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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.