DE693184C - Regelbarer Kondensator fuer Messzwecke - Google Patents

Regelbarer Kondensator fuer Messzwecke

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DE693184C
DE693184C DE1936S0123014 DES0123014D DE693184C DE 693184 C DE693184 C DE 693184C DE 1936S0123014 DE1936S0123014 DE 1936S0123014 DE S0123014 D DES0123014 D DE S0123014D DE 693184 C DE693184 C DE 693184C
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Germany
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electrode
electrodes
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movable
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DE1936S0123014
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English (en)
Inventor
Dr Lothar Rohde
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Siemens and Halske AG
Siemens AG
Original Assignee
Siemens and Halske AG
Siemens AG
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G5/00Capacitors in which the capacitance is varied by mechanical means, e.g. by turning a shaft; Processes of their manufacture
    • H01G5/38Multiple capacitors, e.g. ganged

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)

Description

  • Regelbarer Kondensator für Meßzwecke Es sind Kondensatoren mit veränderbarer Kapazität bekannt, die aus zwei festen, mit je einer Anschlußklemme zu verbindenden Elektroden bestehen und einer verschiebbaren, an ein Schirmpotential anzuschließenden Zwischenelektrode. Diese Anordnung hat bei gewissen Meßschaltungen den Vorteil, daß die Kapazität durch die Wirkung der geschirmten Zwischenelektrode je nach deren Stellung mehr oder weniger unwirksam gemacht und bei vollständigem Einschieben bis auf einen sehr kleinen Wert heruntergeregelt werden kann. Derartige Anordnungen werden vorzugsweise als Drehkondensatoren ausgeführt, wobei die bewegliche Elektrode auf einer drehbar gelagerten Welle befestigt ist.
  • In der Regel stellt man die festen Elektroden als voneinander isolierte Metallscheiben her, zwischen denen sich die zweckmäßig mit dem Gehäuse des Kondensators leitend verbundene Zwischenscheibe mit geringem Abstand in einem isolierenden Medium drehen läßt. Wenn eine lineare Abhängigkeit der Kapazität von dem Drehwinkel gewünscht wird, so werden die Scheiben zweckmäßig halbkreisförmig ausgeschnitten, wobei die Kapazität bei einer Winkeldrehung-von. 180° praktisch linear von dem Wert o zu einem Höchstwert ansteigt. Diese bekannte Anordnung hat aber den Nachteil, daß die Kapazität der festen Elektroden gegenüber dem Schirmpotential nicht konstant ist, sondern sich mit der Verschiebung der Zwischenelektrode ändert. Dies macht sich häufig insbesondere bei Meßschaltungen störend bemerkbar.
  • In Fig. i ist beispielsweise eine Schaltung dargestellt, bei der zwei Resonanzkreise, die nur schematisch durch je eine Induktanz i bzw. i' und eine Kapazität 2 bzw. 2' dargestellt sind, durch einen derartigen Kondensator kapazitiv miteinander gekoppelt sind. Durch eine gestrichelte Linie 3 ist das Gehäuse des Kondensators angedeutet. Es enthält zwei feste Elektroden q. und 5, die mit je einer isolierten Klemme 6 bzw. 7 verbun-,len sind, und :eine bewegliche, bei 3' mit dem Gehäuse i leitend verbundene Elektrode B. Die Resonanzkreise sind einerseits an die Klemmen 6 bzw. 7 und anderseits an die Gehäuseklemme 3' angeschlossen. Die Teilkapazitäten zwischen je einer der beiden .festen Elektroden und dem Gehäuse sind durch. gestrichelt gezeichnete Kondensatoren `. angedeutet. Da diese sich je nach der.. Stellung der beweglichen Elektrode 8 ständig- ändern, stören sie die Abstimmung der Resonanzkreise. Ähnlich liegen die Verhältnisse z. B. bei Kapazitätsmeßbrücken, bei denen ein solcher Kondensator als Meßkondensator benutzt wird. In diesem Fall wird der Abgleich der Brücke durch die Teilkapazitäten gegen das in der Regel geerdete Gehäuse gestört, so daß man nach dem Verstellen des Kondensators j edesmal durch besondere Regelmittel den Brückenabgleich wieder nachstellen muß.
  • Diese Nachteile werden gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß außer der Schirmelektrode noch mindestens eine mit dieser gekuppelte und an das gleiche Potential angeschlossene Ausgleichelektrode vorgesehen ist, die außerhalb der .beiden festen Elektroden so angeordnet und so bemessen ist, daß die Gesamtkapazität der Schirmelektrode und jeweils einer Ausgleichelektrode gegenüber der zwischen ihnen liegenden festen Elektrode konstant bleibt. Wenn der störende Einfluß beider Teilkapazitäten ausgeglichen werden soll, so müßte man demnach mit der verschiebbaren Zwischenelektrode zwei Ausgleichelektroden kuppeln. Man kann aber den gleichen Erfolg auch einfacher dadurch erreichen, daß man nur eine Ausgleichelektrode vorsieht und die dieser nicht benachbarte feste Elektrode so gestaltet, daß ihre Kapazität gegenüber der benachbarten beweglichen Elektrode konstant bleibt.
  • Nun tritt allerdings noch insofern ein Fehler auf, als die Kapazität zwischen der Ausgleichelektrode und der ihr nicht benachbarten festen Elektrode sich beim Verschieben der beweglichen Elektrode ändert. Dieser Fehler ist aber im allgemeinen verhältnismäßig klein, da ja der Abstand der betreffenden Elektroden stets sehr viel größer sein wird als der Abstand zweier benachbarter Elektroden. Gegebenenfalls kann man den betreffenden Abstand durch besondere konstruktive Maßnahmen so weit vergrößern, daß dieser Fehler praktisch völlig belanglos wird. Wenn man die Anordnung gemäß der Erfindung als Drehkondensator ausbildet, so kann man die der Ausgleichelektrode nicht benachbarte feste Elektrode in Form eines geschlossenen Ringes von vorzugsweise überall gleicher Breite ausführen.
  • In Fig. z ist als Ausführungsbeispiel ein Drehkondensator gemäß der Erfindung im Schnitt dargestellt. Dabei ist das Gehäuse aus zwei kreisförmigen Metallplatten 9 und io und einem sie verbindenden Mantel i i aufgebaut, wobei die Verbindung durch nicht gezeichnete Schrauben erfolgt. In der Platte 9 ist zentrisch eine Welle 1a gelagert, die in der üblichen Weise durch einen nicht gezeichneten Drehgriff auf beliebige Winkel zwischen o und i8o° eingestellt werden kann. Durch Säulen 13 isoliert ist an der Platte 9 eine volle Kreisringscheibe 14 befestigt und durch eine nicht genauer gezeichnete isolierte Durchführung-mit einem Anschluß 15 leitend verbunden. Die andere Platte io trägt mit Hilfe eines geeignet geformten Isolierstückes 16 zwei in einem gewissen Abstand voneinander angeordnete halbkreisringförmige Scheiben 17, die untereinander und mit einem Anschluß 18 in geeigneter Weise leitend verbunden sind. Auf der Welle 12 sind zwei gleich große halbkreisförmige Metallplatten i9, 2o um i8o° gegeneinander versetzt befestigt, und zwar so, daß sie von der jeweils benachbarten festen Elektrode 17 den gleichen Abstand haben.
  • Dadurch, daß die feste Elektrode 14 als geschlossener Kreisring von überall gleicher Breite ausgeführt ist, ist die Kapazität zwischen ihr und der beweglichen Elektrode i9 offenbar unabhängig von dem Drehwinkel. Aber auch die Kapazität zwischen der halbkreisförmigen festen Doppelelektrode 17 und der beweglichen Elektrode i9 bleibt unabhängig von der Winkelstellung konstant, da die Platten i9 und 2o symmetrisch zueinander angeordnet sind und die Summe der wirksamen Flächen auf beiden Seiten der Elektroden 17 stets die gleiche bleibt.
  • Dabei ist es nicht nötig; daß die beweglichen Elektroden Halbkreisform haben. Vielmehr kann die Bedingung, daß die Kapazität der beweglichen Elektroden i9, 2o gegen die festen Elektroden 17 konstant bleibt, auch dann erfüllt werden, wenn, z. B. um eine von der Linearen abweichende Abhängigkeit der Kapazität von der Winkelstellung zu erhalten, eine andere Form der Elektroden gewählt wird. Durch die beschriebene Anordnung der Doppelelektrode 17 ist der Abstand zwischen den Elektroden 20 und 14 so groß geworden, daß die entsprechende Änderung der Kapazität nicht mehr stört. Das gleiche könnte natürlich auch durch eine entsprechende Verbreiterung der Elektrode 17 erreicht werden.
  • Eine sehr erhebliche Verkleinerung des Höchstwertes der Kapazität ist dadurch erreichbar, daß man mindestens die zwischen den festen Elektroden verschiebbare Elektrode zum Teil aus einem Isolierstoff herstellt, der eine wesentlich höhere dielektrische Konstante als das zwischen den Elektroden befindliche Medium hat. Zweckmäßig werden beide beweglichen Elektroden zur Hälfte aus leitendem und zur Hälfte aus nichtleitendem Werkstoff hergestellt. Auf diese Weise ist es möglich, einen außerordentlich weiten Regelbereich zu erhalten. Wenn z. B. ein nach Fig. 2 gebauter kleiner Kondensator bei der gezeichneten Stellung der beweglichen Elektroden eine Restkapazität von 1/100 ,ic F aufweist und bei um iSö° gedrehter Elektrode einen Höchstwert von z A F (Regelbereich i : 2oo), wo würde man, wenn man die Platten ig und :2o durch einen eine DielektrizitätskOn,sta.nte s = 40 aufweisenden Werkstoff zu Vollkreisscheiben ergänzen würde, einen Höchstwert der Kapazität von nahezu 8o #c F, also einen Regelbereich von nahezu i : 8ooo,erreichen. Zweckmäßig wird man die beweglichen Elektroden in diesem Falle als Vollkreisscheiben aus Isolierstoff herstellen, die zu einem entsprechenden Teil einseitig oder doppelseitig mit leitendem Stoff belegt sind.
  • Eine derartige Ausführung der beweglichen Elektroden zeigt Fig. 3. Die Vollkreisscheiben 21, 22 sind aus einem der bekannten, eine sehr hohe Dielektrizitätskonstante aufweisenden keramischen Isolierstoff hergestellt und mit um i8o° gegeneinander versetzten doppelseitigen Metallbelegungen i j , aö versehen, wobei die Belegungen sämtlich untereinander verbunden sind und durch die Welle 12 an das betreffende Schirmpotential angeschlossen werden können.
  • Als Ausführungsbeispiel ist in den Fig. 2 und' 3 ein regelbarer Kondensator mit nur zwei festen Elektroden dargestellt. Die Erfindung läßt "sich sinngemäß aber auch auf solche Anordnungen übertragen, bei denen zwecks Erhöhung der Gesamtkapazität mehr als zwei paarweise parallel geschaltete feste Elektroden benutzt werden.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Regelbarer Kondensator für Meßzwecke mit einer zwischen zwei an verschiedene. Potentiale angeschlossene feste Elektroden ein_ schiebbaren, an ein Schirmpotential angeschlossenen beweglichen Elektrode (Schirmelektrode), durch die die Kapazität bis auf einen sehr geringen Restbetrag herabgesetzt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß außer der Schirmelektrode (ig) noch mindestens eine mit dieser gekuppelte und an das gleiche Potential angeschlossene Ausgleichelektrode (2o) vorgesehen ist, die außerhalb der beiden festen Elektroden (i7) so angeordnet und und so bemessen ist, daß die Gesamtkapazität der Schirmelektrode und jeweils einer Ausgleichelektrode (ig, 2o) gegenüber der zwischen ihnen liegenden festen Elektrode (i7) konstant bleibt.
  2. 2. Kondensator nach Anspruch i mit nur einer Ausgleichelektrode, dadurch gekennzeichnet, daß die dieser nicht benachbarte feste Elektrode so gestaltet ist, daß ihre Kapazität gegenüber der benachbarten beweglichen Elektrode konstant bleibt und die Ausgleichelektrode in solchem Abstand von der dieser nicht benachbarten festen Elektrode angeordnet ist, daß auch deren Kapazität gegenüber der Ausgleichelektrode praktisch konstant bleibt.
  3. 3. Drehkondensator nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die der Ausgleichelektrode nicht benachbarte feste Elektrode die Form eines geschlossenen Ringes von vorzugsweise überall gleicher Breite aufweist.
  4. 4. Drehkondensator nach Anspruch i, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die der Ausgleichelektrode benachbarte feste Elektrode nach einem Halbkreisring gestaltet ist und die in gleichen Abständen von ihr gleichachsig drehbar gelagerten Elektroden die gleiche Form haben, aber so angeordnet sind, daß die Summe der auf beiden Seiten wirksamen Kondensatorflächen konstant bleibt.
  5. 5. Kondensator nach einem der Ansprüche i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die zwischen den festen Elektroden. verschiebbare Elektrode zum Teil aus einem Isolierstoff besteht, der eine wesentlich höhere Dielektrizitätskonstante als das zwischen den Elektroden befindliche Medium hat.
  6. 6. Drehkopdensator nach Anspruch 4 und #5, dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Elektroden zur Hälfte aus leitendem und zur Hälfte aus nichtleitendem Werkstoff bestehen.
  7. 7. Drehkondensator nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Elektroden als kreisförmige Scheiben aus Isolierstoff ausgebildet sind, die ein- oder doppelseitig zur Hälfte mit leitendem Stoff belegt sind.
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