DE1232253B

DE1232253B - Electrostatic measuring device

Info

Publication number: DE1232253B
Application number: DEC22909A
Authority: DE
Inventors: Gilbert Ganouma-Cohen; Michel Dieval; Claude Renaud; Henri Rigaut; Jean Savouyaud
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1959-12-23
Filing date: 1960-12-07
Publication date: 1967-01-12

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. CL:Int. CL:

GOIrGOIr

Deutsche Kl.: 2Ie- 5/01 German class: 2Ie- 5/01

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Äuslegetag:Number:
File number:
Registration date:
Lay-out day:

1232253
C22909IXd/21e
7. Dezember 1960
12. Januar 19671232253
C22909IXd / 21e
7th December 1960
January 12, 1967

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrostatisches Meßgerät, insbesondere zur Messung kleiner Ladungen und Ströme, mit wenigstens einer feststehenden Elektrode und einer als Blattfeder ausgebildeten, ,an einem Ende eingespannten beweglichen. Elektrode, die so angeordnet sind; daß die bewegliche Elektrode durch das von der. Meßgröße erzeugte elektrostatische Feld in Berührung mit der festen Elektrode gebracht wird, wodurch sich die Elektrodenladung ausgleicht und die bewegliche Elektrode in periodische Schwingungen gerät, deren Frequenz ein Maß für die Meßgröße darstellt.The invention relates to an electrostatic measuring device, in particular for measuring small charges and currents, with at least one fixed electrode and one designed as a leaf spring, , movable clamped at one end. Electrodes so arranged; that the movable electrode through that of the. Measured variable generated electrostatic field in contact with the fixed electrode, whereby the electrode charge is balanced and the movable one Electrode starts to oscillate periodically, the frequency of which is a measure of the measurand represents.

Ein bekanntes elektrostatisches Meßgerät der vorstehend genannten Art ist in F i g. 1 veranschaulicht. Die feststehende Elektrode 1. ist auf einem Isolierstoffträger 2 angeordnet. Die bewegliche^ Elektrode 3 ist mittels einer Schraube 5, einer Beilagscheibe 6, eines Winkels 4 und einer weiteren Schraube 7 am Isolierstoff träger 2 gehaltert. Um eine genaue Einstellung des Abstandes zwischen den beiden Elektroden 1 und 3 zu ermöglichen, steht der Winkel 4 unter der Wirkung einer Feder 8. Zur Begrenzung des Ausschlages der Elektrode 3 dient ein an einem Träger 10 befestigter Anschlag 9.A known electrostatic measuring device of the type mentioned above is shown in FIG. 1 illustrates. The fixed electrode 1 is arranged on an insulating material carrier 2. The movable electrode 3 is held on the insulating material carrier 2 by means of a screw 5, a washer 6, an angle 4 and a further screw 7. In order to enable the distance between the two electrodes 1 and 3 to be set precisely, the angle 4 is under the action of a spring 8. A stop 9 fastened to a carrier 10 serves to limit the deflection of the electrode 3.

Eine an die Elektroden 1 und 3 gelegte elektrische Meßgröße erzeugt ein elektrostatisches Feld, durch das die bewegliche Elektrode 3 in Berührung mit der festen Elektrode 1 gebracht wird, wobei sich die Elektrodenladung ausgleicht. Die bewegliche Elektrode 3 gerät somit in periodische Schwingungen, deren Frequenz ein Maß für die elektrische Meßgröße darstellt.An electrical measured variable applied to electrodes 1 and 3 generates an electrostatic field through that the movable electrode 3 is brought into contact with the fixed electrode 1, the Balances electrode charge. The movable electrode 3 thus gets into periodic oscillations, the frequency of which is a measure of the electrical measured variable.

Ein wesentlicher Nachteil des in F i g. 1 dargestellten bekannten elektrostatischen Meßgerätes besteht darin, daß sich die Empfindlichkeit nur sehr umständlich ändern läßt. Zu diesem Zweck muß in der Regel die bewegliche Elektrode 3 ausgewechselt werden. Nachteilig ist ferner, daß sich bei einer mechanischen Ermüdung der die bewegliche Elektrode bildenden Blattfeder nach einer gewissen Betriebszeit eine unkontrollierbare Änderung der Empfindlichkeit ergibt.A major disadvantage of the in F i g. 1 shown known electrostatic measuring device consists in that the sensitivity can only be changed with great difficulty. For this purpose, the Usually the movable electrode 3 must be replaced. Another disadvantage is that with a mechanical Fatigue of the leaf spring forming the movable electrode after a certain period of operation results in an uncontrollable change in sensitivity.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein elektrostatisches Meßgerät der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die vorstehend erläuterten Mängel vermieden sind.The invention is therefore based on the object of providing an electrostatic measuring device of the type mentioned at the beginning Kind to train so that the above-mentioned shortcomings are avoided.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die bewegliche Elektrode aus ferromagnetischem Material besteht und daß gegenüber dem schwingenden Ende derselben der Pol eines Magneten derart angeordnet ist, daß er die schwingende Elek-Elektrostatiscb.es MeßgerätAccording to the invention, this object is achieved in that the movable electrode is made of ferromagnetic Material consists and that opposite the vibrating end of the same is the pole of a magnet is arranged in such a way that it controls the vibrating Elek-Elektrostatiscb.es Measuring device

Anmelder:Applicant:

Commissariat ä l'Energie Atomique, Paris
Vertreter:Commissariat a l'Energie Atomique, Paris
Representative:

DipL-Ing. R. Beetz, Patentanwalt,
München 22, Steinsdorfstr. 10DipL-Ing. R. Beetz, patent attorney,
Munich 22, Steinsdorfstr. 10

Als Erfinder benannt:
Gilbert Gänourna-Cohen, Bagneux, Seine;
Michel Dieval, Antony, Seine;
Claude Renaud, Orsay, Seine-et-Oise;
Henri Rigaut, Paris;
Jean Savouyaud, Orsay, Seine-et-Oise
(Frankreich)Named as inventor:
Gilbert Gänourna-Cohen, Bagneux, Seine;
Michel Dieval, Antony, Seine;
Claude Renaud, Orsay, Seine-et-Oise;
Henri Rigaut, Paris;
Jean Savouyaud, Orsay, Seine-et-Oise
(France)

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

Frankreich vom 23. Dezember 1959 (813 979) --France of December 23, 1959 (813 979) -

trode nach einer Auslenkung wieder in die Ruhelage zurückzuführen sucht.trode tries to return it to the rest position after a deflection.

Durch Änderung der Lage des Magnetpoles gegenüber dem schwingenden Ende der beweglichen Elektrode läßt sich bei dem erfindungsgemäßen Meßgerät die Empfindlichkeit einfach und in weiten Grenzen ändern. Bei Verwendung hochwertiger Dauermagnetwerkstoffe können ferner Ermüdungserscheinungen vollständig vermieden werden.By changing the position of the magnetic pole in relation to the oscillating end of the movable electrode the sensitivity of the measuring device according to the invention can be adjusted easily and within wide limits change. The use of high-quality permanent magnet materials can also cause signs of fatigue be avoided completely.

Die Verwendung eines Magnetsystems, das eine aus ferromagnetischem Material bestehende bewegliche Elektrode in der Ruhelage zu halten und bei einer Auslenkung wieder in diese Ruhelage zurückzuführen sucht, ist bereits bei elektrostatischen VoItmeiern bekannt, bei denen die Spannungsmessung durch Bestimmung der Auslenkung der beweglichen Elektrode erfolgt. Im Unterschied zum erfindungsgemäßen Meßgerät kommen bei diesem bekannten Voltmeter die beiden Elektroden jedoch nicht miteinander in Berührung.The use of a magnet system that has a movable one made of ferromagnetic material To keep the electrode in the rest position and return it to this rest position in the event of a deflection is already known from electrostatic volatility, where the voltage measurement by determining the deflection of the movable electrode. In contrast to the invention In this known voltmeter, however, the two electrodes do not come together in touch.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der F i g. 2 und 3 näher erläutert.The invention is illustrated below with reference to FIGS. 2 and 3 explained in more detail.

F i g. 2 zeigt ein elektrostatisches Meßgerät in schematischer Form,F i g. 2 shows an electrostatic measuring device in schematic form,

F i g. 3 ein Meßgerät hi genauerer Darstellung.F i g. 3 shows a measuring device in more detail.

Das in Fig. 2 dargestellte elektrostatische Meßgerät ist mit einem Magneten 11 versehen. Die be-The electrostatic measuring device shown in FIG. 2 is provided with a magnet 11 . Thieves-

609 757/138609 757/138

wegliche Elektrode 3 ist in den Polschuh 12 eingelassen; der Polschuh 13 dient lediglich dazu, die Kraftlinien des Magneten zu bündeln. Der nutzbare magnetische Fluß im Luftraum 14 läßt sich durch Verdrehen einer Gewindestange 15, die als magnetischer Nebenfluß dient, verändern. Diese Vorrichtung ermöglicht eine sehr weiche Regelung.movable electrode 3 is embedded in pole piece 12; the pole piece 13 serves only to the Bundle lines of force of the magnet. The usable magnetic flux in the air space 14 can be passed through Turning a threaded rod 15, which serves as a magnetic tributary, change. This device enables very smooth regulation.

In Fig. 3 ist das erfindungsgemäße Meßgerät detailliert dargestellt. Es enthält eine bewegliche Elektrode 3, die auf einer Stange 16 befestigt ist. Diese Stange 16 besteht beispielsweise aus Kovar und ist in einem Glasteül7 befestigt. Die Stellung der beweglichen Elektrode 3 zwischen zwei feststehenden Elektroden 18 und 19 wird durch ein magnetisches Feld erzwungen, das an einem Punkt eines Polschuhes 20 zusammenläuft. Dieser Polschuh 20 ist an einem Magneten 21 angebracht, der mittels einer Schraube an einem Tragteil 22 befestigt ist.In Fig. 3 the measuring device according to the invention is shown in detail. It includes a moveable Electrode 3 attached to a rod 16. This rod 16 consists for example of Kovar and is fastened in a glass element7. The position of the movable electrode 3 between two stationary ones Electrodes 18 and 19 is forced by a magnetic field at one point of a pole piece 20 converges. This pole piece 20 is attached to a magnet 21, which by means of a Screw is attached to a support part 22.

Die Lage des Tragteiles 22 ist verstellbar, so daß sich der Luftspalt zwischen dem Polschuh 20 und der zo beweglichen Elektrode 3 verändern und dadurch die Stellung dieser Elektrode 3 in der gewünschten Entfernung zwischen den Elektroden 18 und 19 festlegen läßt.The position of the support part 22 is adjustable so that the air gap between the pole piece 20 and the zo change movable electrode 3 and thereby the position of this electrode 3 at the desired distance can set between the electrodes 18 and 19.

Die Elektroden 18 und 19 sind an einem Tragteil 23 befestigt, der in einem auf einem Eisenteil 17 befestigten Rohr 24 aus Messing oder einem anderen geeigneten Material sitzt. Die ganze Anordnung ist in einem Glaskolben 25 untergebracht, der eine neutrale oder reduzierende Atmosphäre enthält oder evakuiert ist. Die Wand des Glaskolbens 25 ist in der Nähe der Stange 16 durch ein Rohr 26, das z. B. aus Kovar besteht, unterbrochen. Dieses Rohr bildet einen Schutzring.The electrodes 18 and 19 are attached to a support part 23, which is mounted on an iron part 17 attached tube 24 made of brass or other suitable material. The whole arrangement is housed in a glass flask 25, which contains a neutral or reducing atmosphere or is evacuated. The wall of the glass bulb 25 is in the vicinity of the rod 16 by a tube 26 which, for. B. off Kovar insists, interrupted. This tube forms a protective ring.

Die Teile 27 sind aus einem Isoliermaterial, z. B. Glas, hergestellt.The parts 27 are made of an insulating material, e.g. B. glass.

Eine solche Ausführung zeichnet sich vor allem durch eine veränderliche Empfindlichkeit aus; auch wird ein Aufprallen der beweglichen Elektrode auf die feste Kontaktelektrode und eine damit verbundene Unterbrechung vermieden. Durch die Unterdrückung des Aufprallens wird der Meßfehler auf unter 1% herabgesetzt; die Kontaktlebensdauer beträgt mehr als 10⁸ Impulse.Such a design is characterized above all by a variable sensitivity; Also, the movable electrode does not hit the fixed contact electrode and the interruption associated therewith is avoided. By suppressing the impact, the measurement error is reduced to less than 1%; the contact life is more than 10 ⁸ pulses.

Die Erfindung läßt sich für die verschiedensten Zwecke verwenden, z. B. zur Messung von Impulsen, die von radioaktiven Vorgängen herrühren, zur Auslösung einer Alarmeinrichtung, wenn die Impulse eine vorbestimmte Größe überschreiten, oder wenn die mittlere Frequenz der Impulse einen vorbestimmten Wert überschreitet sowie zur Messung von Ionisationsströmen. The invention can be used for a variety of purposes, e.g. B. for measuring impulses, caused by radioactive processes, to trigger an alarm device when the impulses exceed a predetermined size, or if the mean frequency of the pulses is a predetermined Value and for measuring ionization currents.

Ferner ist die Erfindung auch zur Messung eines Widerstandes verwendbar; diese Messung wird auf die Messung der Zeit zwischen zwei Impulsen zurückgeführt. Die Meßgenauigkeit beträgt 1 ^fl/oo bei Widerstandswerten zwischen 10¹⁷ und 10¹⁸ Ohm. Man kann außerdem mit dem neuen Meßgerät Elektrizitätsmengen unterhalb 1O^-11 Coulomb messen. Furthermore, the invention can also be used for measuring a resistance; this measurement is traced back to the measurement of the time between two pulses. The measurement accuracy is 1 ^fl / oo for resistance ^{values between 10 17} and 10 ¹⁸ ohms. The new measuring device can also be used to ^{measure quantities of electricity below 10 -11} coulombs.

Claims

Patent claims:

1. Electrostatic measuring device, especially for measuring small charges and currents, with at least one fixed electrode and one designed as a leaf spring at one end clamped movable electrode, which are arranged so that the movable electrode by the electrostatic field generated by the measured variable in contact with the solid Electrode is brought, whereby the electrode charge is balanced and the movable electrode gets into periodic oscillations, the frequency of which is a measure of the measurand, characterized in that the movable electrode (3) consists of ferromagnetic material and that opposite to the oscillating The end of the same of the pole 13, 20 of a magnet 11,21 is arranged such that he the seeks to return the oscillating electrode to its rest position after a deflection.

2. Measuring device according to claim 1, characterized by two fixed electrodes (18, 19), between which one end of the movable electrode (3) is located.

3. Measuring device according to claim 1, characterized by a pole piece (20) which is the magnetic Field concentrated near the end of the movable electrode (3).

4. Measuring device according to claim 3, characterized in that the pole piece (20) is a conical Has end, the tip of which is directed towards the end of the movable electrode (3).

5. Measuring device according to claim 3, characterized by an adjusting device (support part 22) for Changing the position of the pole piece (20) with respect to the end of the movable electrode (3).

6. Measuring device according to claims 1 to 5, characterized in that the measuring mechanism in on is enclosed in a known manner by a container (25) made of insulating material.

Considered publications:
German patent specifications No. 856173, 829 616,
310

1 sheet of drawings