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Verfahren zur Messung der auf einen Kondensator aufgebrachten elektrischen
Ladungen
Die Erfindung bezieht sich auf ein neues und zweckmäßiges Verfahren zur
Messung der auf einen Kondensator aufgebradhten elektrischen Ladungen. Ein derart
verwendeter Kondensator soll im folgenden als Meßkondensator bezeichnet werden.
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Bekannt ist es, zur Messung von Ladungen, die auf einen Meßkondensator
aufgebracht sind, Elektrometer, Elektrometerröhren oder auch ballistische Galvanometer
zu verwenden. Auch wurde bereits vorgeschlagen, die Messung mit ballistischen Galvanometern
in Verbindung mit Röhrenverstärkern vorzunehmen.
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Es hat sich aber gezeigt, daß allen diesen bekannten NIeßverfahren
beträchtliche Nachteile anhaften.
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So ist bekanntlich das Arbeiten mit Elektrometern sehr umständlich
in der Handhabung. Die Verwendung von Elektrometerröhren wiederum fällt für die
Messung sehr kleiner Spannungen sowie bei geringer Kapazität des Meßkondensators
aus.
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Ballistische Galvanometer schließlich sind für sehr kleine Ladungsmengen
ungeeignet und in Verbindung mit Röhrenverstärkern für kleine Kapazitäten des Meßkondensators
unbrauchbar.
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Das Verfahren nach der Erfindung dagegen gestattet auf vorteilhafte
Weise eine Messung auch sehr kleiner Ladungsmengen, selbst wenn die Kapazität des
Meßkondensators, auf welchen diese Ladungen aufgebracht sind, sehr klein ist.
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Erfindungsgemäß besteht sdas Verfahren zur Messung- der-- auf einen
Meßkondensator aufgebrachten elektrischen Ladungen im wesentlichen darin, daß die
Ladungen iur Anregung eines elektromagnetischen Schwingungskreises benutzt werden,
der entstehende Schwingungszug verstärkt und dessen Größe-gemessen wird, Hierdurch
wird eine einwandfreie Verstärkung auch seir kleiner Ladungsmengen mit den in der
Hochfrequenztechnik bekannten Mitteln bis zum Io6-fachen der Größte dieser Ladungsmengen
erreicht. Ferner wird eine Verstärkung von Laduagsmengen ermöglicht, die auf einen
Meßkondensator mit sehr kleiner Kapazität aufgebracht sind.
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Schließlich können nunmehr zur Messung relativ robuste Instrumente,
z. B. normal' empfindliche ballistische Instrumente oder Braunsche Röhren, Verwendung
finden.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung gibt ferner die Möglichkeit, die
Empfindlichkeit der verwendeten Meßanordnung auf einfachste Weise mit an sich bekannten
Mitteln zu variieren.
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Zweckmäßig ist es auch, gemäß der weiteren Ausbildung der Erfindung,
bei Messung einer einmaligen Ladung eine Anzeigehaltung des Meßinstrumentes vorlzusehen.
Hierzu kann vorteilhaft ein Kondensator hoher Kapazität dienen, dem der verstärkte
Schwingungszug nach Gleichrichtung zugeführt wird.
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Um den Einfluß des Gitterleitwertes der ersten Röhre des an den elektromagnetischen
Schwingungskreis angeschlossenen Verstärkers auszuschalten, liegt erfindungsgemäß
die Induktivität dieses Schwingungskreises parallel zu der Strecke Gitter-Kathode
der ersten Röhre.
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Versuche haben ergeben, daß beim Einschalten des Meßkondensators
in den Schwingungskreis leicht schädliche Prellerscheinungen auftreten. Um diese
Prellerscheinungen zu vermeiden, wird gemäß der weiteren Ausbildung der Erfindung
parallel zu dem Meßkondensator ein Zusatzkondensator in den Schwingungskreis auf
genommen und der Schließkontakt zur Einschaltung des Meßkondensators in den Schwingungskreis
zwischen dem Meßkondensator und Zusatzkondensator angeordnet. Vorteilhaft ist es,
einen Zusatzkondensator zu verwenden,-dessen Kapazität im Verhältnis zu der des
Meßkondensators groß ist.
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Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß der Meßkondensator nur einen
Teil der Kapazität des Schwingungskreises darstellt und somit der Schließkontakt
nur von einem geringen Teil des Schwingkreis stromes durchflossen wird. Damit werden
Prellerscheinungen weitgehend vermieden.
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Zweckmäßig ist es, bei Verwendung von Resonanzverstärkung, erfindungsgemäß
die Kreise des Verstärkers je auf eine Frequenz abzustimmen, die etwa in der Mitte
zwischen den Frequenzen liegt, die sich aus der Schwingkreisinduktivität und der
Kapazität des Zusatzkondensators einerseits und der Schwingkreisin'duktivität und
den Kapizitäten des Zusatzicondensators sowie indes Meßkondens ators andererseits
ergeben. Jegliche Prellerscheinungen oder Einflüsse von Kontaktprellungen werden
durch diese zusätzliche Maßnahme mit Sicherheit ausgefiltert.
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Die Verstärkung der entstehenden Schwingungszüge kann ohne weiteres
mit an sich bekannten Mitteln regelbar ausgebildet werden.
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Auch ist es gegebenenfalls .zweckmäßig, die Skala des verwendeten
Meßinstrumentes derart aufzutragen, Idaß Meßbereichsverzerrungen ausgeglichen werden.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung wird an H-and der Zeichnung, in
welcher ein Ausführungsbeispiel in einem Schaltschema dargestellt ist, näher erläutert.
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Auf den als Meßkondensator bezeichneten Kondensator I werden die
zu messenden elbktrischen Ladungen aufgebracht.
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Durch Schließen des Schalters 2 wird der Meßkondensator I in den
Schwingungslreis aufgenommen, der durch die Induktivität der Spule 3 und die Kapazität
des Meßkondensators I gebildet wird.
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Dadurch wird dieser Schwingungskreis erregt, und der entstehende
Schwingungszug dem Gitter der Verstärkerröhre 4 zugeführt, Falls erforderlich, werden
die verstärkten Schwingungen weiterenVerstärkerstufen zugeleitet.
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Die Spule 3 ist parallel zur Strecke Gitter-Kathode der ersten Verstärkerröhre
4 geschaltet, um den Einfluß des Gitterleitwertes der Verstärkerröhre 4 auszuschalten.
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Ferner ist inden Schwingungskreis parallel zum Meßkondensator 1 der
Zusatzkondensator 5 von hoher Kapazität aufgenommen und der Schalter 2 zwischen
dem Meßkondensator I und dem Zusatzkondensator 5 angeordnet. Beim Schließen des
Schalters 2 gelangt die zu messende Ladung in kürzester Zeit auf den Zusatzkondensator
5. Sodann beginnt der aus den beiden Kondensatoren I und 5 sowie der Spule 3 gebildete
Kreis zu schwingen, wobei aber die Kapazität des Meßkondensators I nur noc'h im
Verhältnis zu derjenigen des Zusatzkondensators 5 die Größe des Schwingkreisstromes
bestimmt. Hierdurch werden Prellerseheinungeu, die durch Schließen des Schalters
2 entstehen, weitgehend vermieden.
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Zur weiteren Ausschaltung der beim Schließen des Schalters 2 auftretenden
Prellerscheinungen werden die nachfolgenden Kreise 1, In . . der einzelnen Resonanzverstärkerstufen
auf eine Frequenz abgestimmt, die etwa in der Mitte zwischen den Frequenzen liegt,
die sich aus der Schwingkreisinduktivität der Spule 3 und der Kapazität des Zusatzkondensators
5 einerseits und ,der S&hwingkreisinduktivität der Spule 3 und den Kapazitäten
des Zusatzkondensators 5 sowie des Meßkondensators I andererseits ergeben.
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Das Verfahren nach der Erfindung gestattet es, z. B. bei einer Frequenz
von Ioo kHz, Ladungen, die mit einem Meßkondensator von sopF Kapazität eine Spannung
von o,I Volt erzeugen, zu messen.
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Das Verfahren nach der Erfindung ist selbstverständlich nicht nur
für die Messung von Ladungen,
die auf spezielle Meßkondensatoren
aufgebracht werden, anwendbar, sondern zur Messung jeder auf irgendeinen Kondensator
aufgebrachten Ladung geeignet.
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PATENTANSPP\CECHE: I. Verfahren zur Messung der auf einen Meßkondensator
aufgebrachten elektrischen Ladungen. dadurch gekennzeichnet, daß die Ladungen zur
Anregung eines elektromagnetischen Schwingungskreises benutzt werden, der entstehende
Schwingungszug verstärlit und dessen Größe gemessen wird.