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Verfahren zur quantitativen Bestimmung von geringen elektrischen Leitfähigkeiten
und damit zusammenhängenden Größen Zur quantitativen Bestimmung von sehr kleinen
Leitfähigkeiten und damit zusammenhängenden Größen benutzt man meist elektrornetrische
Anordnungen. Es ist auch bereits bekannt, statt dessen eine Elektronenröhre zu verwenden,
wobei man deren Gitter auf ein negatives Potential auflädt, durch welches der Anodenstrom
blockiert wird, und beobachtet, binnen welcher Zeit diese Ladung über die zu messende
kleine Leitfähigkeit abfließt.
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Es sei dies an Hand von Abb. i erläutert. "Gemessen werden soll die
Leitfähigkeit der Zellei (Ionisationskammer,Photozelleo.dgl.). Als Spannungsmesser
dient die Elektronenröhre a, deren Gitter 3 zur Erhöhung der Gitterkapazität gegebenenfalls
noch mit einem Kondensator d. verbunden ist. Bei Ausführung der Messung wird zunächst
durch kurzzeitiges Schließen des Kontaktes 5 das Gitter 3 mit Hilfe der Batterie
6 negativ aufgeladen. Hierdurch wird die Röhre,-> gedrosselt. Mit der Zeit fließt
die Ladung 'des Gitters 3 jedoch über die Zelle i ab, und sobald sein Potential
dabei den hierfür maßgebenden Wert erreicht. hat, wird die Drosselung aufgehoben,
und das im Anodenkreis liegende Relais 7 spricht an. Die Zeitdauer zwischen der
Aufladung des Gitters 3 über den Schalter 5 und dem Ansprechen des Relais 7 hängt
von der Leitfähigkeit der Zelle i und der Spannung, der Batterie 6 ab. Wird letztere
mit Hilfe des Voltmeters 8 gemessen, so läßt sich der die Zelle i durchfließende
Strom genau bestimmen.
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Ein Nachteil derartiger an sich bekannter Anordnungen besteht darin,
daß mit dem - der Aufgabe des Gerätes entsprechend hoch zu isolierenden - Gitter
3 der Elektronenröhr e a ein beweglicher Kontakt 5 in unmittelbarerVerbindting steht.
Dies beeinträchtigt die Isolationsfähigkeit natürlich stark. Man hat daher schon
vorgeschlagen, auf das Gitter über einen Kondensator dadurch eine Ladung aufzubringen,
daß man auf die vom Gitter abgewendete Belegung dieses Kondensators einen positiven
Spannungsstoß induzierte. Hierbei hängt jedoch die Höhe der erzeugten Gitteraufladung
von der Höhe des induzierten Spannungsstoßes ab und wird infolgedessen von Zufälligkeiten
seiner Erzeugung (Steilheit des Primärimpulses, jeweilige Form der Funkenausbildung
im Primärkreis) stark beeinflußt, so daß hohe Meßgeschwindigkeiten ohne Hinzunahme
besonderer Hilfsmittel riur durch Abmittelung über eine größere Anzahl von Einzelmessungen
erzielt werden können.
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Die Erfindung überwindet diesen Nachteil und ermöglicht exakte Messungen
bereits auf Grund einer einzigen Entladungsperiode dadurch, daß die vom Gitter abgewendete
Belegung des fraglichen Kondensators nacheinander an zwei genau definierte, an einer
Batterie,
einem Spannungsteiler oder an den Klemmen einer Glimmröhre abgegriffene Gleichstrompotentiale
gelegt wird, von denen das zweite in bezug auf den Glühdraht der Röhre negativer
als das erste ist. Es treten dann folgende Erscheinungen auf: Bei dem zuerst erfolgenden
Anlegen des positiveren Potentiales wird ein Teil der auf dem Gitter vorhandenen
Elektronen abgesaugt und auf der Kondensatorbelegung elektrostatisch gebunden. Da
das Gitter jedoch stets bestrebt ist, sein Sondenpotential aufrechtzuerhalten, nimmt
es umgehend eine entsprechende Elektronenmenge aus dem Emissionsstrom der Kathode
auf; wenn anschließend das negativere Potential an die Gegenbelegung des Kondensators
gelegt wird, strömt eine durch die Differenz dieser beiden Spannungen bestimmte
Elektronenmenge auf das Gitter zurück und lädt dieses um einen entsprechenden Betrag
negativ auf. Dieser Betrag entspricht der Spannungsdifferenz zwischen den beiden
angelegten Potentialen um so genauer, je größer die Kapazität des Gitterkondensators
im Verhältnis zu derjenigen des Gitters selbst ist. Es gelingt also auf diesem Wege,
auf das Gitter und die mit ihm unmittelbar verbundenen Schaltungsteile eine genau
definierte negative Ladung zu bringen, ohne letzteres unmittelbar zu berühren; denn
der erfindungsgemäß benutzteWechselschalter ist durch den Beeinflussungskondensator
vom Gitter getrennt.
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Ein Beispiel für die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt
Abb.2. Der Schalter 5 ist vom Gitter 3 der Elektronenröhre'2 durch den Kondensator
15 getrennt. Dieser ersetzt gleichzeitig den Kondensator q. der Abb. i. Mit Hilfe
des Schalters 5 wird die vom Gitter abgewendete Belegung des Kondensators 15 erst
an ein vom Potentiometer 23 abgegriffenes positives Potential gelegt, dann mit der
Heizleitung verbunden. Bei diesem Vorgang lädt sich das Gitter der Röhre :2 in der
beschriebenen Weise negativ auf. Das Relais 7 ist mit der Stoppuhr 2o verbunden,
deren Zeigerei bei Betätigung des Schalters 5 in Gang kommen, beim Ansprechen des
Relais 7 hingegen angehalten werden soll. Zur Abführung der negativen Ladung des
Gitters der Röhre :2 dient die Photozelle 9. Es ist dann der vom Zeiger 21 zurückgelegte
Weg der die Zelle 9 treffenden Lichtintensität umgekehrt proportional. Um hierbei
den Meßbereich des Gerätes zu verändern, kann die Größe des Kondensators 15 variiert
werden. Dies ist jedoch wegen der notwendigen extremen Isolation nicht immer geraten.
Vorzugsweise wird daher nach der Erfindung die aufgeprägte Spannungsdifferenz durch
einen entsprechenden Abgriff am Potentiometer 23 .veränderlich gemacht und gegebenenfalls
ein Meßinstrument 22 zu ihrer genauen Bestimmung vorgesehen. Es hat sich gezeigt,
daß man hierbei das Meßinstrument 22 um einen kleinen Betrag positiv vorspannen
muß, um genaue Übereinstimmung zwischen der abgelesenen und der vom Gitter bis zum
Ansprechen des Relais 7 durchlaufenen Spannungsdifferenz zu erhalten. Hierzu dient
der Abgriff 2¢, dessen Stellung am besten empirisch ermittelt wird.
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Ein Ausführungsbeispiel, bei dem stets konstante Spannungen - auch
unabhängig von etwaigen Batterie- oder Netzschwankungen - auf dem Gitter induziert
werden, zeigt Abb. 3. Der Verbindungspunkt 16 liegt zwischen der Glimmröhre 17 und
dem Eisenwasserstoffwiderstand i8. Er ist über den hohen Widerstand i9 mit der am
Schalter 5 liegenden Belegung des Kondensators 15 verbunden. Bei geöffnetem Schalter
5 nimmt diese Belegung also sehr rasch das Potential des Punktes 16 an. Wird der
Schalter 5 jedoch geschlossen, so erhält die betreffende Belegung das Potential
des Glühfadens der Röhre 2, und die auf der Gegenbelegung gebundenen Elektronen
strömen auf das Gitter zurück und laden dieses entsprechend der Potentialdifferenz
zwischen Glühfaden und Punkt 16 negativ auf.
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Im Gebiet des normalen Glimmlichtes steigt die Klemmenspannung eurer
Glimmröhre mit der Stromstärke bekanntlich sehr viel langsamer als diejenige eines
Ohnischen Widerstandes. Die Benutzung einer Glimmstrecke 17, deren Belastung im
vorliegenden Falle sehr niedrig gehalten werden kann, ist also zur Definierung der
induzierten Spannung sehr vorteilhaft, um so mehr, als von ihr auch kurzzeitige
Spannungsschwankungen trägheitslos ausgeglichen werden. Solche würden bei der erfindungsgemäßen
Anordnung die Messung völlig fälschen können.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann natürlich nicht nur zur Messung
von Photo-und Ionisationsströmen, sondern ebensogut zur Bestimmung sehr hoher Widerstände,
wie z. B. der Leitfähigkeit von Kondensatoren, herangezogen werden. Des weiteren
ist es natürlich gleichgültig, aus welcher Stromquelle die an dem Kondensator 15
aufeinanderfolgend zur Wirkung kommenden Potentiale entstammen bzw. bei welchen
Absolutwerten sie in bezug auf die Potentiale der Röhre liegen, da es im wesentlichen
nur auf ihre Differenz ankommt.
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Das Relais 7 kann je nach der Aufgabe, die es zu erfüllen gilt, verschieden
ausgebildet werden. Es vermag ein Alarmsignal zu betätigen,
welches
den erfolgten Durchgang der auf das Gitter gebrachten Elektrizitätsmenge anzeigt,
oder es kann eine Regelvorrichtung, ein Zählwerk bzw. einen Schalter steuern. Der
Schalter 5 kann von Hand betätigt werden und mit einer Stoppuhr verbunden sein.
Unter Umständen ist es auch zweckmäßig, den Schalter 5 durch das Relais 7 zu betätigen,
so daß periodisch oder in gewissen Zeitabständen Messungen erfolgen.
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Bei photoelektrischen Messungen empfiehlt es sich, eine Photozelle
9 des gasfreien Types zu benutzen. Trotz ihrer geringen Empfindlichkeit sind diese
im vorliegenden Falle günstiger als die üblichen gasgefüllten Zellen, da ihr Photostrom
von der - bei erfindungsgemäßen Schaltungen stets wechselnden - Betriebsspannung
weitgehend unabhängig ist.
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Die dargestellten Schaltungen können in unveränderter Form auch für
Wechselstrombetrieb verwendet werden.