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Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung vor. Äquipotentialflächen
und -linien. Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Messen von Äquipotentialflächen und -linien in einem mittels zweier Elektroden in
einem räumlichen Leiter hervorgerufenen elektrischen Felde mit Hilfe eines vom räumlichen
Leiter abgezweigten Meßstromkreises.
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Man hat derartige Verfahren beispielsweise benutzt, um Erzlagerstätten
u. dgl. zu ermitteln, indem man der Erde als räumlichem Leiter durch geeignete Elektroden
Wechselstrom zuführte und die Äquipotentialflächen des elektrischen Feldes auf dem
Erdboden als Äquipotentiallinien maß. Die Ergebnisse der Messung dienten unter Berücksichtigung
der geologischen Verhältnisse zur Ermittlung von Erzvorkommen, Wasser, Salzen u.
dgl. Die Messung erfolgte derart, daß in den Erdboden Senkstäbe eingesteckt wurden,
die durch eine einen Verstärker und ein Telephon enthaltende Leitung verbunden waren.
Im Idealfall wird, wenn sich beide Senkstäbe auf Stellen gleichen Potentials befinden,
in dem Telephon kein Ton auftreten oder doch ein ausgeprägtes Minimum der Tonstärke
zu beobachten sein.
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Die Erfahrung hat nun aber gelehrt, daß dieser Idealfall meist nicht
eintritt, was dadurch verursacht wird, daß in dem Stromkreis gegenüber dem Leitungsstrom
phasenverschobene Störungsströme auftreten, die durch die Selbstinduktion des Wechselstromkreises
oder durch die elektrische Verschiebung infolge der Bodenbeschaffenheit oder auch
durch Kondensatorwirkung der Erzvorkommen hervorgerufen werden.
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Gemäß der Erfindung werden durch den Hauptstromkreis, der aus den
Elektrodenleitungen und den Erdströmen besteht, in einer besonderen Vorrichtung,
welche in die vom räumlichen Leiter abgezweigte Sondenleitung eingeschaltet ist,
Induktionsströme erzeugt. Diese kompensieren die in dem Sondenkreis fließenden Störungsströme.
Dadurch läßt sich im Sondenkreis völlige Stromlosigkeit erzielen. Wenn in dieser
Weise in der Sondenleitung auf vollkommene Stromlosigkeit eingestellt ist, so stehen
die Sonden auf der Äquipotentiallinie des Leitungsstromes, während die Störungsströme
durch die Einstellung der besonderen Vorrichtung gemessen werden. Die Ergebnisse
dieser Messungen können zur Feststellung der Lage der gesuchten Vorkommen ausgewertet
werden.
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Zur Ausführung des Verfahrens dient eine in die Meßleitung eingeschaltete
Vorrichtung mit induktiver und kapazitiver Wirkung, die in Resonanz mit jeder beliebigen
Frequenz des Meßstromes gebracht werden kann, um diese wegen des für sie verschwindenden
>.scheinbaren Widerstandes« aus der Fre= quenzmischung besonders hervorzuheben.
Dieser Vorzug der Resonanzschaltung, vornehmlich für eine hernach zu beschreibende
Meßvorrichtung, gründet sich auf die Möglichkeit, durch ein Versetzen des zweiten
Senkstabes vpn -der Äquipotentiallinie des
Leitungsstromes auch
die Äquipotentiällinien der phasenverschobenen Störungsströme aufzufinden. Wenn
sich in diesem Falle der Ton zwar nicht völlig, wohl aber für jede durch Resonanz
hervorgehobene Frequenz einzeln zum Verschwinden bringen läßt, so ist dieses das
Kennzeichen der Äquipotentiallinien der phasenverschobenen Störungsströme. Ferner
liefert die Einstellung der für die Regelung der induzierten Ströme benutzten Vorrichtung
ein auswertbares Ergebnis.
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Neben der allgemeinen Erweiterung des früher benutzten Meßverfahrens
gelangt man hieidurch zu einer so hohen Meßgenauigkeit, wie sie zu einer genauen
und verläßlichen Auswertung erforderlich ist.
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In der Zeichnung ist in Abb. i und 2 eine Meßvorrichtung nach der
Erfindung beispielsweise schematisch dargestellt.
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Abb. 3 und 5 veranschaulichen den Stromverlauf einer bei der Meßvorrichtung
verwendeten Doppelspule.
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Abb. q. und 6 zeigen Ausführungsbeispiele dieser Doppelspule.
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Als Vorrichtung in der fliegenden Leitungsstrecke zwischen den Sonden
S,., S2 wird insbesondere eine Wheatstonesche Brückenschaltung ABDE verwendet (Abb.
i und 2). Kennzeichnend für die Anordnung des Brückennetzes sind die Resonanzschaltungen
in,den Brückenzweigen. In den Zweig ED sind beliebig, beispielsweise in Reihe, eine
Spule L1, ein Kondensator K, und ein Verstärker V mit Telephon T, Vibrationsgalvanometer
G o. dgl. eingeschaltet. Sonst enthält die Brückenschaltung, wie üblich, in jedem
Zweige Widerstände W1, W2 und einer Walzenbrücke zugehörige Widerstände W3 und W4.
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Die Wirkungsweise der Brückenschaltung hinsichtlich der Regelung der
Induktionsströme gegenüber den abgezweigten Leitungs.- und Störungsströmen unterscheidet
sich im vorliegenden Falle von der sonst üblichen Verwendung. Im allgemeinen ist
die Zusammensetzung und die Art des Meßstromes gleichgültig, wenn zur Messung in
den Brückenzweig nur ein Telephon eingeschaltet ist. Nach entsprechender Einstellung
der Walzenbrücke oder des Schleifdrahtes wäre die Brücke stromlos, wo auch immer
die Sonden S, S2 stehen würden. Es soll jetzt angenommen, werden, daß die Brücke
auf Stromlosigkeit abgeglichen wäre. Dann werde eine Spule L1 und ein Kondensator
K,. in den Brückenzweig ED eingefügt, wobei jene infolge der Induktion als Elektrizitätsquelle
wirkt und die Stromlosigkeit aufhebt. Je weiter nun die Walzenbrücke zwecks Wiederherstellung
der Stroralosigkeit aus ihrer früheren Stellung gebracht wird, in um so höherem
Maße fließen die vom räumlichen Leiter abgezweigten Ströme durch die Brücke und
treten mit den induktiven Quellenströmen in Wechselwirkung. Die- Abgleichung des
Brückenzweiges auf Stromlosigkeit wird erreicht durch Veränderungen der Richtung
der Spulenachse, der Stellung der Walzenbrücke und durch ein Versetzen der Sonde
S2 quer zu der Richtung von S,, nach SZ (vgl. die punktierte Linie in Abb. i). Jede
der drei Messungen kann zur Auswertung herangezogen werden.
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Das Meßverfahren gliedert sich entsprechend in eine Reihe von je drei
Meßeinstellungen. Im allgemeinen wird man für jede einzelne Vorrichtung. ein mehr
oder weniger breites Tonminimum beobachten. Stellt man dann in geeigneter Reihenfolge
jede auf das Minimum oder auf die Mitte ,der Schwellstellen des Tones ein, so verringert
sich die Breite der Minima bei der zweiten oder dritten Wiederholung der Einstellungen
derart schnell, daß man sehr bald d-ie Stellungen mit verschwindendem. Tone gefunden
hat.
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Sollte das Meßverfahren scharfe Resonanzeinstellungen für alle Frequenzen
verlangen, so. wird man statt der gewöhnlich gewickelten Spule L,, und des Kondensators
K, eine Doppelspule N (Abb. 2 bis 6) benutzen, bei der die kapazitive Wirkung durch
eine teilweise bifilare Wicklung erreicht wird. Sowohl die Einstellung auf verschiedene
Frequenzen wie auch die Berücksichtigung etwaiger Schwankungen erfordern ein veränderliches
Verhältnis der bifilaren und der gewöhnlichen Wicklung, was durch eine Schieberschaltung
(Abb. q. und 6) erreicht wird. Abb.3 und 5 veranschaulichen den Stromverlauf in
einer solchen Doppelspule, deren ursprüngliche Windungen auf der dem Beschauer zugewandten
Seite aufgeschnitten sind, und deren Enden dem Stromverlauf entsprechend durch Pfeile
verbunden sind. Die Pfeile werden bei der Doppelspule durch die Verbindungsdrähte
des Schiebers ersetzt. Man stelle sich eine Spule gewöhnlicher Wicklung vor, deren
Windungen - in Richtung,der Spulenachse durchgeschnitten - als Windungsteile lagenweise
zu je zwei Reihen in eine Führung Z (in der Abb. q, mit einer Lage, Abb.6
mit zwei Lagen) eingelassen sind. In dieser ist ein Schieber H, herausgezogen dargestellt,
beweglich, der Verbindungsdrähte f und g oder f, f2 und g,., g2 trägt. Diese schalten
-die Windungsteile zu einer Spule mit veränderlich einstellbaren Teilen gewöhnlicher
und bifilarer Wicklung. Die Endquerschnitte der Windungsteile sind in der Führung
bei herausgezogenem Schieber
durch kleine Kreise dargestellt. In
den Abb. ¢ und 6 sind einige Windungen durch gestrichelte Linien schematisch dargestellt.
Die Enden P1 und 0, P2 und 02, PR und Qn sind zur Herstellung der
bifilaren Wicklung - frei gegen Berührung mit dem Schieber -untereinander verbunden.
Bei 2 m Windungslagen werden jedesmal Verbindungsdrähte an die Lücken JZn_i und
J2, des Schiebers wie vorhin gelegt. Dasselbe geschieht mit den Enden UZn und U,
."+., unter der Führung Z, so daß U, und Uz. als Klemmen der Doppelspule für den
Stromanschluß übrigbleiben. Die Stellung der Spule wird an einer Bussole abgelesen,
die an den Stellen X der Führung Z aufsteht.
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Bei unveränderlichen Frequenzen kann die Einstellung des Schiebers
auf die Resonanz gemäß einer durch Eichung nach co= festgelegten Skala (S in Abb.
6) vor jeder Messung erfolgen.