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Verfahren zur Messung sehr hoher Widerstände mittels einer Elektronenröhre.
Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zur Messung hoher Widerstände von
solchem Betrage, daß das Abfließen von elektrischen Ladungen durch sie hindurch
eine merkliche Zeit in Anspruch nimmt. Die Erfindung eignet sich auch zur Messung
von Ionisationsströmen. Es ist bereits bekannt geworden, hierzu Elektronenröhren
mit Steuerelektrode zu verwenden. Bei Einrichtungen dieser Art verliert die Steuerelektrode
die ihr und der mit ihr verbundenen Belegung eines Kondensators zunächst mitgeteilte
Ladung über den zu messenden Widerstand hinweg und wird selbsttätig immer wieder
aufgeladen durch Induktion, hervorgerufen durch periodisch entstehende Schwingungsvorgänge
im Anodenkreis der Elektronenröhre. Da aber die Zeit, in der eine bestimmte Ladung
eines sonst isolierten leitenden Körpers über den zu messenden Widerstand verschwindet,
von dem Betrag des Widerstandes abhängt, so ist die Anzahl der Aufladungen der Steuerelektrode
in einem bestimmten Zeitraum ein Maß für den Widerstand. Bei dem Gegenstand der
Erfindung handelt es sich um eine Meßeinrichtung, bei der ebenfalls von einer Elektronenröhre
Gebrauch gemacht wird, deren Steuerelektrode ihre Ladung nur über den zu messenden
Widerstand verliert und gegebenenfalls immer wieder aufgeladen wird, bei der aber
die wiederholte Aufladung der Steuerelektrode auf einem anderen Wege erfolgt. Sie
zeichnet sich durch besondere Einfachheit und Zuverlässigkeit aus. Ihre Angaben
sind infolge Verwendung eines Meßgerätes, das die einzelnen Vorgänge überwacht,
wie es auch die Versuche bestätigt haben, vollkommen unabhängig von Zufälligkeiten
und sonstigen Schwankungen.
Erfindungsgemäß wird der eindeutige
Zusammenhang zwischen der Spannung der Steuerelektrode einer Elektronenröhre und
dem Gleichstrom des von der Röhre gesteuerten Kreises, d. h. die statische Charakteristik
der Elektronenröhre, die bei geeigneter Wahl der Spannungen von Zufälligkeiten unabhängig
ist, benutzt, um den jeweiligen Ladezustand der Steuerelektrode kenntlich zu machen,
und zwar dadurch, daß in den gesteuerten Stromkreis ein auf die Stärke des Gleichstromes
ansprechendes Gerät eingeschaltet wird, das gleichzeitig dazu dienen kann, die wiederholte
Rufladung der Steuerelektrode zu bewirken. Man kann dieses Gleichstrommeßgerät entweder
so benutzen, daß man die Zeit feststellt, die bei der Bewegung des Zeigers zwischen
zwei, der vollen Rufladung der Steuerelektrode und einer bestimmten verminderten
A ufladung, insbesondere der verschwindenden Ladung, entsprechenden Einstellungen
verfließt. Das ist jedoch nur empfehlenswert, wenn die Entladung sehr langsam erfolgt,
d. h. der zu messende Widerstand besonders groß ist. Im allgemeinen wird man es
so einrichten, daß das Gleichstrommeßgerät bei seiner zweiten Einstellung entsprechend
der verminderten Ladung jedesmal die Neuaufladung der Steuerelektrode durch Anschalten
einer Ladestromquelle bewirkt. Man mißt dann entweder die Zeit, in der eine bestimmte
Anzahl aneinandergereihter Entladungsvorgänge erfolgt, oder man zählt die in einem
bestimmten Zeitraum erfolgenden Neuaufladungen entweder mit Hilfe eines selbsttätigen
Zählwerkes oder durch Abzählen von Lichtblitzen oder Tonsignalen, die bei An- oder
Abschalten der Ladestromquelle erzeugt werden.
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In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsmöglichkeiten desErfindungsgedankens
dargestellt.
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In allen Abbildungen bezeichnet R die Elektronenröhre, k die
Glühkathode, g das Gitter, a die Anode der Röhre, b,, die Anodenbatterie,
b, die Ladestromquelle, r den zu messenden Widerstand, in das in den Anodenkreis
eingeschaltete Gleichstrommeßgerät mit zwei Kontaktstellungen i und 2. Die Gitterkapazität
ist durch den gestrichelt eingezeichneten Kondensator c veranschaulicht. c kann
auch einen besonderen Zusatzkondensator darstellen, der gegebenenfalls zur Erhöhung
der Gitterkapazität verwendet wird. Bei der Schaltung nach Abb. i liegt der zu messende
Widerstand r einpolig ständig am Gitter g. Mit dem anderen Pol ist
er bei der Stellung i eines vom Gleichstromgerät m gesteuerten Umschalters unmittelbar
mit der Glühkathode k verbunden, bei der Stellung 2 über die Ladestromquelle be,
deren positiver Pol an der Glühkathode liegt. Ist in einem bestimmten Augenblick
das Gitter und gegebenenfalls die mit ihm verbundene Belegung eines besonders vorgesehenen
Gitterkondensators voll aufgeladen, und zwar negativ, so ist der Elektronenstrom
zur Anode abgedrosselt. Der Zeiger des Meßgeräts m nimmt die Stellung i ein, entsprechend
der Anodenstromstärke gleich Null. Dadurch wird der Unterbrecher im Gitterkreis
betätigt, und zwar ebenfalls in die Stellung i gebracht, wobei der Widerstand r
unmittelbar mit der Glühkathode k verbunden ist. Da die negative Ladung des Gitters
im Rohr selbst nicht abfließen kann, fließt sie über den Widerstand , zur Glühkathode
k. Das geschieht mehr oder weniger langsam, je nach der Größe des Widerstandes y.
Der Anodenstrom steigt schließlich bis zu einem bestimmten Betrage an, dem die Stellung
2 des Zeigers vom Meßgerät m entspricht. In diesem Augenblick wird durch das Meßgerät
ur der Umschalter im Gitterstromkreis ebenfalls in die Stellung 2 umgelegt und dadurch
die Ladestromquelle b, in Reihe mit dem Widerstand r und dem Gitter g geschaltet:
Nun beginnt eine allmähliche Rufladung dr s Gitter, bis wieder die volle Ladung
erreicht ist. Dann beginnt das Spiel von neuem. Bei der Schaltung nach Abb. 2 liegen
Widerstand und Ladestromquelle bz beide mit ihrem einen Pol dauernd an der Glühkathode
k, mit ihrem anderen Pol können sie abwechselnd mit den, Gitter g verbunden werden.
Die Rufladung des Gitters erfolgt hier augenblicklich. Mit der Umschaltung des Gitters
von der Ladestromquelle auf den Widerstand braucht man also nicht zu warten, bis
das etwas träge Meßgerät in den der Anodenstromstärke Null entsprechenden Zeigerausschlag
i erreicht. Man kann vielmehr den Kontakt i dicht unterhalb des Kontaktes 2 legen.
Die Anordnung nach Abb. 3 unterscheidet sich von der nach Abb. nur dadurch, daß
der zu messende Widerstand r dauernd zwischen Gitter - und Glühkathode k geschaltet
ist. Die Rufladung des Gitters erfolgt hier ebenfalls augenblicklich. Das Meßgerät
nt schaltet dann bei einem bestin.mten Höchstwert der Anodenstromstärke, d. h. bei
Stellung 2 seines Zeigers die Ladestromquelle b,, an das Gitter an und bei seiner
anderen Zeigerstellung i wieder ab. Diese Schaltung hat gegenüber den erstgenannten
einen besonderen Vorzug für den Fall, daß der zu messende Widerstand r verhältnismäßig
große Eigenkapazität aufweist. Im Falle einer Anordnung nach Abb. 2 würde nämlich
bei Umschaltung in Stellung -z zunächst die Ladung des Gitters sich verteilen entsprechend
dem Verhältnis von Gitterkapazität zu Eigenkapazität des Widerstandes; und dadurch
würde sich die Anfangsladung des Gitters, bevor überhaupt Elektrizitätsmengen über
den
Widerstand abzufließen beginnen, auf einen niedrigen Wert verringern.
Bei der Schaltung nach Abb. 3 bleibt aber die Kapazität des Widerstandes dauernd
der Gitterkapazität parallel geschaltet. Es werden größere Elektrizitätsmengen aufgespeichert,
die über den Widerstand abfließen können.
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Abb. 4 stellt ein genaueres Schaltungsschema für eine Anordnung nach
Abb. 3 dar. Der als bewegliches Kontaktstück dienende Zeiger eines Drehspulenrelais
m spielt zwischen zwei Kontakten k1, k2. Diese arbeiten mit Hilfsstromquellen ql,
q2 derart zusammen, daß in ein besonderes Hilfsrelais lt Ströme ve: schiedener Richtung
gesandt werden, je nachdem der Zeiger mit k1 oder k2 Kontakt bildet. Der Anker a'
des Hilfsrelais 1a legt sich nun je nach der Stromrichtung im Hilfsrelais an den
Kontakt k1' oder an den Kontakt k2', und zwar wird durch Kontaktbildung zwischen
Zeiger des Drehspulrelais m und Kontakt k1 der Anker ä auf Kontakt ki gedrückt,
der bei der dargestellten Schaltung ein Blindkontakt ist. Ebenso .zugeordnet sind
die Kontakte k2 und k,'. k2'-ist mit dem Gitter g verbunden und mitsamt dieser Verbindungsleitung
hochisoliert. Liegt nun der Anker a am festen Kontaktstück k2 an, so ist die Ladestromquelle
b, an das Gitter g angeschlossen. Diese Schaltung bleibt, auch wenn der Zeiger des
Drehspulrelais m den Kontakt k2 verlassen hat, bis durch Kontaktbildung zwischen
ihm und dem festen Kontakt k1 der Anker ä auf den Blindkontakt k1' gedrückt wird.
Man könnte die Anordnung nach Abb 4 auch so treffen, daß die Spannungsquelle q1
in Wegfall kommt. Der Kontakt k1 würde somit ein Blindkontakt sein. Dann verwendet
man nur ein einfaches Relais h mit einem Anker a', der durch eine
Federkraft in der Nullstellung am Kontakt k: gehalten wird.
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Der Anker a' kann in einer von seinen beiden Stellungen Stromkreise
für Signallampen oder Hupen u. dgl. schließen, so daß jeder Einzelvorgang kenntlich
gemacht wird. Man kann ihn aber auch mit einem Zählwerk z zusammenwirken lassen,
wie es in der Abbildung angedeutet ist. Man kann dabei die Einrichtung auch so treffen,
daß die Kupplung zwischen den Ziffernrädern des Zählwerks und seinem Antriebsrad
nur für eine bestimmte, vorher einstellbare Zeit selbsttätig eingerückt wird. Dann
ergibt die Ablesung ohne jede besondere Zeitmessung unmittelbar ein Maß für die
gesuchte Intensität der Röntenstrahlung.