DE357299C

DE357299C - Device for observing or recording the course of time-varying, high voltages

Info

Publication number: DE357299C
Application number: DES53828D
Authority: DE
Original assignee: Siemens and Halske AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens and Halske AG; Siemens AG
Priority date: 1920-07-28
Filing date: 1920-07-28
Publication date: 1922-08-19

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Beobachtung oder Aufzeichnung des Verlaufs zeitlich veränderlicher hoher Spannungen. Zur Verfolgung des zeitlichen Verlaufs von Wechselströmen oder anderen zeitlich veränderlichen Strömen, beispielsweise zur Untersuchung elektrischer Ein- und Ausschaltvorgänge bzw. zur Beobachtung der mit den vorgenannten Strömen zusammenhängenden Werte, z. B. der Spannung, wurden bisher gewöhnlich Oszillographen benutzt. Diese Apparate können jedoch namentlich im Falle der Aufzeichnung des Verlaufs von Spannungen nur bei verhältnismäßig niedrigen Spannungswerten Verwendung finden. Die Überschreitung eines bestimmten Grenzwertes verbietet sich mit Rücksicht auf die Gefahr von Kurzschlüssen und auf die Schwierigkeit der Isolation. Auch besitzen Oszillographen, bei denen körperliche Massen bewegt werden müssen, eine gewisse Trägheit, so daß sie den Schwankungen der Spannung nur bis zu einer gewissen Änderungsgeschwindigkeit zu folgen vermögen.
Diese Mängel sind nach der Erfindung durch eine Einrichtung beseitigt, bei der durch das zu messende elektrische Feld in einer geeigneten Substanz, z. B. hartem Glas, Schwefelkohlenstoff, Nitrobenzol o. dgl. der Zustand eines polarisierten Lichtstrahles verändert und die Veränderung des Polarisationszustandes mittels einer optischen Vorrichtung sichtbar gemacht bzw. photographisch aufgezeichnet wird. Auf der Zeichnung sind in den Abb. 1 bis 3 zwei verschiedene Ausführungsformen der Erfindung schematisch dargestellt.The invention relates to a device for observing or recording the course of time-varying high voltages. To track the course of alternating currents over time or other currents that change over time, for example to investigate electrical switch-on and switch-off processes or to observe the values associated with the aforementioned currents, e.g. B. the voltage, oscilloscopes have traditionally been used. However, these devices can only be used in the case of recording the course of voltages at relatively low voltage values. It is forbidden to exceed a certain limit due to the risk of short circuits and the difficulty of the insulation. Oscillographs, in which physical masses have to be moved, also have a certain inertia, so that they are only able to follow the fluctuations in voltage up to a certain rate of change.
These deficiencies are eliminated according to the invention by a device in which the electric field to be measured in a suitable substance, e.g. B. hard glass, carbon disulfide, nitrobenzene o. The like. The state of a polarized light beam is changed and the change in the polarization state is made visible by means of an optical device or is recorded photographically. On the drawing, two different embodiments of the invention are shown schematically in Figs. 1 to 3.

Bei der in Abb. r veranschaulichten Einrichtung ist an die Platten P₁ und p₂ eines Kondensators c die wechselnde Hochspannung gelegt, deren zeitlicher Ablauf untersucht werden soll. Zwischen den Platten P₁ und p₂ befindet sich eine zur Polarisation eines Lichtstrahles geeignete Substanz, z. B. hartes Glas, Schwefelkohlenstoff, Nitrobenzol o. dgl. Zwischen einer Lichtquelle I und dem Kondensator c ist ein polarisierendes Nikolsches Prisma Wi₁ eingeschaltet, dessen Polarisationsebene um 45° gegen die Kraftlinien des durch den Kondensator c hervorgerufenen elektrischen Feldes geneigt ist. Vor dem Kondensator c ist ein dünner Quarzkeil q angeordnet und vor diesem das als Analysator dienende Nikolsche Prisma W₂. Vor dem Prisma m„ ist eine Registriertrommel t mit einem lichtempfindlichen Streifen s vorgesehen. Die beiden Schwingungsrichtungen im Qarzkeil q liegen parallel und senkrecht zur brechenden Kante und zur Richtung der elektrischen Kraftlinien. Zwischen dem Analysator m₂ und dem Keil q ist dicht neben diesem Keil eine Blende b angeordnet, die mit einem senkrecht zur brechenden Kante des Keils verlaufenden Schlitz versehen ist. Zwischen der Lichtquelle I und dem Polarisator Vi₁ ist eine Linse i und eine Blende b_x und zwischen dem Analysator in₂ und der Registriervorrichtung t, s ein Linsenaggregat g und eine Blende b₂ vorgesehen.In the device illustrated in Fig. R, the alternating high voltage is applied to the plates P ₁ and p _{2 of} a capacitor c, the timing of which is to be investigated. Between the plates P ₁ and P ₂ there is a substance suitable for polarizing a light beam, e.g. B. hard glass, carbon disulfide, nitrobenzene o. The like. Between a light source I and the capacitor c a polarizing Nikolsches prism Wi _{1 is} switched on, whose plane of polarization is inclined by 45 ° against the lines of force of the electric field caused by the capacitor c. A thin quartz wedge q is arranged in front of the capacitor c and in front of it the Nikolsche prism W ₂ serving as an analyzer. A recording drum t with a light-sensitive strip s is provided in front of the prism m ". The two directions of oscillation in the Qarz wedge q are parallel and perpendicular to the breaking edge and to the direction of the electrical lines of force. Between the analyzer m ₂ and the wedge q , a diaphragm b is arranged close to this wedge and is provided with a slot running perpendicular to the breaking edge of the wedge. A lens i and a diaphragm b _{x are provided} between the light source I and the polarizer Vi ₁ , and a lens unit g and a diaphragm b _{2 are} provided between the analyzer in FIG. ₂ and the recording device t, s.

Die Wirkungsweise der vorher beschriebenen Einrichtung ist folgende:The function of the device described above is as follows:

Das System der beiden Nikolschen Prismen In₁, m₂ mit dem zwischen ihnen liegendenThe system of the two Nikolian prisms In ₁ , m ₂ with the one between them

Quarzkeil q erzeugt in bekannter Weise ein System äquidistanter Interferenzstreifen, die parallel zur brechenden Kante des Keils q verlaufen und einem durch den Analysator nu blickenden Beobachter als auf diesem Keil liegend erscheinen. Wird in der Substanz a durch das vom Kondensator hervorgerufene elektrische Wechselfeld Doppelbrechung erzeugt, so verschiebt sich das äquidistante ίο Streifensystem senkrecht· zur Richtung der Streifen. Diese Verschiebung ist dem Quadrat der elektrischen Feldstärke proportional.Quartz wedge q produced in known manner, a system of equidistant interference fringes that are parallel to the refracting edge of the wedge and a q appear lying through the analyzer nu looking observers on this wedge. If birefringence is generated in substance a by the alternating electric field caused by the capacitor, the equidistant stripe system shifts perpendicular to the direction of the stripes. This shift is proportional to the square of the electric field strength.

Durch die Blende b wird ein schmales, zur Verschiebungsrichtung des Streifensystems paralleles Lichtband aus dem Gesichtsfeld ausgeblendet. Von diesem Band wird durch das Linsenaggregat g und gegebenenfalls noch durch eine weitere, in der Zeichnung nicht dargestellte Zylinderlinse ein Bild auf den Schichtträger s der Registriertrommel t geworfen. Dieses Bild erscheint als eine feine, durch äquidistante dunkle Punkte geteilte Lichtlinie, zu der sich der Schichtträger s annähernd senkrecht fortbewegt. Auf diesen 25' Schichtträger wird daher bei der Bewegung der Interferenzstreifen ein System von äquidistanten Kurven aufgezeichnet, deren Ordinatenhöhen dem Quadrat der Feldstärke proportional sind. Durch die Linse i und die j Blende S₁ wird ein schmales Lichtbündel nach dem Polarisator M₁ gesandt. Die Blende b₂ dient zum Fernhalten seitlicher Lichtstrahlen von dem Schichtträger s.A narrow band of light parallel to the direction of displacement of the strip system is masked out of the field of view by the diaphragm b. From this tape, an image is thrown onto the layer carrier s of the recording drum t through the lens unit g and possibly also through a further cylindrical lens not shown in the drawing. This image appears as a fine line of light, divided by equidistant dark points, to which the substrate s moves approximately perpendicularly. During the movement of the interference fringes, a system of equidistant curves is therefore recorded on this 25 'layer support, the ordinate heights of which are proportional to the square of the field strength. A narrow beam of light is sent through the lens i and the j diaphragm S ₁ to the polarizer M _1. The diaphragm b ₂ serves to keep lateral light rays away from the layer carrier s.

In Abb. 2 und 3 ist eine Einrichtung dargestellt, welche die stroboskopische Beobachtung bestimmter, auswählbarer Augenblickswerte einer Spannungsphase gestattet. Der Polarisationszustand des durch die Substanz α hindurchgehenden Lichtstrahles wird in oben beschriebener Weise durch das elektrische Wechselfeld beeinflußt, das durch einen an j der Hochspannung liegenden Kondensator her- j vorgerufen wird. Durch einen mit der wech- J selnden Hochspannung synchron umlaufenden j Motor 0 wird eine mit einem schmalen radi- j alen Schlitz f (Abb. 3) versehene Scheibe d j gedreht. Diese Scheibe ist in der Bahn des '· Lichtstrahles derartig angeordnet, daß sie beim j Umlauf je nach ihrer Stellung einen dem , Augenblickswert der Spannung entsprechenden '■ Polarisationszustand des Lichtes herausgreift. '< Der bei der vorher beschriebenen Ausführungs- ; form vorgesehene Quarzkeil ist bei der Ein- [ richtung nach Abb. 2 durch einen Soleil-Babinetschen Kompensator h ersetzt. Bei der Be- :In Fig. 2 and 3 a device is shown, which allows the stroboscopic observation of certain, selectable instantaneous values of a voltage phase. The polarization state of the light beam passing through the substance α is influenced in the manner described above by the electrical alternating field which is brought about by a capacitor connected to the high voltage. A motor 0 rotating synchronously with the alternating high voltage rotates a disc d j provided with a narrow radial slot f (Fig. 3). This disc is' arranged such · light beam that it comprises the instantaneous values of the voltage depending on their position in the corresponding j circulation "in the path of the picks out ■ polarization state of light. '< The one in the previously described execution; The quartz wedge provided in the form is replaced in the device according to Fig. 2 by a Soleil-Babinet compensator h . When loading:

nutzung der Einrichtung wird dieser Kompensator so eingestellt, daß die durch das Feld hervorgerufene, durch das Linsensystem g zu beobachtende Helligkeit beseitigt wird. Die zur Beseitigung der Helligkeit vorgenommene < Drehung der Schraube r des Kompensators bildet ein Maß für die Größe der herausgegriffenen Spannungswerte. Die Schraube *· ist mit einer Vorrichtung zur Anzeige der ausgewählten Augenblickswerte der Spannungs- ' phase versehen und kann erforderlichenfalls auch mit einer Registriervorrichtung zur Aufzeichnung dieser Augenblickswerte verbunden sein.Using the device, this compensator is adjusted so that the brightness caused by the field and observed through the lens system g is eliminated. The rotation of the screw r of the compensator made to eliminate the brightness forms a measure of the magnitude of the selected voltage values. The screw * is provided with a device for displaying the selected instantaneous values of the tension phase and, if necessary, can also be connected to a recording device for recording these instantaneous values.

Durch Verstellung der Scheibe d auf ihrer ', Welle können beliebige andere Augenblickswerte der Spannungsphase herausgegriffen werden. Auf diese Weise kann durch kontinuierliches Herausgreifen verschiedener Augenblickswerte nacheinander der ganze Verlauf ' der Spannungskurve stroboskopisch aufgenommen werden.By adjusting the disk d on its ' shaft, any other instantaneous values of the voltage phase can be picked out. In this way, the entire course of the voltage curve can be stroboscopically recorded by continuously picking out various instantaneous values one after the other.

Statt durch eine umlaufende Schlitzblende kann die synchron intermittierende Beleuchtung auch durch andere Mittel, z. B. durch eine Funkenstrecke hervorgerufen werden. Statt des Soleil-Babinetschen Kompensators kann auch irgendeine andere geeignete optische Vorrichtung vorgesehen sein.The synchronous intermittent lighting can be used instead of a circumferential slit diaphragm also by other means, e.g. B. caused by a spark gap. Instead of of the Soleil-Babinet compensator can also be any other suitable optical Device be provided.

Claims

Patent Claims:

1. Device for observing or recording the course of time-variable, high voltages, characterized in that the electric field to be measured in a substance (e.g. hard glass, carbon disulfide, nitrobenzene o. The like.) the state of a polarized Light beam changes and the change in the polarization state is visible by means of an optical device is made or recorded photographically.

2. Device according to claim 1, ge ic characterized by a compensator (A) that provides intermittent lighting is exposed to an alternating electric field synchronous, which is the polarization state affects the lighting of the compensator causing light beam, so that depending on the phase of the Lighting selectable instantaneous values of the voltage can be stroboscopically observed or recorded. ti

1 sheet of drawings.