DE1246870B

DE1246870B - Method and device for capacity measurement

Info

Publication number: DE1246870B
Application number: DE1963S0088337
Authority: DE
Inventors: Gerhart Lothar Hamburger; Derek John Dean
Original assignee: Sangamo Weston Inc
Current assignee: Atos Origin IT Services Inc
Priority date: 1963-11-20
Filing date: 1963-11-20
Publication date: 1967-08-10

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. Ci.:Int. Ci .:

GOIrGOIr

H04bH04b

Deutsche Kl.: 21 e - 29/03German class: 21 e - 29/03

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:Number:
File number:
Registration date:
Display day:

1 246 870 S 88337IX d/21e 20. November 1963 10. August 19671 246 870 S 88337IX d / 21e November 20, 1963 August 10, 1967

Verfahren und Einrichtung zur KapazitätsmessungMethod and device for measuring capacitance

Anmelder:Applicant:

Sangamo Weston Limited, Enfield, Middlesex (Großbritannien) Vertreter:Sangamo Weston Limited, Enfield, Middlesex (Great Britain) Representative:

Dipl.-Ing. R. Holzer, Patentanwalt, Augsburg, Philippine-Welser-Str. 14Dipl.-Ing. R. Holzer, patent attorney, Augsburg, Philippine-Welser-Str. 14th

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Gerhart Lothar Hamburger, Hitchin, Hertfordshire; Derek John Dean,Gerhart Lothar Hamburger, Hitchin, Hertfordshire; Derek John Dean,

Pottersbar, Middlesex (Großbritannien)Pottersbar, Middlesex (UK)

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kapazitätsmessung an Prüflingen, deren Kapazitäten von 1 uF aufwärts betragen können und insbesondere im Bereich von Tausenden von Mikrofarad liegen. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung 5 sind Drahtfunknetze oder Drahtfernsehnetze, bei denen die Zahl der tatsächlich bedienten Teilnehmer durch Kapazitätsmessung bestimmt wird.The invention relates to a method for measuring capacitance on test objects whose capacities are from 1 uF and above, and particularly in the range of thousands of microfarads. A preferred field of application of the invention are wire radio networks or wire television networks which the number of participants actually served is determined by capacity measurement.

Zur Kapazitätsmessung sind außer den bekannten Brückenmeßverfahren noch Meßverfahren bekannt- io geworden, bei denen die gesuchte Kapazität durch Vergleich einer in ihr gespeicherten unbekannten Ladungsmenge mit einer in einem Normalkondensator gespeicherten bekannten Ladungsmenge vermittels eines ballistischen Galvanometers bestimmt 15 wird.In addition to the known bridge measuring methods, measuring methods are also known for measuring capacitance in which the sought capacity by comparing an unknown stored in it Amount of charge with a known amount of charge stored in a normal capacitor by means of a ballistic galvanometer is determined 15.

Dieses bekannte Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß der Prüfling und der Vergleichskondensator größenordnungsmäßig gleiche Kapazitäten aufweisen müssen, damit bei der Messung Nichtlinearitäten des 20However, this known method has the disadvantage that the test object and the comparison capacitor must have capacities of the same order of magnitude so that non-linearities of the 20th

verwendeten Meßwerkes unberücksichtigt bleiben used measuring mechanism remain unconsidered

können. ,»can. , »

Bei der außerdem bekannten unmittelbaren Bestimmung einer Kapazität mittels eines geeichten Zur Lösung der soeben angegebenen Aufgabe geht ballistischen Galvanometers müssen sehr kostspielige 25 die Erfindung von einem Verfahren zum Messen der Meßinstrumente verwendet werden, deren Skalen elektrischen Kapazität eines Prüflings größer als über den ganzen Meßbereich hin geeicht sind, da etwa 1 μΡ, vorzugsweise in der Größe mehrerer Taueine Extrapolation auf Grund der soeben erwähnten send Mikrofarad aus, gemäß dem der Prüfling zu-Nichtlinearitäten nicht möglich erscheint. nächst auf eine bekannte Spannung aufgeladen und Schließlich ist noch eine Meßanordnung bekannt, 30 dann über ein integriertes Meßinstrument entladen bei der ein Vergleich zwischen einer zu messenden wird, dessen bewegliches Organ nach erfolgter Entelektrischen Größe einerseits und einer Anzahl je- ladung in einer Stellung zum Stillstand kommt, die weils in Dezimalabstufungen zur Verfügung stehen- dem Zeitintegral des Entladestromes entspricht, woden elektrischen Vergleichsgrößen andererseits statt- bei ein Normalkondensator als Vergleichsgrundlage findet. Der Aufbau dieser bekannten Anordnung ist 35 für die Messung verwendet wird, jedoch außerordentlich verwickelt, und es werden Das erfindungsgemäße Meßverfahren ist dadurch insbesondere bei Messung größerer Kapazitätswerte gekennzeichnet, daß ein Normalkondensator verwenkostspielige Schaltungsteile benötigt. det wird, dessen Kapazität sehr viel kleiner als die-Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst wer- jenige des Prüflings ist, daß ferner das bewegliche den, bei der Kapazitätsmessung von Prüflingen mit 40 Organ des Meßinstrumentes durch eine Reihe von einer Kapazität von mehr als etwa 1 μΡ ohne die Stromimpulsen bekannten Stromzeitintegrals, die Verwendung kostspieliger Kapazitätsnormale oder durch Ladung oder Entladung des Normalkondenbesonders geeichter Meßinstrumente eine hohe Ge- sators auf eine Spannung bzw. von einer Spannung nauigkeit zu erzielen. bekannter Größe erzeugt werden, in die Ausgangs-Diese Aufgabe stellt sich insbesondere bei den 45 stellung zurückgeführt wird, daß weiter diese Stroxnoben bereits erwähnten Drahtfunknetzen oder Draht- impulse gezählt werden und daß ihre Anzahl als fernsehnetzen, die eine Leerlaufkapazität von unge- Maß für die gesuchte Kapazität dient, fähr 5 bis 10 μΡ aufweisen und an welche die ein- Besonders vorteilhaft ist bei dem erfindungszelnen Teilnehmer jeweils mit Kapazitäten von etwa gemäßen Verfahren, daß die Meßgröße unmittelbar 10 μΡ angeschlossen sind. Die Teilnehmerzahl wird 50 in Form von digitalen Impulsen dargestellt wird, also durch Messung der Gesamtkapazität des Netzes Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der in dem jeweiligen Betriebszustand ermittelt. folgenden Beschreibung einiger bevorzugter Ausfüh-In the also known direct determination of a capacitance by means of a calibrated To solve the problem just given goes ballistic galvanometers must be very costly to invent a method for measuring the Measuring instruments are used whose scales are greater than the electrical capacity of a test object are calibrated over the entire measuring range, since about 1 μΡ, preferably the size of several cords Extrapolation on the basis of the just mentioned send microfarads, according to which the DUT to non-linearities appears not possible. next charged to a known voltage and finally a measuring arrangement is known, 30 then discharged via an integrated measuring instrument in which a comparison is made between one to be measured, its movable organ after the electrification has taken place Size on the one hand and a number of each charge comes to a standstill in a position that because it is available in decimal steps corresponds to the time integral of the discharge current, woden electrical comparison variables on the other hand instead of a normal capacitor as a basis for comparison finds. The construction of this known arrangement is 35 used for the measurement however, extremely complicated, and the measuring method according to the invention is thereby particularly when measuring larger capacitance values, it is characterized that a normal capacitor is expensive to use Circuit parts required. det is whose capacity is much smaller than the through The object of the invention is to be achieved in that the test object is furthermore the movable the, in the capacity measurement of test objects with 40 organ of the measuring instrument through a series of a capacity of more than about 1 μΡ without the current pulses known current-time integral, the Use of expensive capacity standards or especially by charging or discharging the normal condenser calibrated measuring instruments have a high generator to a voltage or from a voltage to achieve accuracy. known size are generated, in the starting This task arises in particular in the 45 position is returned that further this Stroxnoben already mentioned wire radio networks or wire impulses are counted and that their number as television networks that have an idle capacity of inadequate measure for the capacity sought, have approximately 5 to 10 μΡ and to which the individual is particularly advantageous in the case of the invention Participants each with capacities of approximately appropriate procedures that the measured variable immediately 10 μΡ are connected. The number of participants will be 50 represented in the form of digital pulses so by measuring the total capacity of the network details of the invention emerge from the determined in the respective operating state. following description of some preferred designs

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rungsbeispiele an Hand der Zeichnungen. Es stellt daß der zu messende Kondensator C_x nicht mehr, an dar den Integrator angeschlossen ist. Ein weiterer Kon-examples based on the drawings. It shows that the capacitor C _x to be measured is no longer connected to the integrator. Another con-

F i g. 1 ein Schaltbild eines Kapazitätsmeßgerätes densator C₉ genau bekannter Kapazität, dessen Kanach der Erfindung, das in Drahtfunk- oder Draht- papazitätswert wesentlich kleiner als der des zu mesfernsehnetzen zur Bestimmung der jeweils gespeisten 5 senden Kondensators ist, kann mittels der Umschalter Teilnehmerzahl Verwendung findet, D₁ und D₂ entweder zum Zweck der Aufladung anF i g. 1 a circuit diagram of a capacitance measuring device capacitor C _{9 of} precisely known capacitance, whose channel according to the invention, which in wire radio or wire papacity value is significantly smaller than that of the television networks to be used to determine the 5 respective capacitors that are fed, can be used by means of the switch for the number of subscribers, D ₁ and D ₂ either for charging purposes

F i g. 2 verschiedene Impulsgruppen zur Steuerung die Ladestromquelle S oder zum Zweck der Enteines Meßgerätes nach Fig. 1, ladung an den Integrator angeschlossen werden.F i g. 2 different pulse groups to control the charging current source S or for the purpose of Enteines measuring device according to Fig. 1, charge can be connected to the integrator.

F i g. 3 eine schematische Darstellung einer Ver- Der Anschluß des Kondensators C_q an den Inte-F i g. 3 a schematic representation of a connection of the capacitor C _q to the inte-

riegelungseinrichtung zur jeweiligen Festlegung der io grator erfolgt in der Weise, daß der jeweilige Ent-Ausgangsstellung der Drehspule, ladestrom in der Meßspule 10 in umgekehrter Rich-Locking device for the respective definition of the io grator takes place in such a way that the respective Ent starting position the moving coil, charging current in the measuring coil 10 in the opposite direction

Fig. 4 das Schema einer weiteren Ausführungs- tung wie der Entladestrom des Kondensators C_x form eines Kapazitätsmeßgerätes nach der Erfindung, fließt. Infolgedessen wird die Meßspule 10 stufenweise4 shows the diagram of a further embodiment of how the discharge current of the capacitor C _{x in the} form of a capacitance measuring device according to the invention flows. As a result, the measuring coil 10 becomes stepwise

F i g. 5 ein Schaltbild eines weiteren Kapazitäts- in ihre Ausgangsstellung zurückbewegt, wobei die meßgerätes nach der Erfindung und 15 Stufenzahl der Rückstellbewegung das Verhältnis desF i g. 5 is a circuit diagram of a further capacitance moved back into its starting position, the measuring device according to the invention and 15 stages of the return movement the ratio of the

F i g. 6 eine schematische Darstellung einer wei- Kapazitätswertes des bekannten Kondensators C₉ zu teren Verriegelungseinrichtung für ein Drehspulin- demjenigen des zu messenden Kondensators C_x anstrument nach der Erfindung. gibt. Diese Stufenzahl kann mittels eines mechani-F i g. 6 a schematic representation of a white capacitance value of the known capacitor C ₉ to the locking device for a rotating coil that of the capacitor C _x to be measured according to the invention. gives. This number of stages can be adjusted by means of a mechanical

Grundsätzlich wird bei der Kapazitätsmessung sehen Zählers registriert werden, der beispielsweise nach der Erfindung folgendermaßen verfahren: 20 an die Umschalter D₁ und D₂ angeschlossen ist.Basically, when measuring the capacitance, a counter is registered which, for example, proceeds as follows according to the invention: 20 is connected to the changeover switches D ₁ and D ₂ .

Man bringt die Drehspule nach Auslenkung durch Zweckmäßigerweise verwendet man jedoch einen den Entladestromstoß des zu messenden Konden- durch die Ladeimpulse des Kondensators C₉ gesteusators mittels einer Folge von Stromimpulsen in seine erten elektronischen Zähler CC. Ausgangsstellung zurück, wobei die Einzelimpulse Ein bevorzugtes Meßgerät nach der ErfindungThe moving coil is brought after deflection by. Appropriately, however, one uses the discharge current surge of the capacitor to be measured by the charging pulses of the capacitor C ₉ by means of a sequence of current pulses in its first electronic counter CC. Starting position back, with the single pulses A preferred measuring device according to the invention

der Impulsfolge eine jeweils genau bestimmte Form 25 wird nunmehr an Hand der F i g. 1 und 2 der Zeicn- und Größe haben. Durch Zählung der zur Rück- nungen erläutert. C_x bezeichnet den zu messenden stellung erforderlichen Einzelimpulse erhält man das Kondensator großer Kapazität, der beispielsweise gewünschte digitale Ausgangssignal. Ein Weg zur Er- durch die Kapazität eines Verteilernetzes dargestellt zeugung einer derartigen Impulsfolge besteht in der wird. Weiterhin kann an ein als Integrator dienendes wiederholten Aufladung eines kleinen Kondensators 30 Drehspulmeßwerk 11 auch ein Vergleichskondensamit konstanter Spannung, wobei der Kondensator je- tor C„ kleiner Kapazität angeschlossen werden. Die weils zum Zweck der Rückstellung der Drehspule jeweilige Aufladung des zu messenden Kondensators entladen wird. Andererseits kann man selbstverständ- C_x durch eine Spannungsquelle B ist mittels eines lieh einen kleinen Kondensator auch über das Dreh- npn-Transistors Tl gesteuert, wobei der Ladestrom spulinstrument aufladen und jeweils mittels eines 35 über UmschalterR1 und Rl fließt. Ein pnp-Tran-Kurzschlußkreises entladen. Die Impulsfolge kann sistor Tl dient zur Steuerung der Entladung des unmittelbar in einen elektronischen Zähler einge- Kondensators C_x über den Integrator 11. Die Anspeist werden, dessen Zählerstand nach Rückstellung steuerung des Transistors Tl erfolgt mittels eines des Drehspulinstrumentes in seine Ausgangsstellung pnp-Transistors Γ 3, der durch Schaltimpulse einer dem ursprünglichen Ladungswert bzw. Kapazitäts- 40 Leitung 1 gesteuert wird. Eine Leitung 2 gibt eine wert entspricht. Steuerspannung an den Transistor Tl ab. Der Tran-the pulse sequence a precisely determined shape 25 is now shown on the basis of FIG. 1 and 2 of the drawing and size. Explained by counting the number of returns. C _x denotes the individual pulses required for the position to be measured, one obtains the capacitor of large capacitance, the desired digital output signal, for example. One way of generating such a pulse train through the capacity of a distribution network is to do so. Furthermore, a comparative capacitor with constant voltage can also be connected to a repeated charging of a small capacitor 30, moving-coil measuring mechanism 11, which serves as an integrator, with the capacitor C 1 being connected to a small capacitance. The charge of the capacitor to be measured is discharged for the purpose of resetting the moving coil. On the other hand, you can of course- C _x through a voltage source B is controlled by means of a borrowed a small capacitor via the rotary npn transistor Tl , the charging current being charged coil instrument and flowing in each case by means of a 35 via changeover switches R 1 and Rl . Discharge a pnp-tran short circuit. The pulse sequence may sistor Tl serves to control the discharge of the directly involved in an electronic counter capacitor C _x via the integrator 11. The is supplying to whose count after reset control of the transistor Tl is effected by means of the Drehspulinstrumentes in its initial position pnp transistor Γ 3, which is controlled by switching pulses of the original charge value or capacitance line 1. A line 2 gives a value equivalent. Control voltage to the transistor Tl . The tran-

Dieses Meßverfahren bringt zusätzlich den Vorteil sistor T 3 und damit auch der Transistor Tl sind mit sich, daß bei Aufladung des zu messenden Kon- jeweils dann leitend, wenn die Leitung 1 auf einem densators und des Vergleichskondensators mit jeweils negativen Potential und die Leitung 2 auf einem derselben Spannung gleicher Größe der genaue Wert 45 positiven Potential liegt, während der Transistor Γ2 der Ladespannung unwesentlich ist. Man erhält viel- gesperrt ist. Wenn umgekehrt die Leitung 1 negative mehr die Kapazität des zu messenden Kondensators Spannung und die Leitung 2 positive Spannung fühals das Produkt des Vergleichskondensators mit der ren, sind die Transistoren Γ3 und Tl gesperrt, und Zahl der erforderlichen Ladeperioden, die zur jewei- der Transistor Tl ist leitend, lägen Rückstellung der Drehspule in ihre Ausgangs- 50 Die Zungen der UmschalterR1, Rl und R3 werstellung erforderlich sind. Alle Nichtlinearitäten des den durch ein nicht dargestelltes Relais betätigt, das Integrators, welche beispielsweise von Inhomogeni- zur Steuerung des Meßgerätes dient, täten des Magnetflusses in dem Spalt herrühren, wer- Wenn der Transistor Tl leitend und der Transistor den ausgeschaltet, da sich die Wirkung dieser Inho- Tl gesperrt ist, wird der Kondensator C_x über den mogenitäten auf die Einstellbewegung und in umge- ₅₅ Transistor Γ1 auf die volle Spannung von beispielskehrtem Sinn auf dieRückstellbewegungkompensieren. _wei_se -50 V aufgeladen. Der Stromfluß erfolgt von Eine derartige Ausführungsform eines Meßgerätes der Stromquelle B über die Schaltzungen von R1 und nach der Erfindung wird nunmehr an Hand von Rt. Da der Transistor Tl gesperrt ist, ist auch der Fig. 4 der Zeichnungen erläutert. Der zu messende Integrator 11 abgeschaltet. Nach vollständiger AufKondensator C_x wird über einen Umschalter A und 60 ladung des Kondensators C_x werden die Spannungen einen Reihenwiderstand F von der Stromquelle S der Leitungen 1 und 2 umgekehrt, so daß nunmehr geladen. Die Entladung erfolgt nach Umschaltung der Transistor Π gesperrt und der Transistor Tl des Schalters A über einen Reihenwiderstand G und leitend ist. Der Kondensator C_x entlädt sich nunein integrierendes Meßinstrument/M, das ein Dreh- mehr über die Kontaktzunge R1, den Integrator 11, spulmeßwerk 11 mit Magnetpolen N und S, einer 65 die Kontaktzunge von A3 und den Transistor Γ2, so Drehspule 10 und einem Zeiger 12 umfaßt. Zur Mes- daß das Meßgerät in eine von der Ladung des Konsung der Ladung und damit der Kapazität in digitaler densators abhängige Stellung abgelenkt wird. Sodann Form wird der Umschalter Λ wieder umgelegt, so legt das Relais die Kontaktzungen von Al, R2 undThis measuring method has the additional advantage of the transistor T 3 and thus also the transistor Tl that when the Kon to be measured is charged, it is conductive when the line 1 is on a capacitor and the comparison capacitor with a negative potential and line 2 is on the same voltage of the same size, the exact value 45 is positive potential, while the transistor Γ2 of the charging voltage is insignificant. You get a lot-is locked. Conversely, if the line 1 negative more the capacitance of the capacitor to be measured and the line 2 positive voltage for the product of the comparison capacitor with the ren, the transistors Γ3 and Tl are blocked, and the number of required charging periods, which for the respective transistor Tl is conductive, provision indeed subject to spinning reel in its output 50. the switch tongues of R1, Rl and R3 are required value date. Any non-linearities of the actuated by an unillustrated relay, the integrator that serves for example Inhomogeni- for controlling the measuring device, activities of the magnetic flux in the gap resulting, advertising When the transistor Tl is conductive and transistor switched to, since the effect This Inho- Tl is blocked, the capacitor C _{x will} compensate for the adjustment movement and in reverse ₅₅ transistor Γ1 to the full voltage of the reverse sense of the example for the return movement. _we i _se -50V charged. The current flow takes place from such an embodiment of a measuring device of the current source B via the reeds of R 1 and according to the invention will now be explained with reference to Rt. Since the transistor Tl is blocked, FIG. 4 of the drawings is also explained. The integrator 11 to be measured is switched off. After complete AufKondensator C _x is a switch A and 60 charge the capacitor C _x, the voltages are a series resistor R by the current source S of the lines 1 and 2 is reversed, so that now loaded. The discharge takes place after switching the transistor Π blocked and the transistor Tl of switch A via a series resistor G and is conductive. The capacitor C _x discharges an integrating measuring instrument / M, which rotates more via the contact tongue R1, the integrator 11, spulmeßwerk 11 with magnetic poles N and S, one 65 the contact tongue of A3 and the transistor Γ2, so rotating coil 10 and one Pointer 12 includes. To measure, the measuring device is deflected into a position dependent on the charge, the consensus of the charge and thus the capacitance in the digital capacitor. Then the changeover switch Λ is flipped over again, so the relay puts the contact tongues of Al, R 2 and

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R 3 um, so daß an Stelle des Kondensators C_x der F i g. 2 zeigt eine vollständige Impulsgruppe, die R 3 to, so that instead of the capacitor C _x the F i g. 2 shows a complete pulse group that

Kondensator C_Q in den Meßkreis eingeschaltet wird. zur Durchführung einer Ladungsmessung in einem Durch Umkehrung der Potentiale der Leitungen 1 Gerät nach F i g. 1 oder 5 erforderlich ist. und 2 wird der Transistor Tl leitend und der Tran- Im Zeitpunkt f₀ wird unter der Wirkung geeigneterCapacitor C _{Q is switched on} in the measuring circuit. for carrying out a charge measurement in a device according to FIG. 1 By reversing the potentials of the lines 1. 1 or 5 is required. and 2, the transistor Tl becomes conductive and the tran- At time f ₀ becomes more suitable under the effect

sistor Γ 2 gesperrt. Nunmehr wird der Vergleichs- 5 Potentiale der Steuerleitungen 1 und 2 der Transistor kondensator C₉ von der Spannungsquelle über die Tl leitend und der Transistor T 2 gesperrt, so daß Kontaktzunge von R1, den Integrator 11 und die der zu messende Kondensator C_x aufgeladen wird. Kontaktzunge R 2 geladen, wobei der durch den Inte- Der Verriegelungsmagnet 31 wird gleichzeitig erregt grator 11 fließende Ladestrom die Drehspule 10 um und hält den Zeiger 12 in seiner Ausgangsstellung, eine Stufe zurückschwenkt. Nach Umkehrung der io Da das Lichtbündel zwischen der Lichtquelle 14 und Steuerpotentiale der Leitungen 1 und 2 wird der dem Empfänger 15 durch die Blende 13 unterbro-Transistor Tl gesperrt und der Transistor Γ2 leitend, chen ist, ist die Ausgangsspannung des Empfängers so daß sich der Vergleichskondensator C₉ über die 15 gleich Null.sistor Γ 2 blocked. Now the comparison 5 potentials of the control lines 1 and 2 of the transistor capacitor C _{9 is} conductive from the voltage source via the Tl and the transistor T 2 is blocked, so that the contact tongue of R 1, the integrator 11 and the capacitor to be measured C _{x are} charged will. Contact tongue R 2 charged, whereby the charging current flowing through the Inte- The locking magnet 31 is excited at the same time grator 11 around the rotating coil 10 and keeps the pointer 12 in its starting position, swivels back one step. After reversal of the io Since the light beam between the light source 14 and control potentials of the lines 1 and 2, the receiver 15 locked by the diaphragm 13 unterbro transistor Tl and the transistor Γ2 is conductive, chen, the output voltage of the receiver so that the Comparison capacitor C ₉ across the 15 equal to zero.

Kontaktzunge von R3 und den Transistor Γ2 ent- "Der Zeitabschnitt zwischen f₀ und ^₁ ist so groß, laden kann. Dieser Lade- und Entladevorgang des 15 daß der Kondensator C_x trotz in dem Ladestromkreis Vergleichskondensators wird durch jeweilige Umkehr vorhandener Leitungswiderstände voll aufgeladen ist. der Potentiale der Leitungen 1 und 2 wiederholt. im Zeitpunkt^ werden der TransistorTl und der Nach einer Anzahl von Ladeperioden ist die Dreh- Verriegelungsmagnet 31 umgeschaltet, so daß sich spule aus ihrer Ablenkstellung in die Ausgangsstel- der Zeiger 12 frei bewegen kann. In dem unmittelbar lung zurückgeschwenkt. Man zählt die Anzahl der 20 folgenden Zeitpunkt i₂ wird der Transistor T 2 lei-Ladeperioden mittels eines binären Impulszählgerätes tend, so daß sich der Kondensator C_x über den Inte- und erhält so ein Maß für die Ladung des Kondensa- grator 11 entlädt und dabei den Zeiger 12 in seine tors C_x. Wenn der Kapazitätswert des Vergleichskon- Auslenkstellung verschwenkt. Sobald der Zeiger 12 densators C₉ gleich dem Einheitswert 1 μΡ ist, dann verschwenkt wird, erscheint am Ausgang des Empist auch der Zählstand unmittelbar dem Kapazitäts- 25 fängers 15 eine Ausgangsspannung. Sobald diese wert des zu messenden Kondensators gleich. Ausgangsspannung wieder verschwindet, wird einContact tongue of R3 and transistor Γ2 ent- "The time interval between f ₀ and ^ ₁ is so large that it can charge. This charging and discharging process of the 15 that the capacitor C _x is fully charged despite the fact that there are line resistances in the charging circuit, the comparison capacitor is reversed The potentials of the lines 1 and 2 are repeated at the time ^ the transistor T1 and the After a number of charging periods the rotary locking magnet 31 is switched over so that the coil can move freely from its deflected position into the starting position of the pointer 12. The number of the 20 following time i ₂ is counted, the transistor T 2 lei charging periods by means of a binary pulse counter tend, so that the capacitor C _{x is} over the interface and thus receives a measure of the charge of the The capacitor 11 discharges and the pointer 12 moves into its tors C _x soon the pointer 12 capacitor C _{9 is} equal to the unit value 1 μΡ, then it is pivoted, the count appears at the output of the Empist directly to the capacitance catcher 15 an output voltage. Once this value of the capacitor to be measured is the same. Output voltage disappears again, becomes a

Wenn der Kondensator C_x eine sehr große Kapazi- Unterbrechersignal erzeugt, das den Meßvorgang betät aufweist, sind die Entladeströme entsprechend endet. Wenn sich der Kondensator C_x vollständig groß, so daß man zweckmäßigerweise zu der Dreh- entladen hat, wird im Zeitpunkt i₃ der Transistor Γ2 spule einen Widerstand parallel legt, um die Emp- 30 wieder gesperrt. Gleichzeitig wird das Relais gefindlichkeit des Integrators zu vermindern. Die Mes- schaltet, so daß die Kontaktzungen J? 1, R2, R3 und sungen des Vergleichskondensators erfolgen bei vol- gegebenenfalls R 4 umgelegt werden. Im folgenden ler Empfindlichkeit des Integrators. Zu diesem Zeitpunkt^ wird der Transistor Γ1 bis zum Zeit-Zweck kann man nach F i g. 5 eine weitere Kontakt- punkt t. leitend, wobei der Vergleichskondensator C₉ zunge R 4 zur Steuerung eines Parallelwiderstandes H 35 über den Integrator 11 aufgeladen wird. Dadurch vorsehen. wird der Zeiger 12 um eine Stufe in seine Ausgangs-When the capacitor C _x generates a very large capacitance interrupter signal which actuates the measuring process, the discharge currents are terminated accordingly. When the capacitor C _{x is} completely large, so that one has expediently to the rotary discharge, at the time i ₃ the transistor Γ2 coil puts a resistor in parallel to block the receiver again. At the same time, the relay will reduce the integrator's sensitivity. The Mes- switches so that the contact reeds J? 1, R2, R3 and sung of the comparison capacitor take place at vol- if necessary R 4 are switched over. In the following ler sensitivity of the integrator. At this point in time ^ the transistor Γ1 until the time-purpose can be seen from F i g. 5 another contact point t. conductive, the comparison capacitor C ₉ tongue R 4 for controlling a parallel resistor H 35 via the integrator 11 is charged. Provide thereby. the pointer 12 moves one step to its starting point

Das rückstellmomentfreie Gerät 11 weist selbstver- stellung zurückbewegt. Schließlich werden in dem ständlich keinen natürlichen Nullpunkt bzw. keine Zeitintervall t₆ bis t₇ der Transistor Tl leitend und feste Ausgangsstellung auf. Nach einer Weiterbildung der Transistor Tl gesperrt, so daß der Kondensator der Erfindung sieht man an dem Drehspulinstrument 40 C_Q entladen wird. Im Zeitintervall t_s bis t₉ sind der Verriegelungselemente vor, welche eine jeweils feste Transistor Tl leitend und der Transistor Ί2 gesperrt, Ausgangsstellung für den Zeiger festlegen. Dabei so daß der Kondensator C₉ wieder aufgeladen wird, müssen mechanische Verriegelungselemente vermie- Dieser Umschaltzyklus wird so lange wiederholt, bis den werden. im Zeitpunkt t_n die Ausgangsspannung des Fotoemp-The self-adjusting device 11, which is free of restoring torque, has moved backwards. Finally, in the course of no natural zero point or no time interval t ₆ to t _7, the transistor T1 is conductive and has a fixed initial position. According to a further development, the transistor T1 is blocked, so that the capacitor of the invention can be seen on the moving-coil instrument 40 C _{Q is} discharged. In the time interval t _s to t ₉ before the locking elements which lock a respective fixed transistor Tl is conductive and transistor Ί2, set starting position for the pointer. In this case, so that the capacitor C ₉ is charged again, mechanical locking elements must be avoided. This switching cycle is repeated until the. at time t _n the output voltage of the photo sensor

Eine derartige Verriegelungseinrichtung zeigt 45 fängers 15 infolge Einlaufs des Zeigers 12 in seine F i g. 3. Im Endbereich des Zeigers 12 ist ein sehr Ausgangsstellung verschwindet. Dies kennzeichnet kleiner Anker 30 aus weichem Eisen vorgesehen, das Ende einer Messung. Wenn man jeweils die während in genauer Übereinstimmung mit der Aus- Lade- bzw. Entladeimpulse des Kondensators C₀ in gangsstellung in einem kleinen Abstand oberhalb, einen Zähler leitet, gibt der Zählstand des Zählers unterhalb oder neben dem Anker ein kleiner Elektro- 50 die Ladung und damit den Kapazitätswert des zu magnet 31 fest angeordnet ist. Wenn der Elektro- messenden Kondensators an. Sobald die Ausgangsmagnet 31 erregt wird und der Zeiger 12 sich in die spannung der Fotozelle 15 verschwindet, erhalten die Nähe der Ausgangsstellung bewegt, wird der Anker Leitungen 1 und 2 keine Steuerwellenformen mehr, 30 angezogen, so daß der Zeiger in der Ausgangs- und das Relais wird umgeschaltet, so daß die Konstellung festgehalten wird. Sobald ein Meßstrom 55 taktzungen von Rl, R2, i?3 und RA wieder in die durch die Drehspule 10 fließt, wird die Spule des eingezeichnete Schaltstellung zurückkehren. Das Elektromagneten 31 abgeschaltet, so daß sich die Meßgerät steht also nunmehr wieder für die folgende Drehspule, ausgehend von der Nullstellung, frei be- Messung bereit.Such a locking device shows 45 catcher 15 as a result of the entry of the pointer 12 into its FIG. 3. In the end area of the pointer 12, a very starting position has disappeared. This marks the small anchor 30 made of soft iron provided, the end of a measurement. If one during each in exact agreement with the initial charge or discharge pulses of the capacitor C ₀ in gear position to a small distance above, directs a counter, the count of the counter is below or next to the armature 50 a small electrical charge and thus the capacitance value of the magnet 31 is fixed. When the electro- measuring capacitor is on. As soon as the output magnet 31 is excited and the pointer 12 disappears into the voltage of the photocell 15, getting close to the starting position, the armature lines 1 and 2 are no longer attracted to control waveforms, 30 so that the pointer is in the output and the Relay is switched over so that the constellation is retained. As soon as a measuring current 55 clock tongues of Rl, R2, i-3 and RA flows back into the moving coil 10, the coil will return to the switching position shown. The electromagnet 31 is switched off, so that the measuring device is now ready again for the following moving coil, starting from the zero position, freely measuring.

wegen kann. Bei den an Hand der F i g. 1 und 5 er- An Stelle einer elektromagnetischen Verriegelungs-because of can. In the case of the FIG. 1 and 5 - Instead of an electromagnetic locking

läuterten Ausführungsformen von Meßgeräten nach 60 einrichtung nach F i g. 3 kann man auch eine elekder Erfindung muß man jeweils auch genau feststel- trostatische Verriegelungseinrichtung nach Fig. 6 len, wann der Zeiger in seine Ausgangsstellung ein- vorsehen. Dieselbe besteht aus einer als Elektrode läuft, damit die Folge der Rückstellimpulse festgehal- dienenden, leichten Spitze 40 an einem Ende des Zeiten werden kann. Man benutzt hierzu eine Einrieb.- gers 12, die sich zwischen zwei, vorzugsweise keilförtung, bei der an dem Zeiger 12 eine Blende 13 65 migen, festen Elektroden 41 bewegt, die mit der Ausbefestigt ist, die ein Lichtbündel zwischen einer gangsstellung zusammenfallen. Die Elektroden 41 Lichtquelle 14 und einem Lichtempfänger 15 unter- liegen parallel zueinander. Unter der Steuerung eines bricht. bereits in Verbindung mit F i g. 3 erläuterten Schal-refined embodiments of measuring devices according to the device according to FIG. 3 you can also use an elekder In accordance with the invention, one must also in each case precisely determine the static static locking device according to FIG. 6 len to see when the pointer is in its starting position. It consists of one as an electrode runs so that the sequence of the reset pulses pinned, light peak 40 at one end of the times can be. To do this, use a Einrieb.- gers 12, which is between two, preferably wedge-shaped, in which on the pointer 12 a diaphragm 13 65-shaped, fixed electrodes 41 are moved, which are fastened to the off is that a bundle of light coincide between a starting position. The electrodes 41 Light source 14 and a light receiver 15 are parallel to one another. Under the control of one breaks. already in connection with FIG. 3 explained switching

Claims

Alternatively, the electrodes 41 can be connected to one terminal of a voltage source 42, the other terminal of which is connected to the electrode 40. Both a DC voltage source and an AC voltage source can be used. Patent claims:

1. Method for measuring the electrical capacitance of a test object greater than about 1 μΡ, preferably in the size of several thousand microfarads by placing the test object first on a known one Voltage is charged and then discharged via an integrating measuring instrument whose moving organ comes to a standstill after discharge in a position that the Time integral of the discharge current, using a normal capacitor as a basis for comparison for the measurement, characterized in that a normal capacitor is used, the capacitance of which is very high is smaller than that of the test specimen, that also the movable organ of the measuring instrument by a series of current pulses known as current-time integral caused by charging or discharging of the normal capacitor to a voltage or a voltage of known magnitude are returned to the initial position, that these current pulses are still counted and that their number serves as a measure of the capacity sought.

2. The method according to claim 1, characterized by the use of a common voltage source for the respective charge of both the test item to be measured and the standard capacitor.

3. Capacitance measuring device for performing the method according to claim 1 or 2, characterized in that on a constant voltage source (S) via changeover switch (A and D ₁ , D ₂ ) on the one hand the capacitor to be measured (C _x ) and on the other hand the normal capacitor (C ₉ ) are connected, that the measuring instrument (11) is also parallel to the capacitors mentioned and can also be switched on via the changeover switch and that finally a counter (CC) is connected to the normal capacitor to count the charging periods (FIG. 4).

4. Capacitance measuring device according to claim 3, characterized in that transistor switching elements (Tl, Tl, T3) controlled by clock pulses serve as changeover switches (F i g. 5).

5. capacitance measuring device according to claim 3 or 4, characterized in that with the measuring instrument (11) locking elements (30, 31 or 40, 41) are connected to the movable member Hold (10, 12) in the starting position until a current pulse is applied.

6. capacitance meter according to claim 5, characterized in that the locking elements with the movable member of the Measuring instrument connected magnet armature (30) and a fixed, the starting position The moving coil (10) of the measuring instrument (11) is used to fix the electromagnet (31) (FIG. 3).

7. capacitance measuring device according to claim 5, characterized in that one of the locking elements on the movable member (12) of the measuring instrument (11) arranged electrode (40) and the starting position marking fixed Electrodes (41) are used, both of which are connected to a voltage source (Fig. 6).

8. Use of the method according to claim 1 or 2 and of the device according to one of the claims 3 to 7 for measuring the capacitance of wire radio or wire television networks.

Considered publications:

German Patent No. 856 656;

German utility model No. 1837 750;

French Patent No. 1282307;

"Funkechnik", 1957, No. 8, pp. 236 and 237;

Erich Blechschmidt, "Precision measurements of capacities, inductances and time constants", Publishing house Friedr. Vieweg & Sohn, Braunschweig, 1956, Vol. 1, 2nd edition, pp. 65 and 66;

Melchior Stöckl, "Electrical Measurement Technology", B. G. Teubner Verlagsgesellschaft, Stuttgart, 1956, Pp. 191 and 192;

Meyer / Moerder, "Mirror galvanometer and light pointer instruments", Academic Publishing Company Geest & Portig K.-G., Leipzig, 1952, pp. XXTX to XXXI and p. 140.

1 sheet of drawings