Torrichtung zum Nessen von Gleichspannungen geringer Grösse.
Zum Messen von Gleichspannungen geringer Grösse und insbesondere zur Messung der Klemmenspannung einer Gleichstromquelle mit sehr hohem innerem Widerstand sind Vorrichtungen bekannt, bei denen die zu messende Gleichspannung mittels eines durch die zu messende Gleichspannung aufgeladenen Kondensators in eine Wechselspannung umgewandelt wird, und Mittel vorgesehen sind, mit denen die Kondensatorkapazität periodisch geändert wird. Dem Kondensator kann dann eine Wechselspannung mit einer der Grösse der ihm zugeführten Gleichspannung proportionalen Amplitude entnommen werden ; nachdem diese Wechselspannung verstärkt und gegebenenfalls gleichgerichtet worden ist, kann sie auf einfache Weise gemessen wer- den.
Solche Vorrichtungen können ebenfalls bei der Bestimmung der Grole von Gleichspannungen mittels eines Kompensationsver- fahrens vorteilhaft verwendet werden, wobei die erreichte Genauigkeit von der Genauig- keit abhängig ist, mit der der Grössenunter- schied der unbekannten und einer bekannten Gleichspannung gemessen werden kann.
Es wurde nun festgestellt, dass die Genauigkeit, mit der mit den obenbeschriebenen Vorrichtungen eine Gleichspannung gemessen werden kann, verhältnismässig gering ist, das s heisst im allgemeinen nur etwa 0,020 V beträgt.
Die Erfindung bezweckt eine Verbesserung der Vorrichtungen der obenbeschriebenen Art zu schaffen, wodurch eine merklich grössere Messgenauigkeit erreicht werden kann.
Gemäss der Erfindung sind die Elektro- den des durch die zu messende Gleichspan- nung aufgeladenen Kondensators flach und parallel zueinander liegend sowie derart angeordnet, dass sie durch die erwähnten Mittel zur periodischen Anderung der Kondensator- kapazität gegeneinander ausschliesslich in einer Richtung senkrecht zur Elektrodenebene bewegbar sind.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die besagte geringe Messgenauig- keit von dem Kontaktpotentialunterschied der beiden Kondensatorelektroden herbeigeführt wird, weswegen der Kondensator immer eine bestimmte Ladung aufweisen wird, sogar wenn ihm keine Ladung zugeführt worden ist. Es wurde festgestellt, daB ein"Iiontakt- potential auch bereits ohne Berührunr zxvi- schen Metallteilen auftritt, analog dem Kon- taktpotential zwischen Kathode und Gitter einer üblichen Verstärkerröhre, wo der gleiche Effekt infolge der hoheren Temperaturen ver stärkt auftritt.
Weil das Kontaktpotential von der Elektronenaustrittsarbeit aus der Metalloberfläehe abhängig ist, beeinflusst die Oberflächenbescha. ffenheit deren Grösse. Da letzterer von Punkt zu Punkt verschieden ist (Rauhigkeit, Feuchtigkeit, Oxydierung usw.), entsteheeu Differenzen zwischen den an verschiedenen Punkten vorherrschenden Kontaktpotentialen.
Weil das Kontaktpotential einer Metallober- fläche von Punkt zu Punkt versehieden ist, wird der Kontaktpotentialunterschied zwi- schen den Elektroden, der annäherungsweise unabhängig vom Elektrodenabstand ist, nur dann konstant sein, wenn bei Anderung der Kondensatorkapazität durch gegenseitige Be wegung der Elektroden die wirksame Elek- trodenoberfläche immer gleich bleibt und ausserdem der von einem beliebigen Teil der wirksamen Elektrodenoberfläehe gelieferte Beitrag zur Gesamtkondensatorkapazität zu der letzigena.
nnten immer im gleichen Ver hältnis steht, was erfindungsgemäss durch Anwendung der vorerwähnten Massnahmen erzielt wird.
Um zu erreichen, dass sich der Kontakt potentialuntersehied auch auf die Dauer nicht ändert, hat es sich als günstig erwiesen, den Kondensator in einer luftdicht abgeschlos- senen Hülle und einer chemisch unwirksamen Atmosphäre oder im Vakuum anzuordnen, wodurch Kontaktpotentialänderungen wegen atmosphärischer oder chemischer Einflüsse vermieden werden.
Durch die genannten Massnahmen wird bewirkt, daB der Kontaktpotentialunterschied der Elektroden im Gegensatz zu jenem bei den bekannten Vorrichtungen unveränderlich ist. Dessen Grösse und Polarität können somit ermittelt werden und bei Berücksichtigung derselben insbesondere bei der Ausführung von Messungen wird eine beträchtlich grössere Messgenauigkeit als mit den bekannten Vorrichtungen erreicht.
rTm die an die mechanische Konstruktionsgenauigkeit des Kondensators zu stellenden Anforderungen im Zusammenhang mit der gewünschten Messgenauigkeit mögliehst herabzusetzen, empfiehlt es sich, die Elektroden des Kondensators aus einem Metall mit solchen Eigenschaften herzustellen, dass der Kontakt- potentialuntersehied von zwei daraus hergestellten Elektroden von Natur sehr gering ist. Irn Zusammenhang hiermit hat es sich als giinstig erwiesen, die Elektroden aus elek trolytisehem Rotkupfer herzustellen.
Weil durch die vorgenannten Massnahmen der Kontaktpotentialunterschied der Konden- satorelektroden im Gegensatz zu jenem bei bekannten Vorrichtungen, bei denen zum Beispiel durch Drehung einer der Elektroden veränderliche Kondensatoren verwendet werden, konstant ist, kann nach einer weiteren Ausbildung des Erfindungsgegenstandes der Kontaktpotentialunterschied der Elektroden dadurcl atxsgegliv ; hen werden, dass dem Kondensator eine konstante Gleichspannung zugeführt wird, die dem Kontaktpotentialunter schied der Kondensatorelektroden gleich, aber entgegengesetzt ist.
Dies kann insbesondere vorteilhaft beim Ausführen von Messungen nach dem Kompensationsverfahren Anwen- dung finden, bei dem die unbekannte und die zum Vergleich dienende Gleichspannung dann genau gleich sind, falls am Kondensator mit veränderlicher Kapazität, dem die Dif fermez der beiden Gleichspannungen zugeführt wird, gar keine Wechselspannung herrscht, was mittels empfindlicher Verstär kervorrichtungen, die ein Volt-oder Amperemeter der iilichen Art oder ein sonstiges Anzeigegerät, zum Beispiel einen Kathodenstrahlindikator, steuern, leicht festgestellt werden kann, so dass eine sehr grosse Mess- genauigkeit erreichbar ist.
Gate direction for eating DC voltages of low magnitude.
For measuring DC voltages of small magnitudes and in particular for measuring the terminal voltage of a DC power source with a very high internal resistance, devices are known in which the DC voltage to be measured is converted into an AC voltage by means of a capacitor charged by the DC voltage to be measured, and means are provided with which the capacitor capacity is changed periodically. An alternating voltage with an amplitude proportional to the magnitude of the direct voltage supplied to it can then be taken from the capacitor; after this AC voltage has been amplified and, if necessary, rectified, it can be measured in a simple manner.
Such devices can also be used advantageously when determining the magnitude of direct voltages by means of a compensation method, the accuracy achieved being dependent on the accuracy with which the difference in size between the unknown and a known direct voltage can be measured.
It has now been established that the accuracy with which a direct voltage can be measured with the devices described above is relatively low, that is to say is generally only about 0.020 V.
The aim of the invention is to improve the devices of the type described above, as a result of which a markedly greater measurement accuracy can be achieved.
According to the invention, the electrodes of the capacitor charged by the DC voltage to be measured are flat and parallel to one another and are arranged in such a way that they can only be moved relative to one another in a direction perpendicular to the electrode plane by the means mentioned for periodically changing the capacitor capacitance .
The invention is based on the knowledge that the said low measuring accuracy is brought about by the contact potential difference between the two capacitor electrodes, which is why the capacitor will always have a certain charge, even if no charge has been supplied to it. It was found that an "ion clock potential" occurs even without touching metal parts, analogous to the contact potential between the cathode and grid of a conventional amplifier tube, where the same effect occurs more intensely due to the higher temperatures.
Because the contact potential depends on the work function of the electrons from the metal surface, it influences the surface properties. its size. Since the latter is different from point to point (roughness, moisture, oxidation, etc.), there are now differences between the contact potentials that prevail at different points.
Because the contact potential of a metal surface differs from point to point, the contact potential difference between the electrodes, which is approximately independent of the electrode spacing, will only be constant if, when the capacitor capacitance changes due to reciprocal movement of the electrodes, the effective elec- electrode surface always remains the same and also the contribution made by any part of the effective electrode surface to the total capacitor capacity to the last one.
Nnten is always in the same ratio, which is achieved according to the invention by applying the aforementioned measures.
In order to ensure that the contact potential difference does not change in the long term, it has proven to be beneficial to place the capacitor in an airtight envelope and in a chemically inactive atmosphere or in a vacuum, thereby avoiding contact potential changes due to atmospheric or chemical influences will.
The measures mentioned have the effect that the contact potential difference of the electrodes, in contrast to that in the known devices, is invariable. Its size and polarity can thus be determined and, if these are taken into account, particularly when carrying out measurements, a considerably greater measurement accuracy is achieved than with the known devices.
In order to reduce the demands on the mechanical construction accuracy of the capacitor in connection with the desired measurement accuracy as much as possible, it is advisable to manufacture the electrodes of the capacitor from a metal with such properties that the contact potential difference between two electrodes made from them is inherently very small is. In connection with this it has proven to be advantageous to manufacture the electrodes from electrolytic red copper.
Because, as a result of the aforementioned measures, the contact potential difference of the capacitor electrodes, in contrast to that in known devices in which, for example, variable capacitors are used by rotating one of the electrodes, the contact potential difference of the electrodes can be dadurcl atxsgegliv according to a further embodiment of the subject of the invention; hen that the capacitor is supplied with a constant DC voltage that is the same as, but opposite to the contact potential difference of the capacitor electrodes.
This can be used particularly advantageously when performing measurements according to the compensation method, in which the unknown and the comparison DC voltage are then exactly the same if none at all on the capacitor with variable capacitance to which the difference between the two DC voltages is fed AC voltage prevails, which can easily be determined by means of sensitive amplifying devices that control a voltmeter or ammeter of the usual type or some other display device, for example a cathode ray indicator, so that a very high measurement accuracy can be achieved.