DE2637713C3

DE2637713C3 - Dynamischer Feldstärkemesser zur Messung elektrostatischer Felder bzw. Ladungen

Info

Publication number: DE2637713C3
Application number: DE2637713A
Authority: DE
Inventors: Giichiro Tokio Kato
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-08-25
Filing date: 1976-08-21
Publication date: 1980-01-17
Also published as: US4055798A; DE2637713B2; DE2637713A1; JPS5646104B2; JPS5226874A; FR2322377A1; GB1552840A; FR2322377B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Feldstärkemesser des im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Typs. Solche Geräte sind aus der US-PS 38 46 700 bekannt. Sie werden insbesondere zur Gewitter- und Blitzvorwarnung in Freizeitanlagen, z. B. Golfplätzen, eingesetzt und sollen dementsprechend im Freien bei allen Wetterlagen zuverlässig arbeiten.

Eine auch in zeitlicher Hinsicht genaue Vorhersage eines nahenden Gewitters ist jedoch nur dann möglich, wenn der Meßkopf des Gerätes stets mit gleichbleibender Meßempfindlichkeit arbeitet, d. h. unabhängig von der sich verändernden Wetterlage, z. B. eines einsetzenden Regens, da anderenfalls nicht erkennbar ist, ob und in welchem Maße eine Veränderung des vom Meßkopf abgegebenen Meßsignals der Änderung einer vorhandenen elektrostatischen Feldes entspricht.

Gemäß der US-PS 38 46 700 wird versucht, die gleichbleibende Meßempfindlichkeit des Meßkopfes durch eine »feedback«-Elektrode zu erreichen, die Kriechströme auf der Oberfläche des Isolierstoffträgers der Meßelektroden neutralisieren soll. Eine »feedback«-Elektrode verhindert jedoch nicht, daß in unmittelbarer Nähe der Meßelektroden je nach Wetterlage unterschiedlich hohe Ladungen vorhanden sind, die die Meßempfindlichkeit der Meßelektroden selbst beeinflussen.

Zudem kann bei dem bekannten Gerät insbesondere bei heftigem Schlagregen auch ein Kurzschluß auftreten, da in diesem Fall die rotierende Schirmelektrode nicht in der Lage ist, die Ausbildung eines geschlossenen Wasserfilms auf dem Isolierstoffträger mit Sicherheit zu verhindern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Feldstärkemesser des definierten Typs zu schaffen, der bei allen Wetterlagen zuverlässig und mit gleichbleibender Meßempfindlichkeit arbeitet Diese Aufgabe wird durch die Merkmale nach dem Kennzeichen des Anspruches 1 gelöst

Bei dem erfindungsgemäßen Gerät ist eine Verände-

rung der Meßempfindlichkeit mit der erforderlichen Sicherheit auszuschließen. Die kegelförmige Ausbildung der Elektroden schützt den Isolierstoffträger, d. h. die Tragsäule der Meßelektrode wirksam gegen Schlagregen aus unterschiedlichen Einfallrichtungen. Dieser Schutz wird durch die Metallhülse, die die Tragsäule umgibt, ergänzt Mithin ist die Oberfläche der Tragsäule frei von direkter Wasserbenetzung. Eine Veränderung des elektrischen Widerstandes der Isolierstoff-Tragsäule kann somit nicht auftreten.

jo Wesentlich zur Konstanthaltung der Meßempfindlichkeit des Gerätes trägt auch bei, daß sich die Isolierstoff-Tragsäule durch die gesamte Innenhöhe des Kegels erstreckt und somit ein sehr langer Ableitungsweg unerwünschte Kriechströme weitgehend verhin- dert

Soweit insbesondere bei trockener Luft Ladungen auf der Oberfläche der Isolierstoff-Tragsäule vorhanden sind, können auch sie nicht die Meßempfindlichkeit der Meßelektrode beeinflussen, da die Tragsäule erfin dungsgemäß mit einer geerdeten Metallhülse unter Einhaltung eines Umfangsspaltes umgeben ist. Die Metallhülse erfüllt somit eine doppelte Funktion.

Ein Feldstärkemesser gemäß der Erfindung besitzt damit eine stets gleichbleibende Meßempfindlichkeit und er ist zudem einfach herzustellen und für den praktischen Betrieb robust genug, um zuverlässig zu arbeiten.

Eine weitere Verbesserung des erfindungsgemäßen Gerätes kann Meflempfindlichkeit die Merkmale der

so Unteransprüche erreicht werden. Die gemäß Anspruch 2 vorzusehenden Rippen auf der äußeren Schirmelektrode verbessern das Abschleudern des auf uie Elektrode auftreffenden Regens und dienen somit der Verhinderung von Wasserfilmen auf der Isolierstoff- Tragsäule und der Bildung von Wasserbrücken zwi schen den Meßelektroden. Letzteres wird auch durch zusätzliche Dränageschlitze verhindert, die gemäß Anspruch 3 in der Meßelektrode parallel zum Fußrand des Kegels ausgebildet sind.

Nach Anspruch 4 ist es zweckmäßig, die Rotationswelle zusätzlich über Schleifkontakte zu erden. In der Regel besteht zwar schon über den Antriebsmotor, der mit der Rotationswelle gekoppelt ist, eine Erdung, doch kann diese Erdnung oftmals durch die vorhandenen

h5 Schmiermittelfilme in den Lagern des Rotors des Motors beeinträchtigt sein, so daß eine zusätzliche Erdung der Rotationswellc vorteilhaft ist.

Ebenso ist es zweckmäßig, gemäß Anspruch 5 das

Signalableitungskabel in dem Umfangsspalt zwischen der Metalliiülse und der Isolierstoff-Tragsäule zu verlegen, so daß von dem Kabel keine Beeinträchtigung der Meßempfindlichkeitdes Meßkopfes erfolgen kann.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 —3 einen Querschnitt durch einen Feldstärkemesser gemäß der Erfindung und in perspektivischer Darstellung die kegelförmigen Meßelektroden und deren Tragsäule,

F i g. 4 einen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform eines Feldstärkemessers,

Fig.5—7 andere Ausführungsformen der Schirmelektrode.

Der in den F i g. 1 —3 dargestellte Feldstärkemesser ist allgemein mit der Bezugpziffer 10 versehen. Er besitzt ein hohles, zylindrisches Gehäuse 11, das bei 12 geerdet ist. Im Zentrum des Gehäuses ist eine Motorkammer 13 angeordnet und am Boden des Gehäuses ist ein Verstärker 14 montiert, der über die Leitung 15 mit dem Meßkopf und über eine Leitung 16 mit einem geeigneten Meßsignal-Aufzeichnungsgerät (nicht dargestellt) verbunden ist Innerhalb der Motorkammer 13 befindet sich ein Elektromotor 17 mit der Antriebswelle 18 in konventioneller Bauart

Auf dem Gehäuse U ist eine hohle, zylindrische Tragsäule 19 aus Isolierstoff montiert Eine Metallhülse 21 umgibt die Tragsäule unter Einhaltung eines Umfangsspaltes. Die zu dem Verstärker führende Leitung 15 ist innerhalb dieses Umfangsspaltes verlegt. Die Tragsäule 19 und die Metallhülse 21 besitzen fußseitig jeweils einen Flansch mit korrespondierenden Flanschlöchern 19' bzw. 21' und sind beide gemeinsam vermittels der Bolzen 20 auf dem Gehäuse 11 montiert. Aus Fig.3 ist ersichtlich, daß die Metallhülse 21 im Bereich ihres Befestigungsflansches mehrere Dränageöffnungen 21" besitzt

Die Tragsäule 19 ist am oberen Ende mit einer Anlageschulter 23 ausgebildet, auf der die stationäre Meßelektrode 22 befestigt ist. Mit dieser stationären Elektrode ist die Leitung 15 elektrisch verbunden.

Im Inneren der hohlen Tragsäule 19 ist eine Rotationswelie 24 gelagert, die über die Kupplung 25 mit der Antriebswelle 18 des Elektromotors 17 verbunden ist und die die Schirmelektrode 29 trägt. Die Rotationswelie 24 besitzt einen Ripgvorsprung 27, an dem die Erdungskontakte 28 in Form von elastischen Federn anliegen. Die Erdungskontakte sind mit Stiften 28' o.a. an dem Gehäuse 11 befestigt. Über diese Kontakte und die Rotationswelle ist die Schirmelektrode 29 zusätzlich geerdet, die vermittels einer Metallplatte 29a und Schrauben 29'a o. ä. auf dem Ende der Rotationswelle befestigt ist.

Die rotierende Schirmelektrode 29 besitzt die Form eines abgestumpften Kegels und ist etwas größer ausgebildet als die stationäre Elektrode 22, die im wesentlichen die gleiche kegelförmige Ausbildung besitzt. Zwischen den beiden Elektroden ist ein ringförmiger, gleichbleibender Spalt ausgebildet, so d.iß die Schirmelektroden ohne Kontakt zur stationären Elektrode rotieren kann. Der Rotationsantrieb erfolgt durch den Elektromotor 17, der über die Leitung 30 fremdgespeist ist Im unbenutzten Zustand des beschriebenen Gerätes kann ein Schutzdeckel 31 zum Abdecken des Meßkopfes vorgesehen sein.

ίο Aus Fig.2 ist die stationäre Elektrode 22 genauer erkennbar. Sie besteht aus Metallblech und besitzt eine Anzahl in Längsrichtung angeordneter, trapezförmiger Öffnungen 22 zur Erzeugung des Meßwechselsignals. Zwischen diesen öffnungen sind im Fußbereich des Kegels Dränageschlitze 22" vorgesehen. Die in Fig.2 ebenfalls dargestellte Schirmelektrode 29 besteht aus dem gleichen Material und ist im wesentlichen gleich ausgebildet Auch hier wieder sind die trapezförmigen öffnungen 29' zur Erzeugung des Meßwechselsignals vorhanden Es fehlen die Dränageschlitze, die bei der rotierenden Schirmelektrode nicht ;·. forderlich sind.

Bei Inbetriebnahme wird das Gerät über die Leitung 30 an eine externe Stromquelle angeschlossen. Die Meßsignal-Ausgangsleitung 16 wird mit einem Meßsi-

2j gnal-Aufzeichnungsgerät verbunden, das bei Überschreitung eines Grenzwertes entsprechende Warnsignale abzugeben vermag.

Fig.4 zeigt eine andere Ausführungsform eines Feldstärkemessers gemäß der Erfindung. Der grund-

K) sätzliche Aufbau dieser Ausführungsform ist mit der in F i g. 1 dargestellten vergleichbar, so daß für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet wurden, um unnötige Wiederholungen zu vermeiden. Das in F i g. 4 dargestellte Gerät 10' besitzt als Besonderheit eine

r. Isolierstoff-Zwischenplatte 35 unterhalb der oberen Wandung des Gehäuses 11, auf der die federnden Erdungskontakte 28 montiert sind. Zudem ist in der Motorkammer 13 eine Batterie 34 angeordnet, deren positiver Pol elektrisch mit einem der Kontakte 28 verbunden ist und deren negativer Pol über die Leitung 36 an dem geerdeten Gehäuse 11 anliegt. Auf diese Weise wird durch die Vorspannungsquelle 34 ein künstliches Potential an der rotierenden Schirmelektrode 29 erzeugt, das im Aufstellungsgebiet des Gerätes

4·-. vorhandene normale Ladungen bzw. ein durch sie erzeugtes elektrostatisches Feld überlagert

F i g. 5 zeigt eine andere Ausführungsform der rotierenden Schirmelektrode. Diese besitzt als Besonderheit nach außen stehende, vertikale Rippen 32, die

ίο jeweils zwischen zwei der in Längsrichtung verlaufenden trapezförmigen öffnungen 29' angeordnet sind.

Fig.6 zeigt im Vergleich zu Fig.2 eine stationäre Meßelektrode 22, bei der die Dränageöffnungen fortzulassen wurden. F i g. 7 zeigt in perspektivischer

v. Darstellung die stationäre Elektrode gemäß Fig.6 zusammen mit dei Tragsäule.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Dynamischer Feldstärkemesser zur Messung elektrostatischer Felder bzw. der sie erzeugenden Ladungen mit einem Meßkopf, der aus einer feststehenden, isoliert gelagerten, kreisflächenförmigen Meßelektrode und einer geerdeten, kreisflächenförmigen Schirmelektrode besteht, die auf einer zentral und berührungsfrei durch die Meßelektrode hindurchgeführten Rotationswelle oberhalb und im Abstand zu der Meßelektrode gelagert und vermittels eines fremdgespeisten Antriebs rotieren kann, wobei beide Elektroden sektorförmige Ausschnitte besitzen und bei rotierender Schirmelektrode ein feldstärkeproportionales Meßwechselsignal erzeugen, das über einen Verstärker an einem Aufzeichnungs- und/oder Warngerät anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß beide Elektroden (22, 29) die Form eines Kegels besitzen und übereinander mit nach oben weisender Kegelspitze angeordnet sind, wobei die Meßelektrode (22) auf einer durch die gesamte Innenhöhe des Kegels sich erstreckenden Tragsäule (19) aus Isolierstoff gelagert ist, die mit einer geerdeten Metallhülse (21) unter Einhaltung eines Umfangsspaltes umgeben ist und eine zentrale Bohrung besitzt, durch die Rotationswelle (24) der Schirmelektrode (29) hindurchgeführt ist

2. Feldstärkemesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schirmelektrode (29) mit nach außenstehenden, vertikalen Rippen (32) versehen ist

3. Feldstärkemesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die Meßelektrode (22) parallel zum Fußrand des Ke? -;s sich erstreckende Dränageschlitze (22") besitzt.

4. Feldstärkemesser nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationswelle (24) über Schleifkontakte (28) geerdet ist.

5. Feldstärkemesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Signalableitungskabel (15) in dem Umfangsspalt zwischen der Metallhülse (21) und der Tragsäule (ίθ) verlegt ist