DE886039C

DE886039C - Astased electrometer for DC and AC voltage

Info

Publication number: DE886039C
Application number: DEF7176A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dr Phil Vogel
Original assignee: Felten and Guilleaume Carlswerk AG
Current assignee: Felten and Guilleaume Carlswerk AG
Priority date: 1951-09-21
Filing date: 1951-09-21
Publication date: 1953-08-10

Description

Astasiertes Elektrometer für Gleich- und Wechselspannung Die Elektrotechnik kennt bisher drei grundsätzliche Arten von Elektrometern. Das erste und älteste ist das sogenannte Blättchen- oder Strohhal.melektrometer. Es besteht aus einer Aufhängevorrichtung, die eine isolierte Durchführung in einem metallisch abgeschirmten Kasten hat. An der Durchführung sind entweder drähbar oder mit 1)ew-eglicherAufhängung ein oder mehrere Blättchen angebracht, die infolge der leichten Beweglichkeit der Aufhängevorrichtung bei elektrischer Rufladung sich der Wandung des Gehäuses nähern oder sich gegen -den Aufhängestab um eine horizontale Achse drehen oder sich ,gegeneinander abstoßend spreizen. Die der elektrischen Kraft entgegenwirkende Kraft ist bestimmt erstens durch den Biege- oder Drehwiderstand der Aufhängevorrichtung und zweitens durch die- im gleichen Sinn wirkende Schwerkraft. Da die Schwerkraft nicht unbeachtlich ist, ist die Empfindlichkeit des Instrumentes wesentlich durch die Schwerkraftkomponente bestimmt.Astased electrometer for direct and alternating voltage. Electrical engineering knows three basic types of electrometers so far. The first and oldest is the so-called leaflet or straw melectrometer. It consists of one Suspension device that has an insulated bushing in a metallic shield Box has. At the bushing can either be wired or with 1) eternal suspension one or more leaflets attached, as a result of the easy mobility of the Approach the suspension device for electrical call charging to the wall of the housing or rotate against the suspension rod around a horizontal axis or against each other Spread repulsively. The force counteracting the electrical force is determined firstly by the bending or twisting resistance of the suspension device and secondly by gravity acting in the same way. Since gravity is not negligible is, the sensitivity of the instrument is essentially due to the gravity component certainly.

Bei der zweiten Ausführungsform, den sogenannten Fadenelektrometern, sind ein oder zwei dünne durch Metallisierung leitend gemachte Quarzfäden so gespannt, daß sie sich bei elektrischer Rufladung entweder gegeneinander spreizen oder gegen einen. festen Haltestab durch Torsion in der vertikalenAchs,e das Maß der ihnen zugeführten Ladung anzeigen. Diese Instrumente werden meistens durch optische Einrichtungen, die die Bewegung der oder des Fadens anzeigen, abgelesen. Die untere Grenze ihrer Empfindlichkeit ist durch die Stabilität des Fadens und die Kapazität des Instrumentes bestimmt.In the second embodiment, the so-called thread electrometers, are one or two thin quartz threads made conductive by metallization so stretched, that they either spread against each other or against each other in the case of an electrical call charge a. fixed support rod by torsion in the verticalaxis, e the measure of them Show the added load. These instruments are mostly through optical devices, which indicate the movement of the or the thread, read. The lower limit of their Sensitivity is due to the stability of the thread and the capacity of the instrument certainly.

Die dritte Art sind die an sich hochempfindlichen sogenannben Quadrantenelektrometer oder ähnliche von diesem Prinzip abgeleitete Formen. Sie bestehen aus einem horizontal gelagerten Kastensystem, das in zwei oder mehr Kreissektoren, die gegeneinander isoliert sein können, abgeteilt ist. Zwischen ,den Kästen schwebt eine an einer vertikalen Aufhängevorrichtung hängende Nadel, eine Scheibe oder ein Scheibenpaket. Im letzteren Fall liegen. dann mehrere Qudrantengehäuse übereinander, und- in jedem hängt ein Abschnitt des drehbaren Systems. Das drehbare System ist an einem sehr empfindlichen verdrehbaren Faden aufgehängt. Die Wirkungsweise des _ Apparates besteht darin, .daß das aufgehängte drehbare System Spannungsunterschiede gegen das feststehende Gehäuse aufweist und diese Spannungsunterschiede Verdrehungsausschläge verursachen. Da die Drehung von den geometrischen Dimensionen einerseits (Kapazität) und von den Ladungen der beiden gegeneinander beweglichen Systeme abhängt, kann man die Empfindlichkeit sehr steigern, wenn man eines der beiden Systeme auf eine die Meßspannungwesentlich überschreitende Spannung auflädt. Der Nachteil dieses an sieh sehr empfindlichen Systems ist die große Kapazität und die Schwierigkeit einer Hilfsladung bei Wechselstrommessung.The third type are the so-called quadrant electrometers, which are highly sensitive in themselves or similar forms derived from this principle. You insist from a horizontally mounted box system that is divided into two or more circular sectors, which can be isolated from each other is partitioned off. Between the boxes floats a needle, washer or a hanging from a vertical hanger Disk package. In the latter case lie. then several quadrant housings on top of each other, and - in each one hangs a section of the rotating system. The rotatable system is suspended from a very delicate twistable thread. How the _ Apparatus consists in the fact that the suspended rotating system differs in tension has against the stationary housing and these voltage differences torsional deflections cause. Since the rotation of the geometric dimensions on the one hand (capacity) and depends on the charges of the two mutually movable systems you increase the sensitivity a lot if you have one of the two systems on one charges the voltage significantly exceeding the measuring voltage. The downside to this A very sensitive system is the large capacity and the difficulty an auxiliary charge for alternating current measurement.

Das Elektrometer gemäß der Erfindung vermeidet die verschiedenen Nachteile der genannten Anordnungen, indem gemäß der Erfindung bei Elektromietern, welche ein um eine horizontale Achse drehbares Blättchen enthalten, der Schwerpunkt des drehbaren Blättchens in der Nullage sich oberhalb der Drehachse des Blättchens befindet und das Blättchen durch eine mechanische, insbesondere spiralförmige Feder in seiner Nullage gehalten wird.The electrometer according to the invention avoids the various disadvantages of the arrangements mentioned by, according to the invention, with electricians who contain a leaf that can be rotated about a horizontal axis, the center of gravity of the rotatable leaflet in the zero position is above the axis of rotation of the leaflet and the leaflet by a mechanical, in particular spiral-shaped spring in its Zero position is held.

Die Wirkung und die Vorteile der Anordnung gemäß der Erfindung seien an Hand der Figuren näher erläutert, wobei zu berücksichtigen ist, daß die Figuren nur schematische Darstellungen der wesentlichen Teile des Instrumentes sind. Desgleichen ist zu berücksichtigen, daß in den Figuren der Übersichtlichkeit halber jeweils nur ein Blättchen dargestellt ist. Selbstverständlich können die Elektrometer, wie im allgemeinen üblich, auch ein zweites, feststehendes Blättchen aufweisen.The effect and the advantages of the arrangement according to the invention may be explained in more detail with reference to the figures, taking into account that the figures are only schematic representations of the essential parts of the instrument. Likewise it must be taken into account that in the figures for the sake of clarity only one leaflet is shown. Of course, the electrometers can, such as generally common to also have a second, fixed leaflet.

Die Fig. r stellt ein Elektrometer bekannter Art dar. Es bedeuten hier l das Metallgehäuse des Instrumentes, 2 das Blättchen, das in der Nullage senkrecht nach unten hängt und durch den Isolierkörper 3 gegenüber dem Gehäuse isoliert ist. Wird bei diesem Instrument eine Spannung zwischen Gehäuse i und Blättchen 2 angelegt, so bewegt sich das Blättchen aus ,der Nullage, wie es beispielsweise durch die gestrichelte Linie angedeutet ist. Dabei wirkt die zwischen Gehäuse und Blättchen wirksame elektrostatische Anziehungskraft der auf das Blättchen ausgeübten Schwerkraft entgegen. Hinzu kommt noch im allgemeinen die der elektrostatischen Anziehungskraft ebenfalls entgegenwirkende Kraft zur Überwindung der bei der Drehung .der Blättchen auftretenden Reibung.The Fig. R represents an electrometer of known type here l the metal housing of the instrument, 2 the leaf, which is vertical in the zero position hangs down and is isolated from the housing by the insulating body 3. With this instrument, if a voltage is applied between housing i and leaf 2, so the leaflet moves out of the zero position, for example as indicated by the dashed line Line is indicated. The electrostatic effect between the housing and the leaflet acts here The force of attraction against the force of gravity exerted on the leaf. Come in addition nor generally that which also counteracts the force of electrostatic attraction Force to overcome the friction that occurs during the rotation of the leaflets.

Das Elektrometer gemäß der Erfindung ist in seinen Grundzügen in Fig. 2 dargestellt. Das Blättchen 2 hängt hier in der Nullage nicht mehr senkrecht nach unten, sondern steht ,senkrecht nach oben. Um Idas Blättchen in dieser Lage zu halten, und zur Erzeugung der notwendigen Rückstellkraft ist eine Feder an dem Blättchen angebracht, die vorzugsweise spiralförmig ausgebildet -ist. Während nun bei der bekannten Anordnung nach Fig. r die Schwerkraft des Blättchens der elektrostatischen Kraft entgegenwirkt, wirken nach der Anordnung nach Fig.z beide Kräfte im gleichen Sinn, wodurch die Erzielung einer wesentlich größeren Empfindlichkeit des Systems möglich ist. Durch geeignete Bemessung der Feder q. und der von ihr ausgeübten Rückstellkraft ist es möglich, ein mechanisch weitgehend astasiertes System zu schaffen, da mit wachsendem Ausschlag des Blättchens und hierdurch bedingter wachsender Rückstellkraft der Feder auch die Wirkung der auf das Blättchen ausgeübten Schwerkraft steigt und somit die wachsende Rückstellkraft im wesentlichen aufgehoben wird. Diese Astasierung des Systems führt zu einer erheblichen Steigerung der Empfindlichkeit des Instrumentes, die sich sowohl in einer größeren Empfindlichkeit in den gewöhnlichen Spannungsbereichen als auch in einer Verschiebung der unteren Empfindlichkeitsschwelle zu kleineren Spannungen hin äußert.The basic features of the electrometer according to the invention are shown in FIG. 2 shown. The leaf 2 no longer hangs vertically here in the zero position below, but stands vertically upwards. To keep Ida's papers in this position, and to generate the necessary restoring force there is a spring on the leaflet attached, which is preferably formed in a spiral shape. While now with the known arrangement according to Fig. r the gravity of the leaflet of the electrostatic Force counteracts, according to the arrangement according to Fig.z both forces act in the same way Sense, whereby the achievement of a much greater sensitivity of the system is possible. By appropriately dimensioning the spring q. and the restoring force exerted by it it is possible to create a mechanically largely astased system, since with growing rash of the leaflet and the resulting growing restoring force the spring also increases the effect of the force of gravity exerted on the leaflet thus the growing restoring force is essentially canceled. This astasis of the system leads to a considerable increase in the sensitivity of the instrument, which translates into a greater sensitivity in the usual voltage ranges as well as a shift in the lower sensitivity threshold to a smaller one Expresses tension.

Die Empfindlichkeit bei, kleinsten Spannungen wird zweckmäßig noch dadurch gesteigert, daß die Nullpunktlage des Blättchens gegenüber der senkrechten Ebene über der Drehachse des Blättchens etwas geneigt ist, wodurch der Schwerpunkt des Blättchens in der Nullage etwas aus der senkrechten Ebene verlagert ist. Dabei wird das hierdurch in der Nullage infolge der Schwerkraftdes Blättchens entstellende Drehmoment durch ein entsprechendes Drehmoment .der Rückstellfeder aufgehoben. Eine entsprechende Anordnung gibt Fig.3 wieder, in welcher das Blättchen 2 in der Nullage etwas nach links aus der senkrechten Ebene über der Drehachse geneigt ist.The sensitivity to the smallest voltages is still useful increased by the fact that the zero point of the leaflet compared to the vertical The plane is slightly inclined above the axis of rotation of the leaflet, creating the center of gravity of the leaflet is slightly shifted from the vertical plane in the zero position. Included becomes that which is distorted in the zero position due to the force of gravity of the leaflet Torque canceled by a corresponding torque of the return spring. One 3 shows the corresponding arrangement, in which the leaflet 2 is in the zero position is inclined slightly to the left from the vertical plane above the axis of rotation.

Die Anordnung gemäß Fig. q. weist gegenüber der nach Fig.3 den Unterschied auf, daß das Blättchen nicht in einer besonderen Drehachse gelagert ist, sondern, fest mit dem einen Ende der spiralförmigen Feder verbunden ist, wodurch die Reibung in dem bei der Anordnung nach Fig.3 notwendigen Lager vermieden wird.The arrangement according to FIG. Q. has the difference compared to that according to FIG on that the leaflet is not mounted in a special axis of rotation, but, is firmly connected to one end of the helical spring, creating friction is avoided in the bearing required in the arrangement according to FIG.

Die :genaue Einstellung der Nullpunktlage des Instrumentes kann dadurch erfolgen, daß man die horizontale Achse des Blättchens bzw. des Zeigers mit Hilfe einer geeigneten Vorrichtung verstellt. Sie kann aber, unter Umständen auch zusätzlich, in besonders empfindlicher Weise noch dadurch geschehen, daß das ganze Instrumentengehäuse um eine zur Drehachse des Blättchens parallele Achse gedreht wird. Dies kann in bekannter Weise mit Hilfe von drei Drehfüßen erfolgen, von denen die Verbindungslinie zweier Füße parallel zur Drehachse des Blättchens liegt.The: exact setting of the zero point position of the instrument can thereby done that you can use the horizontal axis of the leaflet or the pointer adjusted by a suitable device. But it can, under certain circumstances also, in a particularly sensitive way still done by the fact that the entire instrument housing is rotated about an axis parallel to the axis of rotation of the leaflet. This can be done in known way with the help of three swivel feet, of which the connecting line two feet parallel to the axis of rotation of the leaflet.

Fig. 5 zeigt eine Anordnung, die noch eine Hilfselektrode 5 enthält, die Gehäusepotential aufweist und verstellbar ist. Durch stufenweise oder kontinuierliche Verschiebung dieser Hilfselektrode kann die Empfindlichkeit in gewünschter Weise reguliert werden.Fig. 5 shows an arrangement which also contains an auxiliary electrode 5, which has housing potential and is adjustable. By gradual or continuous shift the sensitivity of this auxiliary electrode can be regulated as desired.

Zur Erhöhung .der Ablesegenauigkeit kann das Instrument mit einer mikroskopischen Vergrößerungseinrichtung versehen sein. Desgleichen kann das Instrument auch, um die Ausschläge des Zeigers einem größeren Personenkreis sichtbar zu machen, mit einer optischen Projektionseinrichtung ausgerüstet sein.To increase the reading accuracy, the instrument can be equipped with a microscopic magnifying device. The instrument can do the same also to make the movements of the pointer visible to a larger group of people, be equipped with an optical projection device.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Mechanically astased electrometer, containing a blade rotatable about a horizontal axis, characterized in that in the zero position the center of gravity of the rotatable blade is above the axis of rotation of the blade and the blade is operated by a mechanical, in particular spiral-shaped spring. is held in its zero position (Fig. 2).

2. Electrometer according to claim i, characterized in that the center of gravity of the rotatable leaflet is in the zero position lies slightly outside the vertical plane located above the axis of rotation and the resulting torque caused by the force of gravity of the leaflet .the restoring force of the spring is canceled (Fig. 3).

3. Electrometer according to claim i or a, characterized in that the sensitivity by one or more having the potential of the housing, spatially adjustable with respect to the leaflet Auxiliary electrodes can be regulated (Fig. 5) -. Electrometer according to one or more of the preceding claims, characterized in that the leaflet without storage firmly connected in a special axis of rotation with one end of the spiral spring is (Fig.

4).

5. Electrometer according to one or more of the preceding claims, characterized by this. draws that the astasis of the zero position by rotating the horizontal Axis of the leaf or the pointer and / or by rotating the entire instrument housing about an axis parallel to the axis of rotation of the leaflet.

6. Electrometer according to one or more of the preceding claims, characterized in that it with an optical projection or microscopic magnification device is provided.