Elektrostatischer Spannungsmesser. Die elektrostatischen Spannungsmesser weisen in ihrer gebräuchlichsten Ausführungs form eine oder mehrere sich bei Einwirkung eines Feldes gegen eine Rückstellkraft bewe gende Elektroden auf, wobei das Feld von festen Elektroden ausgeht, die in der Bewe- glingsrichtung der beweglichen Elektroden angeordnet sind und von denen die - bezogen auf die Bewegungsrichtung - auf derselben Seite der beweglichen Elektroden liegenden, sich auf untereinander gleichem Potential be finden.
Die Empfindlichkeit dieser Span nungsmesser hängt, abgesehen von der Rück stellkraft, von den Abmessungen und der Lage der Elektroden zueinander ab. Um auch dann, wenn diese Grössen fest gegeben sind, die Empfindlichkeit noch ändern zu können, ist es bekannt, an die festen Elektroden ein der gewünschten Empfindlichkeit entsprechendes Hilfspotential zui legen. Von diesen die tmp- findlichkeit bestimmenden Grössen liegen zu meist die Rückstellkraft und die Abmessungen durch eine vorgeschriebene Eigenschwingungs- dauer für die bewegliche Elektrode und durch die zulässigen Kapazitätswerte fest.
Es bleibt also für die Anpassung an eine gewünschte Empfindlichkeit nur die Veränderung der Hilfsspannung und der Lage der Elektroden zueinander. Bei der sogenannten idiostatischen Schaltung, die ohne Hilfsspannung arbeitet, kann nur durch Veränderung des Elektroden abstandes eine Änderung der Empfindlichkeit erreicht werden. Es sind aus diesem Grunde schon elektrostatische Spannungsmesser ge baut worden, bei denen die Elektroden beweg lich angeordnet sind.
Mit Rücksicht auf die äussern Abmessungen kann man aber häufig nicht die gewünschten Messbereiche durch ein fache Verlagerung der Elektroden erreichen, weil dazu eine zu grosse Verschiebung der Elektroden notwendig wäre.
Die Erfindung hilft diesem Übelstand ab, indem sie Mittel zur Änderung der Empfind- lichkeit der eingangs beschriebenen elektrosta tischen Spannungsmesser bringt, die ohne wesentliche Vergrösserung der äussern Abmes sungen des Gerätes weite Bereiche erfassen und ausserdem durch einfachste Schaltmass nahmen gestatten, die Empfindlichkeit in so weiten Bereichen zu variieren, wie es durch rein mechanische Veränderung allein nicht möglich ist.
Eine trotzdem vorgesehene Ver schiebung spielt dann nur noch die Rolle einer zusätzlichen Feineinstellung. Die Erfin dung besteht darin, dass mindestens auf einer Seite einer beweglichen Elektrode neben der eigentlichen Messelektrode eine oder mehrere feste Elektroden angeordnet sind, denen vom Potential der Messelektrode abweichende Po tentiale erteilt werden können.
Besonders zweckmässig ist es, die zusätzlichen Elektro den derart in das von der Messelektrode aus gehende Feld eingreifen zn lassen, dass nur ein Teil dieses Feldes auf die bewegliche Eleic- trode wirksam ist. Es kann dann durch ent sprechende Bemessung der zusätzlichen Elek- troden die Wirkung der Messelektrode leicht so weitgehend beeinflusst werden, dass eine beliebige Einstellung der Empfindlichkeit bei normalen Abmessungen möglich ist.
Um bei einem Gerät die Empfindlichkeit auf ein fachste Weise ändern zu können, werden zweckmässig sämtliche Elektroden einzeln um schaltbar gemacht, so dass sie nach Belieben auf verschiedene Potentiale gebracht werden können.
In der beiliegenden Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegen standes dargestellt.
Fig.1 zeigt ein normales Blättchen-Elek- trometer. In gleicher Weise wie nachstehend beschrieben, kann aber auch bei einem Faden-, Schlingen- oder anderem Elektrometer oder sonstigen elektrostatischen Spannungsmesser mit beweglichen Elektroden verfahren werden. Das Blättchen als bewegliche Elektrode ist mit 1 bezeichnet. Es hat an seiner einen Seite die Elektrode 2 und an der andern Seite die bei den Elektroden 3 und 4. Eine der Elektroden 3 oder 4 dient als Messelektrode, während die andere auf ein von der Messelektrode abwei chendes Potential gebracht wird.
So kann zum Beispiel, wenn 3 als Messelektrode mit dem einen Pol der Messspannungsquelle verbunden ist, 4 mit dem Blättchen 1 und der andern Elektrode 2 am andern Pol der Messspan- nungsquelle liegen. Hierdurch wird die Emp findlichkeit gegenüber einer Anordnung mit je einer Elektrode zu jeder Seite des Blätt chens herabgesetzt. Soll die Empfindlichkeit vergrössert werden, so kann man die Elek trode 4 von 1 und 2 ab- und zu 3 schalten. Man hat dann die Anordnung eines normalen Blättehen-Elektrometers.
Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform. Auf der einen Seite des Blättchens 1 liegt wieder die feste Elektrode 2, die im vorlie genden Fall mit dem Blättchen zusammen mit Masse und dem einen Pol der Messspan- niingsquelle verbunden ist. Die beiden Teil elektroden 3 und 4 sind zusammengeschaltet und bilden nunmehr gewissermassen ein Git ter. Hinter der Gitterlücke, welche die beiden Elektroden bilden, befindet sich eine weitere Elektrode 5.
Soll die höchste Empfindlichkeit erreicht werden, so werden die Elektroden 3, 4 und 5 zusammengeschaltet und mit dem andern Pol der Messspannungsquelle verbun den. Es wirken dann alle Elektroden auf das Blättchen 1 in gleicher Richtung. Soll die Empfindlichkeit herabgemindert werden, so werden die Elektroden 3 und 4 einzeln oder zusammen von 5 abgeschaltet und mit 1 und 2 verbunden. Sind 3 und 4 zusammen von 5 abgeschaltet, so wirkt die Elektrode 5 mit weniger Feldlinien auf das Blättchen 1. Je weiter 5 hinter der Blendenöffnüng liegt, um so mehr Feldlinien gehen auf die Elektroden 3 und 4. Dies ist schematisch in Fig. 3 und 4 für verschiedene Abstände von 5 dargestellt.
Man könnte also durch Verschieben der Elek trode 5 die Empfindlichkeit noch weiter än dern. Um die hierbei auftretenden Schwierig keiten in der mechanischen Ausführung zu vermeiden, ist es einfacher, mehrere Elektro den mit verschiedenen Abständen hinter den Elektroden 3 und 4 anzubringen, und es kann nunmehr dadurch, dass man wahlweise die zu messende Spannung an eine nähere oder ent ferntere Elektrode legt, eine grössere oder weniger grosse Empfindlichkeit des Elektro meters erreicht werden. Hierfür ist in Fig. 5 ein Beispiel gezeichnet. Ausser der Elektrode 5 mit geringem Abstand ist noch eine weitere entferntere Elektrode 6 vorgesehen.
Man schaltet nun die entferntere Elektrode an den einen Pol der Messspannungsquelle, während zunächst alle übrigen am andern Pol liegen. Nach und nach werden dann die näher lie genden Elektroden von dem einen, Pol ab- und zum andern Pol zugeschaltet, bis schliesslich alle Elektroden, als letzte die Blendenelek- trode selbst, an einem Pol liegen. Auf diese Weise wird eine Änderung der Empfindlich keit in weiten Bereichen erreicht. Es kann aber auch so vorgegangen werden, dass man nur eine dem gewünschten Bereich entspre chende Elektrode an den einen Pol schaltet, alle übrigen werden mit dem Gegenpol ver bunden.
Diese letztere Lösung hat den Vor teil geringer Kapazität (kleine Gesamtober fläche der Ladung tragenden Teile), erfordert aber- gegenüber der ersten Lösung einen grö sseren schaltertechnischen Aufwand. Dadurch, dass die Elektroden hinter der Blende ange ordnet sind, wirken sie anders, als wenn eine freie Elektrode entsprechend ihrem Abstand verändert würde, und zwar nimmt die Kraft auf derl beweglichen Elektrometerteil als Funktion vom Abstand hinter einer Blende stärker ab als ohne Blende. Anstatt den Ab stand der hinter der Blende liegenden Elek troden zu variieren, kann auch die Blenden öffnung als solche geändert werden.
Die Blende kann auch in der Form gestaltet wer den, dass nicht zwei Teilelektroden 3 und 4 vorgesehen sind, sondern dass in einer Elek trode eine oder mehrere entsprechende öff- nungen angebracht werden, deren Grösse ver änderbar sein kann.
Die nur für eine Seite gezeigte Anordnung der festen, auf verschiedenem Potential be findlichen und gegebenenfalls auch noch ver schiebbaren Elektroden kann auch zu beiden Seiten des beweglichen Teils angebracht wer den. Es kann dann durch entsprechendes Um schalten wahlweise ein Ausschlag nach links oder rechts erzeugt werden.
Electrostatic voltmeter. In their most common embodiment, the electrostatic voltmeters have one or more electrodes that move against a restoring force when a field is applied, the field starting from fixed electrodes which are arranged in the direction of movement of the movable electrodes and of which the - related on the direction of movement - lying on the same side of the movable electrodes, be found at the same potential as one another.
The sensitivity of this tension meter depends, apart from the restoring force, on the dimensions and the position of the electrodes to each other. In order to be able to change the sensitivity even if these parameters are fixed, it is known to apply an auxiliary potential corresponding to the desired sensitivity to the fixed electrodes. Of these variables which determine the sensitivity, the restoring force and the dimensions are mostly fixed by a prescribed period of natural oscillation for the movable electrode and by the permissible capacitance values.
The only thing left to adapt to a desired sensitivity is to change the auxiliary voltage and the position of the electrodes in relation to one another. In the so-called idiostatic circuit, which works without an auxiliary voltage, a change in sensitivity can only be achieved by changing the electrode distance. For this reason, electrostatic voltmeters have already been built in which the electrodes are movably arranged.
In view of the external dimensions, however, it is often not possible to achieve the desired measuring ranges by simply shifting the electrodes, because this would require the electrodes to be shifted too much.
The invention remedies this inconvenience by providing means for changing the sensitivity of the electrostatic voltmeter described above, which cover wide areas without significantly increasing the outer dimensions of the device and also allow the sensitivity to be increased by the simplest of switching measures To vary areas in a way that is not possible through purely mechanical change alone.
Any shift that is provided anyway then only plays the role of an additional fine adjustment. The invention consists in that one or more fixed electrodes are arranged at least on one side of a movable electrode next to the actual measuring electrode, to which potentials deviating from the potential of the measuring electrode can be given.
It is particularly useful for the additional electrodes to intervene in the field emanating from the measuring electrode in such a way that only part of this field is effective on the movable electrode. By appropriately dimensioning the additional electrodes, the effect of the measuring electrode can easily be influenced to such an extent that any setting of the sensitivity is possible with normal dimensions.
In order to be able to change the sensitivity of a device in the simplest way, all electrodes are expediently made individually switchable so that they can be brought to different potentials at will.
In the accompanying drawings, some embodiments of the subject invention are shown.
Fig. 1 shows a normal leaflet electrometer. In the same way as described below, however, a thread, loop or other electrometer or other electrostatic voltmeter with movable electrodes can also be used. The leaflet as a movable electrode is denoted by 1. It has electrode 2 on one side and electrodes 3 and 4 on the other side. One of electrodes 3 or 4 serves as a measuring electrode, while the other is brought to a potential deviating from the measuring electrode.
For example, if 3 is connected as a measuring electrode to one pole of the measuring voltage source, 4 can be connected to the leaf 1 and the other electrode 2 can be connected to the other pole of the measuring voltage source. This reduces the sensitivity compared to an arrangement with one electrode on each side of the leaflet. If the sensitivity is to be increased, the electrode 4 can be switched off from 1 and 2 and to 3. You then have the arrangement of a normal leaf electrometer.
Fig. 2 shows a further embodiment. On one side of the leaflet 1 there is again the fixed electrode 2 which, in the present case, is connected to the leaflet together with ground and one pole of the measuring voltage source. The two partial electrodes 3 and 4 are connected together and now form a grid to a certain extent. A further electrode 5 is located behind the grid gap which the two electrodes form.
If the highest sensitivity is to be achieved, electrodes 3, 4 and 5 are connected together and connected to the other pole of the measurement voltage source. All electrodes then act on the leaf 1 in the same direction. If the sensitivity is to be reduced, electrodes 3 and 4 are switched off individually or together by 5 and connected to 1 and 2. If 3 and 4 are switched off together with 5, the electrode 5 acts with fewer field lines on the leaf 1. The further 5 is behind the aperture, the more field lines go to the electrodes 3 and 4. This is schematically shown in FIGS 4 shown for different distances from 5.
So you could change the sensitivity even further by moving the electrode 5. In order to avoid the difficulties in the mechanical design that arise here, it is easier to attach several electrodes at different distances behind the electrodes 3 and 4, and it can now be done by optionally transferring the voltage to be measured to a closer or ent distance If the electrode is placed, greater or lesser sensitivity of the electrometer can be achieved. An example of this is shown in FIG. 5. In addition to the electrode 5 at a small distance, another more distant electrode 6 is provided.
The more distant electrode is now connected to one pole of the measuring voltage source, while all the others are initially connected to the other pole. Gradually, the closer electrodes are disconnected from one pole and switched on to the other, until finally all electrodes, the last one being the diaphragm electrode itself, are on one pole. In this way, a change in sensitivity is achieved over a wide range. However, the procedure can also be such that only one electrode corresponding to the desired area is connected to one pole, all the others are connected to the opposite pole.
This latter solution has the advantage of low capacity (small total surface area of the load-carrying parts), but requires greater switch-related effort than the first solution. Because the electrodes are arranged behind the diaphragm, they work differently than if a free electrode were changed according to their distance, namely the force on the movable electrometer part decreases more as a function of the distance behind a diaphragm than without a diaphragm. Instead of varying the distance between the electrodes located behind the diaphragm, the diaphragm opening as such can also be changed.
The screen can also be designed in such a way that not two partial electrodes 3 and 4 are provided, but that one or more corresponding openings, the size of which can be changed, are made in one electrode.
The arrangement shown for only one side of the fixed, be sensitive to different potentials and possibly also ver displaceable electrodes can also be attached to both sides of the movable part who the. A deflection to the left or right can then be generated by switching accordingly.