verschieden hohe Erwärmung der ein zelnen Teile des Messwiderstandes gestört werden. Dies bei Widerständen für Hoch spannungen umsomehr, als naturgemäss der Widerstandswert des Messwiderstandes gross ist und infolgedessen die Widerstandsanord nung grosse räumliche Abmessungen besitzt. Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die Möglichkeit des Auftretens von Tempera turfehlern zu beseitigen und dabei gleichzei tig die Abmessungen der Widerstandsanor - nung auf kleine Masse zurückzuführen.
Hierzu wird erfindungsgemäss der Messwider- stand aus Widerstandselementen wendel- förmig zusammengesetzt und in einem mit flüssigem Isoliermittel, zum Beispiel 01, ge füllten Behälter angeordnet.
Da infolge des wendelförmigen Aufbaues des Messwiderstan- des die Widerstandselemente näher zusam mengerückt werden als es bei. einer gerad linigen Zusammensetzung der Widerstands elemente der Fall sein würde, so ist es bei der neuen Anordnung von besonderem Vor teil, den bIesswiderstand, wie an sich bekannt; innerhalb eines Potentialkäfigs anzuordnen, dessen für den vorliegenden Fall besonders geeignete Gestaltung in der folgenden Be schreibung der Ausführungsbeispiele näher beschrieben ist.
Bei dem in Abb. 1 dargestellten Ausfüh rungsbeispiel sind 1 und 2 die Hochspan nungsleitungen, zwischen denen die Span nung zu messen ist. 3 ist ein an die volle Spannung gelegener Spannungsteiler, der aus Widerstandselementen wendelförmig zu sammengesetzt ist und sich innerhalb eines aus Isolierstoff bestehenden und mit einem flüssigen Isoliermittel, zum Beispiel<B>Öl,</B> ge füllten Behälters 4 befindet.
Für die Wider standselemente können die bekannten hoch- ohmigen Hartkohlewiderstände verwendet werden, zum Beispiel jene Widerstandsele mente, die aus auf einen Glas- oder Porzellan stab aufgebrachten Hartkohleschichten be stehen, die an ihren Enden in Metallkappen übergehen. Die Verbindung der Widerstands elemente untereinander kann durch Zusam menlöten der Metallkappen erfolgen.
Diese Anordnung des Messwiderstandes hat, wie sich aus der Zeichnung ergibt, einen sehr ge drängten Aufbau des Widerstandes zur Folge, so dass schon hierdurch eine ungleich mässige Erwärmung der einzelnen Wider standsteile infolge äusserer Einflüsse im we sentlichen ausgeschlossen erscheint. Des wei teren führt auch die Füllung des Behälters 4 mit einem flüssigen Isolierstoff zu einem schnellen Ausgleich etwa eintretender Unter schiede in der Temperatur der Widerstands elemente.
Um Fremdfehler von dem Spannung@- teiler fernzuhalten und Sprühströme zu ver- hindern, ist der Spannungsteiler 3 innerhalb eines Potentialkäfigs angeordnet, der so be messen und räumlich so angeordnet ist, dass sein Potential an jedem Punkt möglichst mit dem Potential des nächstliegenden Punktes des Spannungsteilers 3 übereinstimmt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel be steht der 'Potentialkäfig aus einem spiral förmigen, auf den Behälter 4 aufgebrachten Hartkohlestreifen 5, der an seinen beiden Enden an die Gesamtspannung gelegt ist.
Die dem Messgerät zugeleitete Spannung wird von dem Teil 3a des .Spannungsteilers 3 abgegriffen und über die Leitungen 6 und 7 der eigentlichen Messanordnung zugeleitet. Das Messgerät 8 ist mit seiner Zusatzappa ratur innerhalb eines metallischen Behälters 9 untergebracht, der vorteilhaft mit einem geeigneten Potential der Hochspannungsan lage verbunden wird, um das Messgerät eben falls abzuschirmen. Als Messgerät kann ein statisches Voltmeter verwendet werden.
Da Messgeräte stets eine bestimmte Kapazität besitzen, so wirkt der Anschluss des Mess- gerätes 8 an den Teil 3a des Spannungs- teilers als Parallelschaltung einer Kapazität. Diese Parallelschaltung würde an sich eine Beeinträchtigung der Messgenauigkeit zur Folge haben. Dieser Fehler kann dadurch vermieden werden, da,ss zu dem übrigen Teil des Messwiderstandes 3 ebenfalls eine Ka pazität parallel geschaltet wird.
Der parallel zu schaltende Kondensator wird ebenfalls zum Abschirmen des Messwiderstandes 3 verwendet und kann so als Teil des Poten tialkäfigs angesehen werden. Hierzu kann zum Beispiel die in Abb. 2 in Einzeldar stellung veranschaulichte Kondensatoranord- nung dienen. Der in seiner Gesamtheit mit 10 bezeichnete Kondensator besteht aus einem Streifen 10a biegsamen Dielektrikums, zum Beispiel Papier, auf dem zu beiden Sei ten gegeneinander versetzte Belegungen 10b angeordnet sind.
Eine an die Endbelegungen 10c gelegte Spannung verteilt sich in be stimmter Abstufung auf die einzelnen Bele gungen bezw. die Teilkondensatoren, da es sich im Prinzip bei diesem Kondensator um eine Anzahl in Reihe liegender Teilkonden satoren handelt. Bei dem in Abb. 1 darge stellten Ausführungsbeispiel ist der Kon densator 10 in dem Behälter 4 in Form einer gegen die Innenwandung des Behälters an liegenden Spirale eingesetzt. Dabei sind in Fig. 1 der übersichtlicheren Darstellung we gen die in Fig. 2 mit lOb und 10c bezeich neten Kondensatorbelege nicht eingezeichnet.
Das eine Ende des Kondensators 10 ist mit der Hochspannungsleitung 1 und das andere Ende mit der Leitung 6 verbunden. Der Kondensator besitzt daher im wesentlichen die gleiche Potentialverteilung wie der Mess- widerstand 3 und trägt infolgedessen zur Abschirmung des Messwiderstandes 3 bei. Wie bekannt, muss die Kapazität des Kon- densators 10 so gewählt werden, dass die Kapazitäten der Messanordnung zwischen den Punkten äusseren Potentials und dem da zwischen liegenden Abgriff für das Messgerät umgekehrt proportional den ohmschen Wi derständen sind.
Um dieses Verhältnis leicht einstellen zu können, wird vorteilhaft zum Messgerät 8 noch ein einstellbarer Konden sator 11 parallel geschaltet. Durch Verstel lung des Kondensators 11 kann dann in ein facher Weise das richtige Verhältnis der Kapazitäten eingestellt werden.
Die beschriebene Messanordnung ist zum Messen von Gleich- und Wechselspannungen geeignet und kann insbesondere mit grossem Vorteil in Röntgenanlagen Verwendung fin den. Bei Röntgenanlagen will man in der Regel die Scheitelwerte der Spannung mes sen. In diesem Falle findet mit Vorteil die aus der Zeichnung ersichtliche Schaltung des Messgerätes Anwendung, bei der zu dem statischen Voltmeter 8 ein Kondensator 14 parallel geschaltet ist, während 15 ein ent sprechend der Kapazität gewählter, parallel zum Messgerät 8 liegender Ableitungswider stand ist. 12 ist ein Glühkathodengleich- richter. der in die zu dem Messgerät 8 füh rende Zuleitung 6 gelegt ist.
Die Zufüh rung des Heizstromes zu dem Glühkathoden- gleichrichter erfolgt über .die Leitung 13. Zur Heizung kann eine Batterie dienen. Vorteil- haft entnimmt man jedoch, sofern die Mess- anordnung in einer Röntgenanlage verwen det wird, die zur Heizung der Glühkathode erforderliche Heizenergie auf dem Heiz- transformator der Röntgenröhre. Mit glei- ehem Vorteil kann die Heizenergie aus dem Heiztransformator einer Ventilröhre entnom men werden.
Soll statt des Scheitelwertes der Effektiv wert der Spannung gemessen werden, so kann. bei Wahl eines geeigneten Messgerätes dieses unmittelbar an den Teil 3a des Span- nungsteilers angeschlossen werden, wobei der Gleichrichter 12, der Kondensator 14 und der Ableitungswiderstand 15 fortfallen.
Statt des in Abb. 2 dargestellten Strei- fenkondensators 10 kann mit Vorteil auch der in Abb. 3 im Schnitt in Einzeldarstellung veranschaulichte Reihenkondensator verwen det werden. Dieser besteht aus einer Röhre 16 geeigneten Dielektrikums, zum Beispiel Porzellan, das innen und aussen mit gegen einander versetzten Belegungen 16a versehen ist. Dieser Kondensator kann in der Achse des wendelförmigen Widerstandes 3 ange ordnet werden. Dem Widerstand steht damit auch auf der Innenseite ein Potentialkäfig mit angepasstem Potentialabfall gegenüber.
Das ist bei Unterbringung von Schaltungs teilen in dem Innenraum zur Vermeidung ähnlicher Fehlerquellen notwendig, wie sie durch das Anbringen des Aussenkäfigs be seitigt werden sollen. Besonders einfach ist die Anordnung hier dadurch, dass der innen untergebrachte Schaltungsteil, der Parallel kondensator, selbst so ausgebildet ist, dass er wie ein Potentialkäfig wirkt. Eine derartige Ausführungsform ist in Abb. 5 im Quer schnitt. veranschaulicht. 3 ist der wendel- förmig aus Widerstandselementen aufgebaute Messwiderstand, der sich in dem aus Isolier stoff bestehenden Behälter 4 befindet. In der Achse des Messwiderstandes 3 ist der Zu satzkondensator 16 untergebracht.
Der in Abb. 1 mit 5 bezeichnete Potentialkäfig ist bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 5 durch einen innerhalb des Behälters 4 an- geordneten Potentialkäfig ersetzt. Der Auf bau dieses Potentialkäfigs ergibt sich aus der schaubildlichen Einzeldarstellung nach Abb. 4. Dabei sind 17 hochohmige Wider stände, die durch Drahtverbindungen 18 in Reihe geschaltet sind.
Der Potentialkäfig 17, 18 und der Kondensator 1,6 werden an die übrige Messanordnung in gleicher Weise angeschlossen, wie die entsprechenden Teile bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 1.
Statt die Windungen des Potentialkäfigs 17, 1.8 nach Form einer vierseitigen Wendel linie zu _ führen, könnte man sie auch in irgendeiner andern Weise führen, zum Bei spiel (wie in Abb. 6 dargestellt) in -Form einer dreiseitigen Wendellinie. Die Ausfüh rungsform nach Abb. 6 stimmt im übrigen mit der nach Abb. 5 überein.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 1 wird die Spannung für das M.essgerät am Ende des Messwiderstandes abgegriffen. Man kann selbstverständlich den Messwiderstand auch als Vorwiderstand verwenden. Weiter hin kann aber auch die für das Messgerät ab zugreifende Spannung von dem mittleren Teil des Messwiderstandes abgegriffen wer den.
Von besonderem Vorteil ist es, zwei Messwiderstände der in Abb. 1 veranschau lichten Bauart in Reihe an die zu messende Gesamtspannung zu legen und den Verbin dungspunkt der beiden Messwiderstände und das Gehäuse für die eigentliche Messanord- nung zu erden, während die für das Mess gerät abzugreifende Spannung in der Nähe des Verbindungspunktes der Messwiderstände von diesen abgegriffen wird.
Dieses Ausfüh rungsbeispiel ergibt sich aus der Ausfüh rungsform nach Abb. 1, indem zu dem dort dargestellten Messwiderstand 3 spiegelbild lich auf der andern Seite des Gehäuses 9 ein zweiter Messwiderstand gleicher Bauart ange ordnet wird, der mit dem ersten Messwiderstand in Reihe liegt. Der Verbindungspunkt zwischen den beiden Messwiderständen und das Ge häuse 9 werden geerdet.
Der Abgriff für das Messgerät 8 wird vorteilhaft auf die beiden Messwiderstände verteilt, indem man zum Beispiel die Leitung 7, statt sie an das Ende des Messwiderstandes 3 anzuschliessen, an den zweiten Messwiderstand anschliesst, ähn lich wie die Leitung 6 an den ersten Mess- widerstand angeschlossen ist.
Die beson deren Vorteile dieser Anordnung bestehen darin, dass das die eigentliche Messanord- nung umgebende Gehäuse geerdet ist und deshalb auf einem Bedienungstisch oder der gleichen angebracht werden kann, während der Anschluss an die Messwiderstände ebenso einfach bleibt wie bei dem -Ausführungsbei spiel nach Abb. 1. Es besteht bei der zu letzt beschriebenen Anordnung auch die Mög lichkeit, das Messgerät 8 aus dem Gehäuse 9 herauszunehmen und das Messgerät unmittel bar auf einem Bedienungstisch oder derglei chen anzubringen.
Arrangement for measuring high voltages, especially in X-ray systems. The voltage measurement using a series resistor or a voltage divider offers the advantage of being able to measure higher voltages with a measuring device with a low measuring range. It has therefore been proposed to measure high voltages with the aid of a series resistor or voltage divider.
In the case of high voltages, however, it is difficult to achieve a constant distribution of the total voltage to be measured on the series resistor and the voltage measuring device for a certain value of the total voltage. The malfunctions that occur are partly due to spray streams and unwanted capacities of the opposing parts against each other or against otherwise adjacent parts.
It has been proposed to eliminate these disturbances to arrange the resistor surrounded by an insulating sleeve within a potential cage, which consists of a current-carrying resistor whose potential at its individual points essentially corresponds to the potential of the closest parts of the measuring resistor.
In the known arrangements, however, the clear distribution of the total voltage to be measured on the front resistance and the voltmeter can still be disturbed by different levels of heating of the individual parts of the measuring resistor. In the case of resistors for high voltages, this is all the more true as the resistance value of the measuring resistor is naturally large and as a result the resistance arrangement has large spatial dimensions. The invention has set itself the task of eliminating the possibility of temperature errors occurring and at the same time reducing the dimensions of the resistor arrangement to a small mass.
For this purpose, according to the invention, the measuring resistor is composed of resistor elements in the form of a helix and is arranged in a container filled with a liquid insulating medium, for example 01.
Because of the helical structure of the measuring resistor, the resistance elements are moved closer together than in. a straight line composition of the resistance elements would be the case, it is part of the new arrangement of particular advantage, the resistance, as known per se; to be arranged within a potential cage whose design is particularly suitable for the present case in the following description of the embodiments.
In the exemplary embodiment shown in Fig. 1, 1 and 2 are the high-voltage lines between which the voltage is to be measured. 3 is a voltage divider connected to the full voltage, which is composed of resistance elements in a helical manner and is located within a container 4 made of insulating material and filled with a liquid insulating agent, for example oil.
For the resistance elements, the well-known high-ohm hard carbon resistors can be used, for example those resistance elements that consist of hard carbon layers applied to a glass or porcelain rod that merge into metal caps at their ends. The resistance elements can be connected to one another by soldering the metal caps together.
As can be seen from the drawing, this arrangement of the measuring resistor results in a very crowded structure of the resistor, so that uneven heating of the individual resistor parts as a result of external influences is essentially excluded. The white direct also leads to the filling of the container 4 with a liquid insulating material to a quick compensation of any occurring differences in the temperature of the resistance elements.
In order to keep extraneous errors away from the voltage divider and to prevent spray currents, the voltage divider 3 is arranged within a potential cage, which is measured and spatially arranged so that its potential at each point is as close as possible to the potential of the closest point of the voltage divider 3 matches. In the illustrated embodiment be the 'potential cage consists of a spiral-shaped, applied to the container 4 hard carbon strip 5, which is placed at both ends of the total voltage.
The voltage fed to the measuring device is tapped from part 3a of the voltage divider 3 and fed via lines 6 and 7 to the actual measuring arrangement. The measuring device 8 is housed with its additional apparatus inside a metallic container 9, which is advantageously connected to a suitable potential of the high-voltage system in order to shield the measuring device. A static voltmeter can be used as a measuring device.
Since measuring devices always have a certain capacitance, the connection of measuring device 8 to part 3a of the voltage divider acts as a parallel connection of a capacitance. This parallel connection would in itself have an adverse effect on the measurement accuracy. This error can be avoided because a capacitance is also connected in parallel with the remaining part of the measuring resistor 3.
The capacitor to be connected in parallel is also used to shield the measuring resistor 3 and can thus be viewed as part of the potential cage. The capacitor arrangement shown in detail in Fig. 2 can be used for this purpose. The capacitor, designated in its entirety by 10, consists of a strip 10a of flexible dielectric, for example paper, on which assignments 10b offset from one another are arranged on both sides.
A voltage applied to the end assignments 10c is distributed in certain gradations between the individual assignments respectively. the partial capacitors, since in principle this capacitor is a number of partial capacitors in series. In the embodiment shown in Fig. 1 Darge the Kon capacitor 10 is used in the container 4 in the form of a spiral lying against the inner wall of the container. In this case, in Fig. 1 for the clearer representation, the capacitor covers denoted in Fig. 2 with 10b and 10c are not shown.
One end of the capacitor 10 is connected to the high-voltage line 1 and the other end to the line 6. The capacitor therefore has essentially the same potential distribution as the measuring resistor 3 and consequently contributes to the shielding of the measuring resistor 3. As is known, the capacitance of the capacitor 10 must be chosen so that the capacitances of the measuring arrangement between the points of external potential and the tap for the measuring device located there between are inversely proportional to the ohmic resistances.
In order to be able to set this ratio easily, an adjustable capacitor 11 is advantageously connected in parallel with the measuring device 8. By adjusting the capacitor 11, the correct ratio of the capacities can then be set in a number of ways.
The measuring arrangement described is suitable for measuring direct and alternating voltages and can, in particular, be used to great advantage in X-ray systems. In X-ray systems, you usually want to measure the peak values of the voltage. In this case, the circuit of the measuring device shown in the drawing is advantageously used, in which a capacitor 14 is connected in parallel to the static voltmeter 8, while 15 is a discharge resistance selected according to the capacitance and lying parallel to the measuring device 8. 12 is a hot cathode rectifier. which is placed in the lead 6 leading to the measuring device 8.
The heating current is supplied to the hot cathode rectifier via line 13. A battery can be used for heating. However, if the measuring arrangement is used in an X-ray system, it is advantageous to take the heating energy required to heat the hot cathode from the heating transformer of the X-ray tube. The heating energy can be taken from the heating transformer of a valve tube with the same advantage.
If the effective value of the voltage is to be measured instead of the peak value, then. if a suitable measuring device is selected, this can be connected directly to part 3a of the voltage divider, the rectifier 12, the capacitor 14 and the discharge resistor 15 being omitted.
Instead of the strip capacitor 10 shown in FIG. 2, the series capacitor shown in section in an individual representation in FIG. 3 can also be used with advantage. This consists of a tube 16 of suitable dielectric, for example porcelain, which is provided inside and outside with offset layers 16a. This capacitor can be arranged in the axis of the helical resistor 3 is. A potential cage with an adapted potential drop is thus also opposite the resistance on the inside.
This is necessary when accommodating circuit parts in the interior to avoid similar sources of error, as they should be eliminated by attaching the outer cage. The arrangement is particularly simple here in that the circuit part housed inside, the parallel capacitor, is itself designed in such a way that it acts like a potential cage. Such an embodiment is in Fig. 5 in cross section. illustrated. 3 is the measuring resistor, built up in the form of a helix from resistance elements, which is located in the container 4 made of insulating material. In the axis of the measuring resistor 3, the additional capacitor 16 is housed.
The potential cage denoted by 5 in FIG. 1 is replaced in the exemplary embodiment according to FIG. 5 by a potential cage arranged within the container 4. The construction of this potential cage results from the diagrammatic individual representation according to Fig. 4. There are 17 high-resistance resistors that are connected in series by wire connections 18.
The potential cage 17, 18 and the capacitor 1, 6 are connected to the rest of the measuring arrangement in the same way as the corresponding parts in the exemplary embodiment according to FIG. 1.
Instead of guiding the turns of the potential cage 17, 1.8 in the form of a four-sided spiral line, they could also be guided in some other way, for example (as shown in Fig. 6) in the form of a three-sided spiral line. The embodiment according to Fig. 6 otherwise corresponds to that of Fig. 5.
In the embodiment according to Fig. 1, the voltage for the measuring device is tapped at the end of the measuring resistor. You can of course also use the measuring resistor as a series resistor. Furthermore, however, the voltage to be accessed by the measuring device can also be tapped from the middle part of the measuring resistor.
It is particularly advantageous to connect two measuring resistors of the type shown in Fig. 1 in series to the total voltage to be measured and to ground the connection point of the two measuring resistors and the housing for the actual measuring arrangement, while the one for the measuring device The voltage to be tapped near the connection point of the measuring resistors is tapped by these.
This Ausfüh approximately example results from the Ausfüh approximate form according to Fig. 1, in that to the measuring resistor 3 shown there, mirror image Lich on the other side of the housing 9, a second measuring resistor of the same design is arranged, which is in series with the first measuring resistor. The connection point between the two measuring resistors and the housing 9 are grounded.
The tap for the measuring device 8 is advantageously distributed over the two measuring resistors by, for example, connecting the line 7 to the second measuring resistor instead of connecting it to the end of the measuring resistor 3, similar to the line 6 to the first measuring resistor connected.
The particular advantages of this arrangement are that the housing surrounding the actual measuring arrangement is grounded and can therefore be attached to an operating table or the like, while the connection to the measuring resistors remains just as simple as in the embodiment according to Fig. 1. In the arrangement described last, there is also the possibility of removing the measuring device 8 from the housing 9 and attaching the measuring device directly to a control table or the like.