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Meßapparat zur Bestimmung des Höchstwertes von Wechselspannungen Die
Erfindung bezieht sich auf ein Meßgerät zur Bestimmung des Höchstwertes von Wechsel-
oder Gleichstromspannungen und geht aus von der bekannten Anordnung mit zwei einen
Drehspiegel tragenden Metallbändern, die in einem von der Meßspannung erzeugten
elektrostatischen Feld drehbar gelagert sind. -
Die Erfindung besteht darin,
daß die beiden leitend verbundenen Metallbänder in Feldern von entgegengesetzt gerichtetein,
Kraftlinienfluß angeordnet und so gedämpft sind, daß die Schwingungen des Drehspiegels
aperiodisch sind. Das neue Meßgerät weist ein bewegliches System von äußerst geringer
Trägheit auf, dessen Bewegungen den elektrischen Spannungsänderungen zu folgen vermag
und das das rasche Messen der Höchst- und Mindestwerte gestattet. Das Gerät eignet
sich besonders zur Messung des Maximalwertes bei Röntgenapparaten, Versuchen mit
dielektrischen Stoffen USW.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die
zu bestimmende Spannung über Kondensatoren, vorzugsweise Luftkondensatoren, an das
Gerät angeschlossen wird. Dabei bildet zweckmäßig die das Gerät enthaltende Kapsel
die eine Kondensatorbelegung und eine an den einen Pol der Meßspannung angeschlossene
Metallfläche die andere Kondensatorbelegung, wobei sowohl der andere Pol der Meßspannung
als auch die Kapsel selbst mit den Klemmen des Meßgerätes verbunden ist und nur
ein gegen die Metallfläche gerichteter Teil der Kapsel als Kondensatorarmatur wirkt.
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Zur Messung besonders hoher Spannungen, insbesondere der Höchstwerte
von Wechselspannungen mit einem Drehspiegel in einem von der Meßspannung erzeugten
elektrostatischen Feld, wird erfind:ungsgemäß der Drehspiegel mit einer Kante gelenkig
ortsfest gelagert und mit einem an die Meßspannung angeschlossenen MetaRband verbunden,
so daß er unter dem Einfluß der elektrostatischen Kräfte eine Schwingung ausführt,
die durch ein entsprechendes Medium gedämpft wird.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung erläutert. Abb. i zeigt schematisch
eine praktische Ausführungsfonn des oszillographischen Systems; Abb. 2 gibt das
Schema des vollständigen Apparates, wie er zur Messung hoher Wechsel- oder Pulsierspannungen
benutzt wird; Abb. 3 und 4 zeigen eine Anwendung zur Messung hoher Gleichspannungen;
Abb. 5 und 6 stellen schematisch die Anwendung der Erfindung auf die
Messung der Spannungen gegen Erde oder
zwischen zwei isolierten
Leitern dar, und Abb. 7
und 8 zeigen zwei Ausführungsformen mit flüssigen
Widerständen.
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Vier Metallannaturen A-A' und B-B' (Abb. sind zu
je zweien parallel einander gegenübergestellt und in der Weise elektrisch
miteinander verbunden, daß sie zwei elektrische Felder von entgegengesetzter Kraftlinienrichtung
erzeugen. In diese elektrischen Felder taucht je ein Band N
aus beispielsweise
Phosphorbronze, und das Bänderpaar trägt in seiner Mitte einen ganz kleinen und
leichten Spiegel S. Die Bandspannung ist mittels Spiralfeder M (Abb. 2) durch
Drehung einer (nicht gezeichneten) Schraube einstellbar. Das ganze bewegliche System
(BänderN und SpiegelS) ist in ein Vaselinölbad eingetaucht.
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Eines der Armaturenpaare und das bewegliche System sind mit der von
den übrigen Teilen des Apparates isolierten Kapsel C des Instrumentes verbunden,
das andere Armaturenpaar mit einem Pol _P der Anlage. Der andere Pol -P'ist verbunden
mit einer ScheibeD, die die eine, Armatur eines Kondensators bildet, der die das
Instrument enthaltende Kapsel zur zweiten Armatur hat.
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Der auf diese Weise erhaltene Kondensator (gewöhnlich ein Luftkondensator)
könnte selbstverständlich durch andere Kondensatoren beliebiger Art ersetzt werden.
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Die Kapsel C hat ein Loch, durch das ein von einer kräftigen
Lampe L erzeugtes Strahlenbündel auf den Spiegel und von diesem auf die Teilung
G zurückgeworfen wird. Die Teilung und die Lampe sind unabhängig von den
übrigen Apparatteilen und stehen nicht unter der Apparatspannung.
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Die Empfindlichkeit des Instrumentes kann: man regeln sowohl dadurch,
daß man die Spannung der Drähte des beweglichen Systems ändert, als durch Änderung
der Entfernung zwischen. der Instrurnentenkapsel C und der ArmaturD des die
Spannung reduzierenden Kondensators.
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Die Dämpfung der Schwingungen des beweglichen Systems kann außer durch
Öl auch durch Luft bewirkt werden, z. B. mittels einer außerordentlich leichten,
an dem Spiegel angebrachten Schaufel.
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Die Eichung erfolgt z. B. mittels der üblichen Kugelfunkenstrecke
unter Einhaltung aller Vorsichtsmaßregeln, die zur Erzielung genauer Messungen beobachtet
werden müssen.
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In der Ausfährungsform der Abb. 3. und 4 sind die beiden parallel
einander gegenüberstehenden Armaturen a und b mit je einem Pol der
zu messenden Spannung. verbunden underzeugen somit ein elektrisches Feld. In dieses
Feld taucht ein gegebenenfalls unter, der Einwirkting einer Feder stehendes Plättchen
oder MetaUband, das einen kleinen leichten Spiegel trägt. Dieser ist an einem der
das elektrische Feld erzeugenden Plättchen gelenkig befestigt. Die Spannung des
Phosphorbronzebandes regelt man mittels Feder m und Drehschraube v (Abb. 4). Sämtliche
beschriebenen Teile (Phosphorbronzebänder n, Spiegel s und die die Felder erzeugenden
Plättchen a, b) liegen in einem Vaselinölbad in einem geeigneten Behälter.
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Dieser Behälter, der als Rohr aus Isolierstoff ausgebildet sein, kann,
hat ein durch eine Linse geschlossenes Loch für den Durchgang des Strahlenbündels,
das den Spiegel treffen soll. Eine kräftige elektrische Lampe 1 wirft durch
Linsen hindurch ein Strahlenbündel auf den Spiegel s und dieser wirft das Bündel
auf die Teilung g zurück. Teilung und Lampe sind von den übrigen Teilen des
Apparates isoliert und stehen nicht unter der Apparatespannung.
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Die Empfindlichkeit des Apparates kann dadurch eingestellt werden,
daß man die Spannung des beweglichen Systems ändert, oder durch Änderung der Entfernung
zwischen den zwei Metallplättchen, die das elektrostatische Feld des Bandes n erzeugen.
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Die Eichung erfolgt mittels einer gewöhnlichen Kugelfankenstrecke
unter Einhaltung sämtlicher zur Genauigkeit der Messung erforderlichen Vorschriften.
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Das neue Meßgerät besteht also aus einem oszillographischen System,
das durch eine Hälfte des Apparates nach Abb. i und 2 gebildet ist. Das bedeutet
eine Verminderung der Empfindlichkeit, gleichzeitig aber auch den Vorteil, die höchsten
zu messenden Spannungen auf das oszillographische System unmittelbar einwirken lassen
zu können ohne Zuhilfenahme von Kondensatoren, so daß der Apparat auch für die Messung
von Gleichstromspannungen geeignet ist.
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Das oszillographische System karin aus einem einen Spiegel tragenden
Metallplättchen bestehen, das sich um eine Achse drehen kann und durch eine Gegenfeder
in Nullstellung gezogen wird, In Abb. 5 bis 8 ist eine Anordnung dargestellt,
um die Spannung an den Klemmen der beschriebenen elektrostatischen Apparate mittels
Ohmscher Widerstände zu reduzieren, so daß nur ein Bruchteil der fraglichen Spannung
gemessen werden muß. Die Ohmschen Widerstände schaltet man zwischen die beiden Pole,
deren Pontentialgefälle zu messen ist; der Widerstandswert ist so gewählt, daß der
den Widerstand durchfließende Strom von der Größenordnung weniger Milliamperezehntel
ist.
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Der elektrostatische Spannungsmesser -wird an zwei, Zwischenstellen
dieses Widerstandes angeschaltet. Es ist klar, daß die Spannung in diesem Falle,
denselben Kurvenzug aufweisen wird, wie-die den-Endpunkten des, ganzen
Rheostaten
zugeführte Spannung, der Maßstab ist aber reduziert im Verhältnis
worin Rv der zwischen den beiden Klemmen des Spannungsmessers liegende Widerstand
und Rt der gesamte Ohmsche Widerstand ist.
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Da die Kapazität des Spannungsmessers ganz gering ist, ist auch der
ihn durchfließende Strom äußerst gering, selbst bei Wechselstrombetrieb.
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Da es sich im allgemeinen um die Messung sehr hoher Spannungen handelt,
so ist es angezeigt, den Rheostatmittelpunkt zu erden, entweder unmittelbar oder
über eine Entladevorrichtung (Abb. 6), und den Spannungsmesser symmetrisch
zu diesem Punkt anzuschließen, so daß das Instrument unter keinem zu großen Potential
steht. Dadurch ist die Möglichkeit gegeben, das Voltmeter an einem anderen Ort aufzustellen,
da nur der Hochspannungsapparat und der Rheostat zusammengebaut zu werden brauchen.
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Bei Röntgenanlagen ohne geerdeten Mittelpunkt wird die Gefahr für
den Benutzer durch diese Art der Apparateinschaltung nicht vergrößert, denn die
Erdung des Anlagenmittelpunktes erfolgt über Widerstände, deren Wert so bemessen
ist, daß die Entladung bis zur Unschädlichkeit verkleinert ist. Der Gesamtheit der
Anlage erwächst dagegen durch die Einschaltung dieser Widerstände ein großer Gewinn
an Regelmäßigkeit des Betriebes insofern, als der so zusammengebaute.. Apparat einen
sehr wirksamen Entlader für Uberspannungen ergibt, nämlich einen Entlader, der den
bei industriellen Hochspannungsnetzen ge-
bräuchlichen Wasserstrahlentladern
ganz ähnlich ist.
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Der Energieverlust ist, wie schon bemerkt, unbedeutend, da er von
derselben Größenordnung wie die Leitungsverluste ist.
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Für den Rheostaten können Metallwiderstände, flüssige oder sonstige
Widerstände Verwendung finden.
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Ein wichtiger praktischer Fall ist derjenige, bei dem die Widerstände
durch eine umlaufende Flüssigkeit gebildet sind, nämlich durch in Isolierröhren
umlaufendes reines Wasser oder beliebige Lösungen. Auf diese Weise ergibt sich selbst
für höchsLe Spannungen ein sehr einfacher und wirtschaftlicher Apparat. Ist die
Umlaufgeschwindigkeit ausreichend groß, so ist die Erwärmung der Widerstände praktisch
Null. Hierzu mag bemerkt werden, daß das Druckwasser städtischer Wasserleitungen
oder Wasser aus einem kleinen, in genügender Höhe aufgestellten Behälter benutzt
werden kann. Die Änderungen des Flüssigkeitswiderstandes beeinflussen die Meßgenauigkeit
nicht, weil die geometrischen Abmessungen des Stromkreises unverändert bleiben und
somit die Spannungsgefälle in den einzelnen Strecken dieses von dem durchfließenden.
Strom unabhängig sind und nur von dem an den Endklemmen des Rheostaten herrschenden
Potentialgefälle abhängen.
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Die Widerstandsröhren können an den Hochspannungspolen ausmünden,
und man kann das Wasser hier in einen dazu vorgesehenen Ablaß (Abb. 7) frei
herabfallen lassen, wobei die Wassersäule nicht von Strömen durchflossen werden
kann, weil sie infolge der hohen Spannung zerteilt wird. Oder man kann eine Rücklaufröhre
vorsehen (Abb. 8), die ebenfalls vom Strom durchflossen werden wird. In diesem
Falle sollte der Spannungsmesser auch an eine Strecke dieser Röhre angeschlossen
werden.
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Das aus den Röhren herausfließende Wasser oder die Lösung (Abb.
7) fließt, falls beide Sammelbehälter aus Metall hergestellt und geerdet
sind ' in die Behälter einmal infolge der Schwere und dann auch infolge der
Wirkung des elektrostatischen Feldes.
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Der Flüssigkeitsverbrauch ist stets ein geringer, weil es sich um
sehr enge Röhren und um kleine Energiemengen handelt.