Spitzenspannungsmesser zur Ausmessung einmaliger Vorgänge.
Es sind elektrisehe Spitzenspannungsmes- ser bekannt geworden, die ein Ventil aufweisen, über das ein Kondensator auf den Höchstwert einer Überspannungswelle aufgeladen wird. Durch ein elektrostatisches Messinstru- ment kann dieser Spannungshöchstwert am Kondensator gemessen werden. Sollen nun raseh verlaufende Vorgänge ausgemessen werden, wie sie vor allem bei Xberschlägen als Stoss-bzw. Überspannungswellen auftreten, dann reicht unter Umständen diese Schaltung nient mehr zu genügend genauer Messung aus.
Is'ür solche Fälle ist schon ein Spitzenspannungsmesser vorgeschlagen worden, der aus einer geeigneten Kombination zweier derartiger Ventilkreise besteht. Diese Anordnung ist zwar universel verwendbar, ihr Aufwand aber auch entsprechend grosser.
In Laboratorien sowie in Prüffeldern kommt es häufig vor, dass die auszumessende Spannung eine Stossspannung oder ein rasch abklingender Wellenzug ist. Durch die Erfindung wird ein einfacher und trotzdem lei stungsstarker Spitzenspannungsmesser zur Ausmessung dieser kürzesten Überspannungs- vorgänge dadurch geschaffen, dass parallel zu dem Messkondensator ein zweiter Kondensator über einen sehr hochohmigen Widerstand angeschlossen ist, dessen Ladespannung unter Berücksichtigung des Umladungsverhältnisses mit Hilfe des statischen Voltmeters gemessen wird.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung näher beschrieben.
Fig. 1 zeigt zunäehst den bekannten Spit zenspannungsmesser, bei dem ein Messkondensator 4 über ein Gleichrichterventil 3 von den an Spannung liegenden Klemmen 1 und 2 aus aufgeladen wird. Die Spannung wird dabei durch ein parallel zum Messkondensator geschaltetes elektrostatisches Voltmeter 5 gemessen.
Die Grenze der hiermit messbaren höchsten Frequenz ist. dadurch gezogen, dass bei festliegender Grösse der Entladezeitkonstante Te = Cm. Ra (Cn, ist die Kapazität des Messkondensators, Ra ist der Ableitwiderstand des Ventils in der Sperrphase) der innere Widerstand des Ventils bei höherer Frequenz nicht mehr gestattet, den Messkondensator ohne grossen Spannungsabfall auf volle Spannung aufzuladen.
Um kürzeste Spanmmgsvorgänge zu erfassen, muss die Aufladung des Messkonden- sators sehr schnell vor sich gehen. Das kann erreicht werden, indem entweder der Messkondensator verkleinert oder mehrere Ventile parallel geschaltet werden, oder ein Ventil genommen wird, dessen innerer Widerstand entsprechend klein ist. Hierdurch wird die Entladezeitkonstante natürlich stark verklei- nert.
Nachdem bei der Bestimmung der Grenzfrequenz des bekannten Spitzenspannungs messers die Entladezeitkonstante mit Rücksicht auf die gerade noch möglieh sichere Ablesung des elektrostatischen Instrumentes mit etwa 500 Sek. festgelegt war, kann bei der abgeänderten Auslegung, also bei stark reduzierter Entladezeitkonstante, eine direkte Spannungsablesung in der bisherigen Weise nicht mehr erfolgen. Diese Ablesung wird nach Fig. 2 dadurch wieder möglich gemacht, dass an dem Messkondensator 4 über einen sehr hochohmigen Umladewiderstand 6 der eigentliehe Anzeigekondensator 7 und an diesen erst das elektrostatische Instrument 5 angeschlossen wird.
Der Anzeigekondensator 7 (Ca) wird dabei zweckmässigerweise so gross gemacht, dass die Entladezeitkonstante für den Ablesevorgang
Ta = (Ca + Cm)Ra mindestens wieder 500 Sek. wird. Den Umladewiderstand (6) Ru wird man etwa 2 oder 3 Grössenordnungen kleiner wählen als den Ableitwiderstand Ra des oder der Ventile 3. Man erreieht damit, dass der während der Umladung des Messkondensators 4 auf den Ablesekondensator 7 über den Ventilableitwiderstand Ra abfliessende Ladvngsanteil vollständig ver nachlässigbar ist gegen die zur Ausmessung gelangende Ladung.
Gleichzeitig ist bei dieser Bemessung von R"dafur gesorgt, dass wäh- rend der Aufladung des Messkondensators 4 auf den Anzeigekondensator 7 keine Ladung kommt. Es ist dabei ja zu bedenken, dass der Umladewiderstand in der Grössenordnung von etwa 1010 Ohm liegen wird, zusammen mit der Grösse des Umladekondensators von mindestens etwa 20-10-12 M ergibt sieh damit eine Zeitkonstante für die Aufladung des Anzeige- kondensators von etwa 0, 2 Sek. Für die Aufladung des Messkondensators stehen aber nur Zeiten von längstens 10-5 Sek. zur.
Verfü- yang-dans Gerät soll ja in erster Linie zur Ausmessung sehr rasch verlaufender Vorgänge dienen. Selbst wenn man für diese Ladezeit von 10-5 Sek. eine Rechteekspannung vom Be t. rag lJ5 am Messgerät annimmt, dann würde der Anzeigekondensator nur auf etwa 3, 5 10-5 Cg aufgeladen werden. Rechnet man noch für die hier eingesetzten Werte mit einer Umladung 1 : 10, d. h. Ca = 10. Cm dann beträgt die Fälschung des Ableseergebnisses durch die während der Aufladung von Cm direkt auf Ca kommende Ladung etwa 0, 035 /o.
Ein Ausführungsbeispiel des Gerätes ist in Fig. 3 dargestellt. 1 und 2 sind die Anschlussklemmen des eigentlichen Spitzenspannungsmessers, 3 ist ein Ventil mit sehr kleinem innern Widerstand und relativ hoher Sperrspannung, 4 ist der Messkondensator, 9 ein parallel dazu liegender Trimmerkondensator, 7 der Umladekondensator Ca, an den über das abgeschirmte Kabel 10 das elektrostatische Messinstrument 5 angeschlossen ist. Die Heizung des elektrischen Ventils 3 erfolgt über eine abgeschirmte Wicklung 14 und einen Isoliertransformator 16 von einem beliebigen Wechselspannungsnetz 32 aus, wobei zwischen Isoliertransformator 16 und Netz noch der Isoliertransformator 31 eingeschaltet ist. Auf dem Transformator 16 ist ausserdem noch eine Wicklung 15 untergebracht, die am selben Potential liegt, wie die Heizwicklung 14, und die ebenfalls abgeschirmt ist.
Mit Hilfe dieser Wicklung 15 wird über ein Potentiometer 18 und einen Vollweggleichrichter 19 in den Ven tilkreis eine Gleichspannung eingefügt, die den Anlaufstrom dieses Ventils kompensieren soll.
20 ist ein Glättungskondensator, 21 der Parallelwiderstand zu dem Überbrüekungskonden- sator 22, an dem die Kompensationsspannung entsteht. Zur Ausmessung der beiden Polaritä- ten ist der Umschalter 23 vorgesehen ; bei jedem Wechsel der Stosspolarität ist dieser Sehalter entsprechend umzustellen. 46 ist ein Trimmerkondensator, der so eingestellt wird, dass bei beiden Polaritäten das Umladeverhältnis der Summe aus der Kapazität des Messkondensators und der zugehörigen Schaltkapa- zität zu der Kapazität des Ablesekondensators konstant bleibt. Eine derartige Einstellung ist erforderlich, da sich bei einer Umschaltung die Schaltkapazität verändert.
Bei der Ausmessung derartiger Stossvorgänge ist darauf zu aehten, dass das Potential bei 27, unter Umständen gegen Null angehoben wird, so dass zwischen ihm und dem Erdanschlusspunkt 12 des Ableseinstrumentes ein beträchtlicher Spannungsuntersehied auftreten kann. LTm nun die Übertragung dieser hohen Stossspannung auf den Beobachtungs- platz, also zum Instrument 5, und damit eine Gefährdung des Beobachters zu vermeiden, ist im vorliegenden Fall ausser dem Umladewiderstand 6 ein Entkopplungswiderstand 8 vorgesehen, der eine Potentialdifferenz zwischen den Punkten 12 und 27 verhindert.
Beide Widerstände sind sehr hochohmig, sie liegen in der Grossenordnung von etwa 109 bis : 101 Q. Auf diese Weise wird die ganze Ableseeinrichtung 5, das abgeschirmte Kabel 10 und der Ablesekondensator 7 gegen die hohen Stossspannungen abgeriegelt ; am Beobach- tungsplatz selbst können keine erhöhten Span nungen mehr auftreten. Bei dem Aufbau des Spitzenspannungsmessers ist dann allerdings zu beachten, dass zwischen dem am Erdungspunkt 27 liegenden Abschirmgehäuse 30 und dem abgeschirmten Kabel 10 während des Stossvorganges eine ganz beachtliche Spannungsdifferenz herrscht.
Dieser Tatsache ist cladurch Rechnung getragen, dass an der Durehführungsstelle des Kabels 10 durch das Gehäuse 30 eine Isolierbuchse 29 vorgesehen ist.
Aus ähnlichen Gründen der Isolation erfolgt auch die Zuleitung der Netzspannung 32 durch eine Isolierbuchse 28 und über einen Zwisehentransformator 31. Das unmittelbare Aufbringen der Netzwieklung auf dem Transformator 16 ist nicht zu empfehlen, da die beiden Wicklungen 14 und 15 mit sehr kleiner Kapazität gegen den Kern des Transformators 16, d. h. mit grossem Abstand von diesem, ausgeführt werden müssen ; anderseits muss aber auch die Netzwicklung einen grossen Span nungsabstand von dem Kern 16 erhalten.
Es liesse sich bei Verwendung eines Transformators kaum vermeiden, dass auf diese Weise zwischen den Wieklungen 14 und 15 und der Abschirmung der Netzwicklung grosse störende Kapazitäten entstehen ; bei der gewählten Anordnung besteht diese Gefahr nicht.
Parallel zu dem Messinstrument 5 ist noch eine Kurzschlusstaste 11 vorgesehen, um nach jedem Stoss, d. h. also nach jeder Messung, das Instrument 5 bzw. den Ablesekondensator 7 und den Messkondensator 4 entladen zu kön- nen, würde man dies unterlassen, dann würde mit der Zeit, d. h. mit einer grosseren Zahl von Stössen, der Ablesekondensator 7 auf die volle Spitzenspannung des Messkondensators 4 aufgeladen werden.
Wenn man auch in Sonderfällen diesen Vorgang vielleicht so ausnützen wird, dass man das Instrument 5 erst nach dem zweiten oder dritten Stoss abliest, weil ein einmaliger Stoss einen zu kleinen Ausschlag am Voltmeter 5 erzeugt, so wird man normalerweise doeh, wie eingangs schon er wähnt, nach jedem Stoss den Kurzschliesser 11 betätigen. Zweckmässig geht man sogar so vor, dass das Instrument im normalen Zustand über den Taster 11 kurzgeschlossen und erst kurz vor der Auslösung der Stossspannung kurzzeitig geöffnet wird.
In Fig. 3 ist für den Anschluss des Spitzen spannungsmessers ein kapazitiver Spannungsteiler vorgesehen ; 26 bezeichnet dabei den Leitungsanschluss, 25 den Hochspannungskondensator und 24 den Teilerkondensator. Während bei der Auswahl des Messkondensators 4 bzw. des Kondensators 9 und 31 darauf geachtet werden muss, dass diese Kondensatoren frequenzunabhängig sind, d. h. Luft oder Glimmer als Dielektrikum besitzen, ist bei der Auswahl der Kondensatoren 24 und 25 nur darauf zu sehen, dass die Übersetzung des Spannungsteilers frequenzunabhängig ist, was aueh schon erreicht wird, wenn für die beiden Konden- satoren das gleiche Dielektrikum, auch wenn es frequenzabhängig ist, benützt wird.
Zweckmässig macht man den Teilerkondensator 24 etwa zwei bis drei Grössenordnungen grösser als die Summe der über das oder die Ventile 3 unmittelbar aufzuladenden Messkondensatoren.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Spitzenspannungsmessers mit Kondensatorum- ladung ist in Fig. 4 dargestellt. In dieser Ausführung ist der Spitzenspannungsmesser in erster Linie vorgesehen zur Bestimmung der Stossspannungsdifferenz zwischen zwei Wick- lungpunkten l und 2 einer Transformatorwicklung 38, die bei 40 einpolig geerdet ist und die auf die freie Klemme 39 gestossen wird. Die eigentliche Messeinrichtung ist hier in einem Abschirmgehäuse 45 untergebracht, das mit der Kathode des Ventils 3 verbunden ist.
Die Heizung dieses Ventils erfolgt durch einen Spezialtransformator 36, dessen Heizwicklung 34 mit kleinster Erdkapazität ausgeführt wird, um zu vermeiden, dass eine zusätz- liche Erdkapazität des als Heiztransformator verwendeten Spezialtransformators 36-das Messergebnis beeinflusst. Eine zusätzliche Erd- kapazität macht sich besonders dann ungün- stig bemerkbar, wenn der Prüfling nur eine kleine Längskapazität aufweist. Die Netzwick- lung dieses Transformators ist mit 37 bezeich- net.
Durch das Ventil 3 wird der Messkondensator 4 aufgeladen, der sich über den Umladewiderstand 6 auf den Ablesekondensator 7 entlädt, der leicht abnehmbar in die Klemmen 41 und 42 eingehängt ist.
Wie schon vorgeschlagen, wird auch hier zum Ausmessen der Ladung des Anzeigekon- densators 7 dieser aus dem Aufladeteil des Messgerätes entfernt und an die Klemmen 43 und 44 des einpolig an Erde angeschlossenen elektrostatischen Messinstrumentes 5 angelegt.
Durch dieses Verfahren erreicht man, dass der eigentliche Spitzenspannungsmesser nicht mit der zusätzlichen Erdkapazität des elektrosta- tischen Instrumentes 5 belastet wird. Dasselbe ist auch durch spezielle, automatisch wirkende Schaltmittel zu erreichen. Bekanntlich wird der Stossgenerator meist durch eine Druck knopfsteuerung ausgelöst. Verwendet man hierbei ein zusätzliches Zeitrelais zur Umschal- tung des Kondensators, so wird dadurch der Umladewiderstand ersetzt, und das statische Voltmeter besitzt Erdpotential, da bei dieser Ausführung das Umschaltelement für die volle Stossspannung isoliert ist.
Bei dem Aufbau des eigentliehen Spitzen- spannungsmessers ist sowohl ein Ventil kleinster Eigenkapazität zu wählen, ebenso darf der Messkondensator 4 nur eine kleine Ka. pazi- tät besitzen. Um trotzdem auf dem Ablesekon- densator 7 eine nennenswerte Spannung aufzubringen, wird man die Stossversuche mit der, mit Rücksicht auf die Sperrspannung des Ventils 3 möglichen, höchsten Stossspannung durchfiihren. Es lässt sieh auf diese Weise, sogar bei genügend hoher Umladung, ohne weiteres erreichen, dass im Kondensator sieben Spannungen von etwa 300 bis 2000 Volt auftreten.
Diesen Spannungen gegenüber spielt aber die durch den Anlaufstrom des Ventils 3 hervorgerufene Aufladung von 4 bzw. 7 in der Grolle von etwa 2 bis 3 Volt keine Rolle ; das Fig. 4 dargestellte Gerät ist deshalb ohne Kompensation des Anlaufstromes ausgeführt.
Ausser kleinsten Messkapazitäten muss der Spitzenspannungsmesser auch noch mit kleinsten Erdkapazitäten ausgeführt werden. Aus diesem Grunde wurde beim Heiztransformator der Teil des Eisenkerns 35, auf dem die Heiz- wicklung 34 aufgebracht ist, durch zwei Luft- spalte beträchtlicher Grosse gegen den auf Erdpotential befindlichen übrigen Eisenkern des Transformators 36 isoliert. Als Erdkapazität dieses Transformators kommt daher in erster Linie nur die Kapazität des Kernteils 35 gegen den Transformatorkern 36 in Frage ; sie liegt selbst bei einigen Watt Heizleistung in der Grosse von etwa 5 pF. Selbstverständlich werden die Verbindungsleitungen zwischen Heizwicklung bzw. Wicklungsme#punk- ten und dem Spitzenspannungsmesser so kurz als überhaupt nur möglich gehalten.
In den Ausführungsbeispielen ist der vorgeschlagene Spitzenspannungsmesser nur dargestellt zur Ermittlung des Höchstwertes einmaliger, rasch verlaufender Überspannungen.
Selbstverständlich lassen sich mit ihm aueh Höchstwerte von elektrischen Strömen und sonstigen elektrischen bzw. auch niehtelektrisehen Vorgängen bestimmen, wenn diese erst in elektrische Spannnngen umgeformt worden sind.
Die hier vorgeschlagene Spitzenspannungsmesser kann an eine Alessstelle, die auch eine stationäre Spannung besitzt, nieht angesehlos- sen werden, da eine solche den Ablesekonden- sator 7 im Laufe einiger Sekunden auf genau denselben Wert auflädt, wie den : Alesskonden- sator 4, das Umladeverhättnis also = 1 wird, während dieses sonst 10, 20 oder vielleicht noch mehr beträgt.
Ausserdem ist es unter Umstanden möglich, dass der Anzeigekondensator nicht sehon während des Stossvorganges über den Umladewiderstand an den Messkondensator angeschlossen ist, sondern erst nach Beendigung des Stosses, wobei der Messkon- densator gleichzeitig vom Ventil getrennt und damit seine Entladung über den Ableitwider- stand desselben verhindert wird. Wird diese Umschaltung in der ersten Sekunde nach Abklingen des Stosses durchgeführt, dann ergibt eine überschlägige Rechnung, dass keine allzu grosse Fdlsehung des Messergebnisses eintritt, obwohl die Leistungsfähigkeit der Messanord nung gegenüber der einfachsten Sehaltung nach Fig. 1 beträchtlich erhöht sein kann.
Nimmt man nämlich an, dass die für die einfaehste Schaltung zugrunde gelegte Entlade- zeitkonstante von 500 Sek. durch entsprechende Verkleinerung des Messkondensators auf 100 Sek. herabgesetzt wird, so kann ein solcher Spitzenspannungsmesser im günstigsten Fall bis zu Grenzfrequenzen von ungefähr 2. 106 11z verwendet werden. Ist die Umschal- tung des Messkondensators auf den Anzeigekondensator nun innerhalb 1 Sek. abgeschlossen, so kann höchstens I O/o der auf dem Messkondensator liegenden Ladang für die Ausmessung verlorengegangen sein, ein Betrag, der ohne weiteres in Kauf genommen werden kann.
Der Vorteil dieser Schaltung ist der, dass auch linger dauernde einmalige Über- spannungsvorgänge ausgemessen werden kön- nen.
Die Schaltung nach Fig. 4 kann in gewissen Fällen noch dadurch verbessert werden, dass das elektrische Ventil mit einer Kathode sehr grosser Wärmekapazität ausgeführt wird.
Man kann dann so vorgehen, dass die Kathode vor dem Stoss von Erde aus hochgeheizt wird, dass vor dem Stoss diese Heizung zweipolig abgeschaltet, d. h., dass das Messgerät von ihrer zusätzlichen Erdkapazität befreit wird, und durch denselben Handgriff, der die Heizung abschaltet, kann man auch den Stoss auslösen.
Der Heizfaden ist dann noch genügend heiss, d. h. der innere Widerstand des Ventils noch so klein, dass einwandfreie Messungen möglich sind. Unter Umständen ist es auch vorteilhaft, die Heizung des Ventils durch eine kleine, in das Messgerät eingebaute Batterie vorzunehmen.
Beim Aufbau eines Spitzenspannungsmessers nach Fig. 4, bei dem also grösster Wert auf kleinste Kapazität aller Teile nnterein- ander und gegen Erde zu legen ist-durch zusätzliche Kapazitäten zwischen dem Gehäuse 45 und den mit der Anode des Gleichrichter- rohres verbundenen Teilen wird die Gleich- spannungsergiebigkeit des Spitzenspannungsmessers unter Umständen sehr stark herab- gesetzt-, kann es von grossem Vorteil sein, wenn der Messkondensator 4 unmittelbar-in das Ventil 3 mit eingebaut wird.
Man kann das Ventil dann so ausbilden, dass seine Anode den einen Belag des Messkondensators und eine zweite kleine, eingeschmolzene Platte den andern Belag des Messkondensators bilden.
Selbstverständlich ist dann darauf zu achten, dass die eigentliche Anode den andern Kondensatorbelag gegen die von der Kathode ausgehenden Elektronen so abschirmt, dass durch solche Störströme keine Fälsehung der Messungen entsteht.
Für den Fall, dass die Anode als die eine Kondensatorbelegung benützt wird, muss ausser der Anode nur noch eine zusätzliche Durch- führung für die zweite Kondensatorbelegung vorgesehen werden.
Peak voltmeter for measuring one-off processes.
Electrical peak voltmeters have become known which have a valve via which a capacitor is charged to the maximum value of an overvoltage wave. This maximum voltage value on the capacitor can be measured by an electrostatic measuring instrument. If processes running rapidly should now be measured, as they occur above all in the event of overturning as impact or. If overvoltage waves occur, this circuit may no longer be sufficient for a sufficiently accurate measurement.
For such cases a peak voltmeter has already been proposed which consists of a suitable combination of two such valve circuits. Although this arrangement can be used universally, its complexity is correspondingly greater.
In laboratories and test fields it often happens that the voltage to be measured is a surge voltage or a rapidly decaying wave train. The invention creates a simple and yet powerful peak voltmeter for measuring these shortest overvoltage processes by connecting a second capacitor in parallel to the measuring capacitor via a very high-resistance resistor, the charging voltage of which is measured with the help of the static voltmeter, taking into account the charge reversal ratio .
Exemplary embodiments of the invention are described in more detail below with reference to the drawing.
Fig. 1 shows first the known Spit zenspannungsmesser, in which a measuring capacitor 4 is charged via a rectifier valve 3 from the terminals 1 and 2 which are connected to voltage. The voltage is measured by an electrostatic voltmeter 5 connected in parallel to the measuring capacitor.
The limit of the highest frequency that can be measured with this is. drawn by the fact that with a fixed size of the discharge time constant Te = Cm. Ra (Cn, is the capacitance of the measuring capacitor, Ra is the leakage resistance of the valve in the blocking phase) the internal resistance of the valve at higher frequencies no longer allows the measuring capacitor to be charged to full voltage without a large voltage drop.
In order to record the shortest voltage processes, the measuring capacitor has to be charged very quickly. This can be achieved either by reducing the size of the measuring capacitor or by connecting several valves in parallel, or by using a valve whose internal resistance is correspondingly small. This of course greatly reduces the discharge time constant.
After the discharge time constant was set at around 500 seconds when determining the cut-off frequency of the known peak voltmeter, taking into account that the electrostatic instrument can still be safely read, a direct voltage reading in the previous one can be performed with the modified design, i.e. with a greatly reduced discharge time constant Way no longer done. This reading is made possible again according to FIG. 2 in that the actual display capacitor 7 is connected to the measuring capacitor 4 via a very high-resistance charge-reversal resistor 6, and only the electrostatic instrument 5 is connected to this.
The display capacitor 7 (Ca) is expediently made so large that the discharge time constant for the reading process
Ta = (Ca + Cm) Ra at least 500 seconds again. The charge reversal resistance (6) Ru will be selected to be about 2 or 3 orders of magnitude smaller than the leakage resistance Ra of the valve (s) 3. This means that the charge portion flowing off during the charge reversal from the measuring capacitor 4 to the reading capacitor 7 via the valve leakage resistance Ra is completely negligible is against the charge being measured.
At the same time, this dimensioning of R ″ ensures that no charge occurs during the charging of the measuring capacitor 4 on the display capacitor 7. It must be taken into account that the charge transfer resistance will be in the order of magnitude of about 1010 ohms, together with The size of the recharging capacitor of at least about 20-10-12 M results in a time constant for charging the display capacitor of about 0.2 seconds. However, only times of no more than 10-5 seconds are available for charging the measuring capacitor.
Verfüyang-dan's device is primarily intended to measure processes that take place very quickly. Even if for this charging time of 10-5 seconds a square voltage from the bed. rag lJ5 assumes on the measuring device, then the display capacitor would only be charged to about 3.5 10-5 Cg. If one calculates for the values used here with a reloading of 1:10, i.e. H. Ca = 10. Cm then the falsification of the reading due to the charge coming directly to Ca during the charging of Cm is about 0.035 / o.
An embodiment of the device is shown in FIG. 1 and 2 are the connection terminals of the actual peak voltmeter, 3 is a valve with a very small internal resistance and a relatively high reverse voltage, 4 is the measuring capacitor, 9 is a parallel trimmer capacitor, 7 is the recharging capacitor Ca, to which the electrostatic Measuring instrument 5 is connected. The heating of the electric valve 3 takes place via a shielded winding 14 and an insulating transformer 16 from any alternating voltage network 32, the insulating transformer 31 still being connected between the insulating transformer 16 and the network. On the transformer 16 there is also a winding 15 which is at the same potential as the heating winding 14 and which is also shielded.
With the help of this winding 15, a DC voltage is inserted into the Ven tilkreis via a potentiometer 18 and a full-wave rectifier 19, which is intended to compensate for the starting current of this valve.
20 is a smoothing capacitor, 21 the parallel resistor to the bridging capacitor 22 at which the compensation voltage is generated. The changeover switch 23 is provided for measuring the two polarities; each time the polarity of the surge is changed, this holder must be changed accordingly. 46 is a trimmer capacitor which is set in such a way that the charge reversal ratio of the sum of the capacitance of the measuring capacitor and the associated switching capacitance to the capacitance of the reading capacitor remains constant for both polarities. Such a setting is necessary because the switching capacity changes when switching.
When measuring such impact processes, care must be taken that the potential at 27 may be raised to zero, so that a considerable voltage difference can occur between it and the earth connection point 12 of the reading instrument. In order to avoid the transmission of this high surge voltage to the observation station, i.e. to the instrument 5, and thus endangering the observer, a decoupling resistor 8 is provided in addition to the charge transfer resistor 6, which prevents a potential difference between the points 12 and 27 .
Both resistors have a very high resistance, they are of the order of magnitude from about 109 to: 101 Ω. In this way, the entire reading device 5, the shielded cable 10 and the reading capacitor 7 are sealed off from the high surge voltages; Increased tension can no longer occur at the observation station itself. When setting up the peak voltmeter, however, it should be noted that there is a considerable voltage difference between the shielding housing 30 located at the grounding point 27 and the shielded cable 10 during the impact process.
This fact is taken into account in that an insulating bushing 29 is provided at the point where the cable 10 passes through the housing 30.
For similar reasons of insulation, the supply of the mains voltage 32 is also carried out through an insulating bushing 28 and via an intermediate transformer 31. Applying the mains voltage directly to the transformer 16 is not recommended, since the two windings 14 and 15 have a very low capacitance against the core the transformer 16, d. H. must be carried out at a great distance from this; on the other hand, however, the network winding must also have a large voltage spacing from the core 16.
With the use of a transformer, it would hardly be possible to avoid that large disruptive capacitances arise in this way between the cradles 14 and 15 and the shielding of the network winding; this risk does not exist with the chosen arrangement.
In parallel with the measuring instrument 5, a short-circuit button 11 is also provided so that after each shock, i.e. H. that is, after each measurement, to be able to discharge the instrument 5 or the reading capacitor 7 and the measuring capacitor 4, this would be neglected, then with time, ie. H. with a larger number of surges, the reading capacitor 7 can be charged to the full peak voltage of the measuring capacitor 4.
Even if in special cases you might use this process in such a way that you read the instrument 5 only after the second or third shock, because a single shock produces a too small deflection on the voltmeter 5, you will normally do, as he already mentioned at the beginning , actuate the short-circuiting device 11 after each impact. It is expedient to proceed in such a way that the instrument is short-circuited in the normal state via the button 11 and only briefly opened shortly before the surge voltage is triggered.
In Fig. 3, a capacitive voltage divider is provided for the connection of the peak voltmeter; 26 denotes the line connection, 25 the high-voltage capacitor and 24 the divider capacitor. While when selecting the measuring capacitor 4 or the capacitors 9 and 31, care must be taken that these capacitors are frequency-independent, i. H. If you have air or mica as the dielectric, the only thing that can be seen in the selection of the capacitors 24 and 25 is that the translation of the voltage divider is frequency-independent, which is already achieved if the two capacitors have the same dielectric, even if it is frequency-dependent is used.
The divider capacitor 24 is expediently made about two to three orders of magnitude larger than the sum of the measuring capacitors to be charged directly via the valve or valves 3.
Another exemplary embodiment of a peak voltmeter with capacitor recharging is shown in FIG. In this embodiment, the peak voltmeter is primarily intended to determine the surge voltage difference between two winding points 1 and 2 of a transformer winding 38 which is single-pole grounded at 40 and which is connected to the free terminal 39. The actual measuring device is accommodated here in a shielding housing 45 which is connected to the cathode of valve 3.
This valve is heated by a special transformer 36, the heating winding 34 of which is designed with the smallest earth capacitance in order to avoid that an additional earth capacitance of the special transformer 36 used as a heating transformer influences the measurement result. An additional earth capacitance is particularly noticeable if the test object has only a small longitudinal capacitance. The line winding of this transformer is labeled 37.
The measuring capacitor 4 is charged by the valve 3 and discharges via the charge transfer resistor 6 to the reading capacitor 7, which is hooked into the terminals 41 and 42 so that it can be easily removed.
As already proposed, to measure the charge of the display capacitor 7, it is removed from the charging part of the measuring device and applied to the terminals 43 and 44 of the electrostatic measuring instrument 5 connected to earth with one pole.
This method ensures that the actual peak voltmeter is not loaded with the additional earth capacitance of the electrostatic instrument 5. The same can also be achieved using special, automatically acting switching means. As is known, the shock generator is usually triggered by a push button control. If an additional time relay is used to switch over the capacitor, the charge-reversal resistor is replaced and the static voltmeter has ground potential, since in this version the switchover element is isolated for the full surge voltage.
When constructing the actual peak voltmeter, a valve with the lowest intrinsic capacitance must be selected, and the measuring capacitor 4 may only have a small capacitance. In order to nevertheless apply a significant voltage to the reading capacitor 7, the surge tests will be carried out with the highest possible surge voltage, taking into account the blocking voltage of the valve 3. In this way, even with a sufficiently high charge reversal, it can easily be achieved that seven voltages of around 300 to 2000 volts appear in the capacitor.
In relation to these voltages, however, the charging of 4 or 7 caused by the starting current of valve 3, in the range of about 2 to 3 volts, does not play a role; the device shown in FIG. 4 is therefore designed without compensation of the starting current.
In addition to the smallest measuring capacities, the peak voltmeter must also be designed with the smallest earth capacities. For this reason, in the heating transformer, that part of the iron core 35 on which the heating winding 34 is applied was insulated from the remaining iron core of the transformer 36, which is at ground potential, by two air gaps of considerable size. The ground capacitance of this transformer is therefore primarily only the capacitance of the core part 35 relative to the transformer core 36; even with a few watts of heating power, it is about 5 pF. It goes without saying that the connection lines between the heating winding or winding points and the peak voltmeter are kept as short as possible.
In the exemplary embodiments, the proposed peak voltmeter is only shown for determining the maximum value of one-off, rapidly occurring overvoltages.
Of course, it can also be used to determine maximum values of electrical currents and other electrical or non-electrical processes if these have only been converted into electrical voltages.
The peak voltmeter proposed here cannot be connected to an Aless location that also has a stationary voltage, since this charges the reading capacitor 7 in the course of a few seconds to exactly the same value as the Aless capacitor 4, the transfer ratio so = 1, while otherwise this is 10, 20 or maybe even more.
It is also possible under certain circumstances that the display capacitor is not connected to the measuring capacitor during the surge process via the recharging resistor, but only after the end of the surge, whereby the measuring capacitor is simultaneously separated from the valve and thus its discharge via the leakage resistor of the same is prevented. If this switchover is carried out in the first second after the impact has subsided, a rough calculation shows that the measurement result is not too large, although the performance of the measurement arrangement can be considerably increased compared to the simplest position according to FIG.
If one assumes that the discharge time constant of 500 seconds on which the simplest circuit is based is reduced to 100 seconds by reducing the measuring capacitor accordingly, then such a peak voltmeter can, in the best case, be used up to limit frequencies of approximately 2.106 11z will. If the switchover of the measuring capacitor to the display capacitor is now completed within 1 second, then at most I O / o of the charge on the measuring capacitor can be lost for the measurement, an amount that can easily be accepted.
The advantage of this circuit is that even longer lasting one-off overvoltage processes can be measured.
The circuit according to FIG. 4 can in certain cases be improved by designing the electric valve with a cathode with a very large thermal capacity.
You can then proceed in such a way that the cathode is heated up from earth before the impact, that this heating is switched off in two poles before the impact, i.e. This means that the measuring device is freed of its additional earth capacitance, and the same handle that switches off the heating can also trigger the shock.
The filament is then still hot enough, i. H. the internal resistance of the valve is so small that perfect measurements are possible. It may also be advantageous to use a small battery built into the measuring device to heat the valve.
In the construction of a peak voltmeter according to FIG. 4, in which the greatest importance is to be attached to the smallest capacitance of all parts inside one another and to ground, the same becomes due to additional capacitances between the housing 45 and the parts connected to the anode of the rectifier tube - the voltage yield of the peak voltmeter may be very much reduced - it can be of great advantage if the measuring capacitor 4 is built directly into the valve 3.
The valve can then be designed in such a way that its anode forms one layer of the measuring capacitor and a second, small, melted-in plate forms the other layer of the measuring capacitor.
Of course, it must then be ensured that the actual anode shields the other capacitor coating against the electrons emanating from the cathode in such a way that such interference currents do not result in any falsification of the measurements.
In the event that the anode is used as the one capacitor assignment, in addition to the anode, only one additional bushing has to be provided for the second capacitor assignment.