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Vorrichtung zum Messen sehr schwacher Ströme Vorrichtungen zum Messen
von sehr schwachen Strömen, insbesondere Gleichströmen, bei denen der zu messende
Strom durch einen Widerstand geschickt und die Spannung an diesem Widerstand gemessen
wird, sind bekannt.
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Um solchen Vorrichtungen eine angemessene Empfindlichkeit zu verleihen,
ist es vielfach erforderlich, einen sehr hohen Widerstand zu verwenden. Dies ist
insbesondere bei Dosimetern mit einer lonisationskammer der Fall, die z. B. zum
Messen der Strahlungsintensität, insbesondere von radioaktiver Strahlung und Röntgenstrahlung,
verwendet werden. Der die Ionisationskammer durchfließende Strom ist hierbei meistens
äußerst schwach, so daß der Widerstand, an dem die Spannung gemessen wird im allgemeinen
von der Größenordnung von 1011 bis 1012 Ohm sein soll. Solche Widerstände lassen
sich nur schwierig darstellen, und bei ihrer Verwendung werden außerdem sehr hohe
Anforderungen an den Isolationswiderstand der benutzten Meßgeräte, Verstärker u.
dgl. gestellt.
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Es ist ferner bekannt, eine geringe Gleichspannung zu messen, indem
diese zunächst mittels eines schwingenden Organs in eine Wechselspannung umgewandelt,
diese Wechselspannung einem Wechselspannungsverstärker zugeführt und die verstärkte
Spannung, gegebenenfalls nach Gleichrichtung, auf ein Meßgerät gegeben wird. Das
Umwandeln der Gleichspannung in die Wechselspannung kann hierbei z. B. durch Verwendung
eines Kondensators geringer Kapazität erfolgen, der periodisch zunächst mit der
zu messenden Spannung aufgeladen und danach kurzgeschlossen wird, so daß die Ladung
wieder verschwindet. Dies erfolgt mittels eines mit einem der Kondensatorbeläge
leitend verbundenen beweglichen Kontaktes, der sich zwischen zwei fest angeordneten
Kontakten bewegt.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen sehr schwacher
Ströme, beli der der zu messende Strom einen Widerstand durchfließt und die Spannung
an diesem Widerstand als Maß für den zu messenden Strom dient, bei der ein Kondensator
und eine mit konstanter Frequenz schwingende Kontakteinrichtung vorgesehen sind,
welche Kontakteinrichtung aus einem Umschaltkontakt besteht, dessen Schaltarm mit
einem der Kondensatorbeläge in leitender Verbindung steht und dem der zu messende
Strom über einen seiner beiden festen Kontakte zugeführt wird, während über den
anderen die Kondensatorladung abfließt.
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Gemäß der Erfindung dient als Widerstand die Kombination des erwähnten
Kondensators und der Kontakteinrichtung mit einem zweiten Kondensator der zwischen
dem ersten festen Kontakt und einem Punkt festen Potentials liegt und dessen Kapazität
groß gegenüber derjenigen des ersten Kondensators ist.
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Während bei den bekannten Vorrichtungen ein Unterbrecherstrom fließt,
so daß der Unterbrecher mit dem Koppelkondensator sich nicht wie ein rein ohmscher
Widerstand verhält, liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, daß die genannte
Vorrichtung sich wie ein ohmscher Widerstand verhält, dem durch passende Wahl der
Kondensatorkapazität und der Frequenz der Stromunterbrechung ein sehr hoher Wert
gegeben werden kann. Hierbei ist leicht ein Äquivalentwiderstand der vorgenannten
Größenordnung erreichbar.
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Die schwingende Kontaktvorrichtung wird in bekannter Weise in den
Eingangskreis eines Elektronenröhrenverstärkers geschaltet, dessen Ausgangskreis
ein Meßgerät enthält. Der mit einem der Kondensatorbeläge verbundene bewegliche
Kontakt kann. hierbei, gegebenenfalls über einen Kondensator, mit einem Steuergitter
der ersten Verstärkerröhre und der andere Kondensatorbelag mit ihrer Kathode verbunden
sein. Einer der festen Kontakte ist hierbei mit einer der Eingangsklemmen und dem
zweiten Kondensator und der andere feste Kontakt entweder mit einem Punkt festen
Potentials oder mit einem Punkt verbunden, an dem die gleichgerichtete Ausgangsspannung
auftritt. Diese letztgenannte Schaltung wird weiter unten erläutert.
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Bei einer weiteren Ausführungsform wird die Spannung am Äquivalentwiderstand
mittels eines als solches bekannten 5 chwingkondensatorelektrometers gemessen.
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Die Erfindung wird im folgenden-an Hand einer Zeichnung Fig. 1 und
2, in der zwei Ausführungsbeispiele dargestellt sind, näher beschrieben.
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Die dargestellten. Schaltungen dienen zum Messen der Strahlungsintensität,
- z. B. von Röntgenstrahlung.
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Zu diesem Zweck ist eine an sich bekannte lonisationskammer 1 vorhanden,
deren einer Belag mit dem positiven Pol einer Spannungsquelle von z. B. 25 V verbunden
ist. Die andere Elektrode der lonisationskammer liegt an dem festen Kontakt 2 einer
Kontakteinrichtung, die weiter init einem schwingenden Kontaktteil 3 versehen ist,
der abwechselnd mit dem genannten Kontakt 2 und einem zweiten festen Kontakt 4 in
Berührung kommt. Der Antrieb des schwingenden Teiles 3 kann in bekannter Weise erfolgen,
z. B. mittels einer Magnetspule, durch die ein Wechselstrom konstanter Frequenz
oder ein periodisch unterbrochener Gleichstroni geschickt wird. Wenn der schwingende
Teil 3 den festen Kontakt 2 berührt, wird ein Kondensator 5, dessen Kapazität einige
pF betragen kann, von dem.die Ionisationskammer durchfließenden Strom aufgeladen.
Dieser Kondensator 5 ist zwischen den schwingenden Teil 3 und Erde geschaltet, und
auch der negative Pol der Speisebatterie ist geerdet. Wenn der Teil 3 den Kontakt
4 berührt, wird der Kondensator 5 wieder entladen. Zwischen den Kontakt 2 und Erde
ist ein weiterer Kondensator 12 geschaltet, dessen Kapazität groß ist gegenüber
derjenigen des Kondensators 5, z. B. 50 pF oder größer.
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Zwischen dem Teil 3 und Erde tritt also eine Gleichspannung auf, deren
Größe ein Maß ist für die Intensität der in der Ionisationskammer 1 stattfindenden
Ionisation.
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Die soweit beschriebene Vorrichtung ist mit der Reihenschaltung zweier
Widerstände vergleichbar, von denen der erste aus der Ionisationskammer und der
zweite aus der Kombination des Kondensators 5, des Kondensators 12 und der Kontakteinrichtung
2, 3, 4 besteht. Durch passende Wahl der Kapazität des Kondensators 5 und der Unterbrecherfrequenz
kann diesem letztgenannten Widerstand jeder beliebige Wert gegeben werden.
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Die Spannung am Kondensator 5 kann in bekannter Weise mittels eines
Verstärkers 8 gemessen werden.
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Letzterer ist zweckmäßig ein Wechselspannungsverstärker mit einer
oder mehreren Verstärkerröhren.
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Dem Steuergitter der ersten Röhre kann hierbei die noch am Kontakt
3 verbleibende Wechselspannungskomponente zugeführt werden, deren Frequenz durch
die Schwingungszeit des Kontaktes 3 bestimmt wird Diese Wechselspannungskomponente
ist dem zu messenden Strom annähernd proportional. Die Ausgangsspannung des Verstärkers
wird von einem Gleichrichter 9 gleichgerichtet und einem Gleichstrommeßgerät 10
zugeführt.
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Eine Schaltung, bei der die an der Kombination der Kontakteinrichtung
und der Kondensatoren 5, 12 auftretende Gleichspannung gemessen wird, ist in Fig.
2 dargestellt. Hierbei wird ein sogenannter Schwingkondensator verwendet, der in
Reihe mit einem hohen Widerstand 15 parallel zum Kondensator 12 geschaltet ist.
Eine der Elektroden dieses Schwingkondensators wird z. B. mittels einer Erregerspule
14 mechanisch in Schwingungen versetzt, wodurch sich die Kapazität periodisch ändert
und an den Klemmen des Schwingkondensators eine Wechselspannung auftritt, die der
zu messenden Gleichspannung proportional ist. Die Schaltung nach Fig. 2 unterscheidet
sich weiter dadurch von derjenigen nach Fig. 1, daß der feste Kontakt 4 nicht geerdet,
sondern mit einem Punkt ver-
bunden ist, an dem die gleichgerichtete Ausgangsspannung
des Verstärkers 8 liegt, so daß eine Gegenkopplung auftritt. Selbstverständlich
können diese beiden Maßnahmen auch je für sich getroffen werden.
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Da der Kondensator 12 eine ziemlich hohe Kapazität besitzt, ist die
Spannung an den Klemmen dieses Kondensators annähernd konstant. Sie hängt von dem
Ionisationsgrad ab, der in der Ionisationskammer auftritt, und wird mittels des
Schwingkondensators 13 gemessen.
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Der Schwingkondensator und der schwingende Teil 3 können durch eine
gemeinsame Antriebsvorrichtung in Schwingung versetzt werden. Infolge des vorhandenen
hohen Widerstandes 15 entsteht an den Klemmen des Kondensators 13 eine Wechselspannung,
die über einen Gitterkondensator 6 und einen Gitterableitwiderstand 7 dem Eingangskreis
des Verstärkers 8 zugeführt und in diesem verstärkt wird. Die Ausgangsenergie des
Verstärkers wird mittels des Gleichrichters 9 gleichgerichtet und dem Strommeßgerät
10 zugeführt, dessen Ablesung wieder ein Maß für die zu messende Ionisation bildet.
Ein fester Kondensator 11 dient zur Glättung. Die Schaltung des Verstärkers ist
im übrigen beliebig ausgebildet. Statt der Teile 6 und 7 kann auch in die Kathodenzuführung
ein Widerstand mit parallel geschaltetem Kondensator aufgenommen werden.
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Da der feste Kontakt 4 mit einem Punkt verbunden ist, an dem die
gleichgerichtete Ausgangsspannung auftritt, tritt eine Gegenkoppelwirkung auf und
damit wird die Verstärkung nahezu unabhängig von der Größe der Speisespannungen
und den Eigenschaften der verwendeten Röhre Bei der Zuführung des Ionisationsstroms
zum Kondensator 12 wächst die Ausgangsspannung bis die von dem kleinen I(ondensator
5 abgeführte Ladung je Zeiteinheit der vom Strom zugeführten Ladung entspricht.
Der Meßwerkausschlag entspricht dem zu messenden Strom, der seinerseits der Ionisation
in der Kammer 1 proportional ist.
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Die Kapazität des Kondensators 5 kann ganz oder teilweise aus den
Schalt- und Elektrodenkapazitäten bestehen.