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Anordnung zur Messung von Kapazitäten
Die vorliegende Erfindung befaßt
sich mit einer Anordnung zur Messung von Kapazitäten, bei der die Kapazität durch
die Wechselstromkomponente eines pulsierenden Gleichstromes, eines sog. Wellenstromes,
gemessen wird. Die Frage, warum eine derartige Messung nicht in der üblichen Weise
mit Wechselstrom erfolgt, beantwortet sich dahingehend, daß z. B. Elektrolytkondensatoren
mit ihrer einseitigen Leitfähigkeit nicht immer ohne weiteres an Wechselstrom gelegt
werden können.
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Ebenso interessiert gelegentlich die Kapazität von elektrolytischen
Ventilen oder von Trockengleichrichtern, die gleichfalls unsymmetrische Leitfähigkeit
besitzen und für die deshalb eine Kapazitätsmessung mit Wechselstrom höchstens mit
Vorbehalt durchgeführt werden kann. Zur Messung von derartigen Kapazitäten wird
gemäß der vorliegenden Erfindung eine Schaltung benutzt, die für die Bestimmung
;der Gleich- und Wechselstromkomponente eines Wellen stromes vorgeschlagen wurde.
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Bei dieser Schaltung wird die Wellenspannung einem Kondensator zugeführt,
der sich über ein in Reihe mit ihm geschaltetes Ventil auf den Scheitelwert der
Wellenspannung auflädt, während ein zweiter Kondensator über ein zweites Ventil,
das diesen Kondensator zu dem ersten Ventil parallel schaltet, während der Sperrzeiten
des ersten Ventils mit der Differenz der maximalen und minimalen Wellenspannung
aufgeladen wird. Diese Differenz wird als Differenzspannung bezeichnet.
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Durch die Aufladung des zweiten Kondensators erhält der Spannungsteiler
an seinen Klemmen angenähert als Spannung die Summe aus dem Maximalwert der Wellenspannung
und der Differenzspannung. Durch ein Nullinstrument, etwa ein Drehspulinstrument,
und einen verstellbaren Kontakt
wird auf dem Spannungsteiler die
Aufteilung dieser Spannungssumme ermittelt, so daß der Spannungsteiler bei sonst
unveränderten Schaltungsgrößen in \Verten der Gleich- und Wechselspannung, aus welchen
sich die Wellenspannung zusammehsetzt, geeicht werden könnte.
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Da die Welligkeit der Spannung von der Belastung abhängt, so kann
also andererseits aus der Welligkeit bei sonst konstanten Verhältnissen auf die
Größe eines der den Stromkreis belastenden Widerstände geschlossen werden. Wenn
also die WellenspannÜng bei Leerlauf eine bestimmte Zusammensetzung zeigt, dann
ändert sich diese bei und in Abhängigkeit von der Belastung. Gemäß der Erfindung
wird die Bestimmung des Kapazitätswertes eines Elektrolytkondensators o. dgl. mittels
Wellenspannun,g in der Weise durchgeführt, daß bei der angegebenen Schaltung durch
die Einstellung des verstellbaren Kontaktes am Spannungsteiler auf Grund des Zusammenhangs
von Welligkeit, Kapazität und sonstigen Belastungswiderständen die Größe der Kapazität
ermittelt wird.
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Statt also die Eichung des beweglichen Spannungsteilerkontaktes auf
Welligkeit vorzunehmen, wird sie für Kapazitätswerte durchgeführt.
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Es kann aber auch in Abänderung der vorstehenden Anordnung so verfahren
werden, daß eine durch einen Kondensator bewirkte Anderung der Welligkeit durch
eine Änderung an einem anderen Belastungswiderstand, etwa einem Ohmschen Widerstand,
der parallel zum Kondensator geschaltet ist, gerade kompensiert wird, so daß an
diesem Widerstand dann der Kapazitätswert abgelesen werden kann. Zu diesem Zweck
ist der veränderliche Ohmsche Widerstand zweckmäßig in Kapazitätswerten zu eichen.
Durch Wahl der Größe des veränderlichen Parallelwiderstandes kann im übrigen der
Meßbereich auf die Größe der zu messenden Kapazitätswerte abgestimmt werden.
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An, Hand der Abb. I sei eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgedankens
erläutert.
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Um eine Wellenspannung zu erhalten, wird eine Wechselspannung über
einen Transformator TR dem Gleichrichter Gl zugeführt, der bei hoher Welligkeit
als Einweg-' oder Zweiweggleicllrichter wirken möge. Der zu messende Kondensator
ist mit Cx bezeichnet, der Parallelwiderstand dazu mit R. Die Meßschaltung ist in
dem strichpunktiert gezeichneten Rechteck eingeschlossen. Die erzeugte Wellenspannung
habe den Mittelwert U und die in der Abb. 2 dargestellte Kurvenform. Das Nilinimum
der pulsierenden Gleichspannung sei mit U 2, das Spannungsmaximum mit U I bezeichnet.
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13ei dieser Betrachtung sei der Flußwiderstand der heiden Ventile
ei und V2 gleich Null vorausgesetzt, der Sperrwiderstand als unendlich. Beim Sinken
der pulsierenden Spannung vom Maximalwert U I auf das Spannungsminimum U 2 ist eine
Entladung des Kondensators C 1 durch das Ventil VI verhindert. Der Kondensator C2
wird mit der Differenzspannung U - U2 aufgeladen und durch das Ventil V2 am Entladen
gehindert. Andererseits muß allerdings auch der Spannungsteiler je nach der Höhe
der Frequenz einen Widerstandswert besitzen, der eine rasche Entladung des Kondensators
nicht zuläßt. Das Potential am Punkt A steigt über den Wert von U i an, und zwar
um den Betrag der Differenzspannung UI und U2.
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Das Potential des Punktes A beträgt infolgedessen UI + (UI-U2). An
dem zwischen dem Kondensator C2 und dem gemeinsamen Minuspol liegenden Spannungsteiler
wird das Verhältnis der Spannungen, also des Maximalwertes der Wellenspannung zur
Differenzspannung direkt ermittelt, wobei aber der regelbare Spannungsteiler mit
Rücksicht auf den Zweck in Kapazitätswerten geeicht werden muß.
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Eine weitere, bereits angedeutete abgeänderte Ausführungsform der
Kapazitätsmeßbrücke besteht darin, daß der Spannungsteiler SP auf ein festes Verhältnis
der Gleich- und A7echselspannungskomponente des Wel lenstromes eingestellt wird
und daß die Nullstellung des Galvanometers durch Verstellen des regelbaren Belastungswiderstandes.R
herbeigeführt wird. Eine derartige Anordnung ist in Abb. 3 dargestellt. Hier ist
dann der regelbare Belastungswiderstand in Kapazitätswerten geeicht.
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PATENTANSPROCHE: I. Anordnung zur Messung von Kapazitäten durch die
Wechselstromkomponente eines Wellenstromes, gekennzeichnet durch die Verwendung
eines zweckmäßig in Kapazitätswerten geeichten Spannungsteilers, an dem mittels
Nullinstrumentes das Verhältnis des Mittelwertes der Wellenspannung zur Differenzspannung
eingestellt wird, indem die Wellenspannung einem über ein in Reihe liegendes Ventil
(VI) auf die Scheitelspannung (CI) der pulsierenden Gleichspannung sich aufladenden
Kondensator (C I) zugeführt wird, während ein zweiter in Reihe mit einem zweiten
Ventil (V2) und parallel zum ersten Ventil geschalteter. Kondensator (C2) mit der
am ersten Ventil (V I) während der Sperrperiode auftretenden Differenzspannung (U
1 - E2) aufgeladen wird, so daß zwischen diesem Kondensator und dem gemeinsamen
Minuspol die Summe aus Maximalwert der Wellenspannung und der Differenzspannung
auftritt.