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Anordnung zur Spielmessung durch Kapazitätsmessung
Es ist bekannt,
das Spiel zwischen Zapfen und Lager bzw. zwischen Kolben und Zylinder durch Messen
der Kapazität zu ermitteln, welche vorhanden ist, wenn der Zwischenraum zwischen
Zapfen und Lager mit einem Dielektrikum, z. B. Ö1, gefüllt ist.
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Der Prüfling, dessen Kapazität ermittelt werden soll, wird bei den
bekannten Anordnungen in eine Wechselstrombrücke gelegt, in der als Anzeigeinstrument
ein Telefon bzw. Lautsprecher eingebaut ist. Durch Verändern einer einstellbaren
Vergleichskapazität wird die Lautstärke im Telefon auf ein Minimum eingestellt und
die Prüflingskapazität aus den bei diesem Minimum vorhandenen sonstigen Kapazitäten
und Widerständen in der Meßbrücke errechnet. Aus der so ermittelten Kapazität ist
dann, wenn die wirksamen Flächen des Prüflings bekannt sind, der Abstand dieser
Flächen, also das gesuchte Spiel, in bekannter Weise zu entnehmen. Mitunter ist
zur Erzeugung des Telefontones ein Summer benutzt.
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Diese bisher bekannte Art der Spielmessung durch Kapazitätsmessung
hat verschiedene Nachteile. Zunächst ist wegen der Notwendigkeit, das Telefon abzuhören,
ein verhältnismäßig ruhiger Meßraum erforderlich, wie er in Werkstätten nicht immer
zur Verfügung steht. Je kleiner das zu messende Spiel ist, um so häufiger treten
außerdem Durchbrüche des Dielektrikums im Prüfling auf, welche ebenfalls die Messung
erschweren und sie sogar unmöglich machen, wenn das Spiel so klein ist, daß ein
einwandfreier Ölfilm nur für kurze Augenblicke bestehen bleibt.
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Wenn die-Messung noch möglich ist, ergeben sich bei zu häufigen Durchbrüchen
des Ölfilms unerwünscht lange Meßzeiten.
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Die Erfindung hat es sich zum Ziel gesetzt, diese Nachteile zu beseitigen
und eine Anordnung zu schaffen, mit der auch sehr enge Spiele in der Größenordnung
von I bis 2 y z. B. an Teilen von Brennstoffeinspritzpumpen für Verbrennungskraftmaschinen
ohne Rücksicht auf die Verhältnisse im Meßraum schnell und sicher gemessen werden
können.
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Um besondere Zeitmessungen zu ersparen, werden Kapazitätsmessungen
im allgemeinen unter Verwendung von Wechselspannungen bekannter Frequenz durchgeführt.
Der Versuch, die zu messende Spannung dadurch vom Spiel des Prüflings abhängig zu
machen, daß eine Wechselspannung über einen kapazitiven oder Ohmschen Vorwiderstand
an den Prüfling gelegt und die am Prüfling auftretende Spannung gemessen wurde,
mußte jedoch daran scheitern, daß die Durchbrüche des Ölfilins wie fortwährende
Schaltungen wirkten, die entsprechende Überspannungen auslösten.
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Fortwährende Durchbrüche des Ölfilms traten bei einem Spiel von I
bis 2 Cd auch dann schon auf, wenn nur eine Spannung von etwa 0,05 V bei einer Frequenz
von 25 ooo Hz an einen aus der Prüflings- und einer Vergleichskapazität gebildeten
Spannungsteiler gelegt wurde. Die Überspannungen können bekanntlich, je nachdem,
in welcher Lage zur Phase der Wechselspannung sie auftreten, bis zum doppelten Scheitelwert
der angelegten Wechselspannung ansteigen.
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Die Polarität solcher Überspannungen ist entgegengesetzt derjenigen
des beim Schalten herrschenden Augenblickswertes der Wechselspannung und diesem
Augenblickswert dem absoluten Betrag nach gleich.
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Gemäß der Erfindung wird der Höchstwert der in ihrer Höhe vom Prüflingsspiel
abhängigen Spannung durch einen Spitzenspannungsmesser festgehalten und angezeigt.
Die Verwendung des Spitzenspannungsmessers ermöglicht das Erfassen von nur sehr
kurze Zeit ohne Durchbrüche bestehenden Ölfilmen für die Messung. Der Spitzenspannungsmesser
hält nämlich das Meßergebnis längere Zeit fest, so daß auch dann noch abgelesen
werden kann, wenn der Ölfilm schon zerstört ist; außerdem wird die unmittelbare
Ablesbarkeit des Meßergebnisses an einem Zeigerinstrument erreicht. Auch erfaßt
der Spitzenspannungsmesser gerade dasjenige Spiel, das vorhanden ist, wenn sich
der zylindrische Meßkolben zentrisch in der Bohrung befindet, weil dann die kleinste
Kapazität und dementsprechend die höchste Meßspannung vorliegt. Die Prüflingskapazität
ist vorteilhaft in Reihe mit einem zweckmäßig einstellbaren Vorwiderstand an eine
Wechselspannung gelegt. Der Vorwiderstand kann kapazitiv oder ohmisch sein. Er gestattet
die einfache Berücksichtigung der Flächengröße des Prüflings.
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Je nachdem, ob bei Spielen gleicher Größenordnung der Prüfling kleine
oder größere die Kapazität bildende Flächen aufweist, ist die sonstige Meßanordnung
voreinzustellen. Diese Berücksichtigung der wirksamen Prüflingsfläche erfolgt in
besonders einfacher Weise durch die Auswahl oder die Einstellung des erwähnten Vorwiderstandes.
Die wirksame Prüflingsfläche selbst wird z. B. mit der Schieblehre ausgemessen.
Wenn der Prüfling ein einfacher Kolben ist, so kann er auch mit Stempelfarbe eingefärbt
und auf einem Blatt Papier abgerollt werden; es wird dann die so erhaltene Abwicklung
ausgemessen. Da selten mehr als 2 °/0 Meßgenauigkeit verlangt werden, genügt es
aber meist, die Messung am Werkstück durch Ausrechnen der wirksamen Flächen nach
den in der Werkstattzeichnung angegebenen Maßen zu ersetzen. Der Vergleichswiderstand
wird zweckmäßig in Einheiten der Prüflingsflächengröße geeicht, um das vergleichsweise
Einstellen zu erleichtern. Das Ausmessen der wirksamen Prüflingsfiäche beansprucht
auf die einzelne Messung bezogen nur wenig Zeit, denn für das Einstellen des Vergleichswiderstandes
kann bei Prüflingen gleicher Art oder einer Reihe oder Serie immer von derselben
Größe der wirksamen Fläche ausgegangen werden. Durch die Wahl des Grundverhältnisses
Vorwiderstand: Prüflingskapazität hat man die Möglichkeit, am Anzeigeinstrument
jeden gewünschten Anzeigewert in die Skalenmitte zu. legen und damit, da die Skalenteilung
nicht linear verläuft, diese beliebig am Ende zusammenzudrängen. In weiterer Erfindung
wird die durch den Spitzenspannungsmesser festzuhaltende Spannung als Rechteckspannung
erzeugt. Schaltspannungen können dann nicht stören.
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Auch wenn Durchbrüche des Ölfilms während des Bestehens eines solchen
Rechteckimpulses an der Prüflingskapazität auftreten, ruft der Durchbruch lediglich
das Aufhören dieses Impulses hervor, denn da die Schaltspannung entgegengesetzt
gerichtet und ebenso groß ist wie die Spannung des Rechteckimpulses, ergibt sich
beim Durchbruch des Ölfilms immer sofort die Spannung Null. Bei genügend hoher Frequenz
der Rechteckspannung wird selbst bei öfteren 01-durchbrüchen auch der Wirkungsgrad
gut. Viele der aufgedrückten Rechteckimpulse werden für die Messung ausgenutzt,
so daß schnell abgelesen werden kann. Bei Rechteckspannung ist auch die Schaltpause
zwischen zwei Spannungsimpulsen von am wenigsten schädlichem Einfluß auf Meßgeschwindigkeit
und Wirkungsgrad.
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Eine entweder in ihrer Größe oder hinsichtlich der Dauer der Impulse
vom Prüflingsspiel abhängige Rechteckspannung kann in verschiedener Weise erzeugt
werden.
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Bei einer ersten Ausführungsform wird die Rechteckspannung durch
ein periodisch arbeitendes Schaltglied, z. B. einen Zerhacker, aus einer Gleichspannung
erzeugt, und durch Umladen zwischen der Prüflingskapazität und einer Vergleichskapazität
wird aus der zerhackten Spannung mittels eines zweiten periodisch arbeitenden Schalters,
z. B. Zerhackers, die vom Prüflingsspiel abhängige Rechteckspannung erzeugt.
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Zweckmäßig werden die beiden periodisch arbeitenden Schalter, z. B.
Zerhacker, derart synchron und phasenverschoben gegeneinander betrieben, daß das
Kurzschließen der Prüflingskapazität durch den zweiten Schalter jeweils kurz vor
dem Abschalten der Spannungsquelle durch den ersten Schalter erfolgt, wobei die
Phasenverschiebung z. B. durch einen Phasenschieber mit zweckmäßig einstellbarer
und im Betrieb nachstellbarer Induktivität eingestellt ist.
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Bei einer zweiten Ausführungsform wird die vom Prüflingsspiel abhängige
Rechteckspannung an der Sekundärspule einer Gegeninduktivität abgegriffen, deren
Primärspule von einem sich absatzweise ändernden Strom durchflossen wird, dessen
Änderungen den Änderungen einer an der Prüflingskapazität entstehenden Spannung
entsprechen, die absatzweise auftritt und z. B. infolge Durchbruchs des Dielektrikums
der Prüflingskapazität oder durch Abschalten wieder verschwindet.
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Die elektrische Gesamt anordnung umfaßt Mittel zur Erzeugung der
vom Prüflingsspiel abhängigen Rechteckwechselspannung, Verstärker zum Verstärken
dieser Spannung, Mittel, um an den Verstärker den Spitzenspannungsmesser anzukoppeln,
den Spitzenspannungsmesser selbst und schließlich in weiterer Erfindung eine elektrische
Sperrvorrichtung für das Anzeigeinstrument des Spitzenspannungsmessers, die dieses
erst dann zur Anzeige freigibt, wenn die Meßspannung in voller Höhe vorliegt, indem
z. B. das Anzeigeinstrument so lange kurzgeschlossen bleibt, bis das Laden eines
zum Spitzenspannungsmesser gehörenden Kondensators beendet ist.
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Auf alle die erwähnten Teile der elektrischen Gesamtanordnung beziehen
sich Merkmale von erfinderischer Bedeutung, die sich im einzelnen aus der folgenden
Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen und den Ansprüchen ergeben. Zur mechanischen
Gesamtanordnung gehören darüber hinaus Normalhohlzylinder als Verkörperung von Normalbohrungen
zum Messen von Bolzen- bzw. Kolbendurchmessern und Normalbolzen bzw. -kolben zum
Messen von Bohrungen. Für das Ausmessen von Bohrungen sind die Anordnungen nach
der Erfindung besonders geeignet. Das Einsetzen der Bolzen oder Kolben in die Bohrungen
zum Zweck der Messung kann von Hand erfolgen, ebenso wie das vorhergehende Benetzen
mit dem als Dielektrikum dienenden 01, z. B. Rizinusöl oder Paraffin. Die Zentrierung
des Kolbens in der Bohrung erfolgt durch Andrehen des Kolbens z. B. ebenfalls von
Hand. Der Bolzen oder Kolben kann jedoch auch mittels eines Elektromotors ständig
gedreht werden.
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In den Zeichnungen sind Schaltbilder von mehreren Ausführungsbeispielen
wiedergegeben. Ein sich auf sämtliche Teile der Anlage beziehendes Schaltbild ist
nur für ein Ausführungsbeispiel dargestellt (Abb. I), während von weiteren Ausführungsbeispielen
lediglich Teilschaltbilder gezeichnet sind.
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Die Abb. I bis 5 veranschaulichen ein erstes Ausführungsbeispiel,
die Abb. 6 bis 12 sind Teildarstellungen weiterer Ausführungsmöglichkeiten.
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Die im Schaltbild nach Abb. I gegebene Gesamtübersicht des in den
Abb. I bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiels ist in Abschnitte I bis VI unterteilt.
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Im Abschnitt I der Abb. I ist der Teil der Anordnung gezeigt, welcher
der Erzeugung der vom Prüflingsspiel abhängigen Rechteckwechselspannung dient.
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Ein Netzgerät N liefert eine stabilisierte Gleichspannung. Ein -Zerhacker
Z1, über den die in der Anordnung enthaltenen Kapazitäten an die Spannungsquelle
gelegt sind, erzeugt einen pulsierenden Gleichstrom. Die Prüflingskapazität C, und
die den wirksamen Prüflingsflächen angepaßte Vergleichskapazität Cf sind hintereinandergeschaltet.
Eine weitere eingezeichnete Kapazität C hat nur die Aufgabe, Störspannungen, die
von außen an die Meßleitung L gelangen, über Cm nach Erde abzuleiten. Ein zweiter
Zerhacker Z2 schließt die Prüflingskapazität C, periodisch kurz. Der Arbeitstakt
der Zerhacker und der zeitliche Verlauf der von ihnen geschalteten Spannungen ist
in Abb. 2 dargestellt. Die Kapazität C kann bei der folgenden Betrachtung unberücksichtigt
bleiben.
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Ul sei die Spannung hinter dem Zerhacker Z1, also, sofern C, nicht
durch Z kurzgeschlossen ist, die Spannung an den hintereinandergeschalteten Kapazitäten
Cf und C. U2 sei die Spannung an Cf, U3 die Spannung an Cx. Die Zeiten, in denen
der Zerhacker Z1 die Anordnung an Spannung legt, sind in der ersten Zeile von Abb.
2 als waagerechte Striche oberhalb und unterhalb einer Abszisse aufgetragen. Die
Lage oberhalb der Abszisse deutet an, daß der Zerhacker an dem Pluspol, die Lage
unterhalb der Abszisse, daß er an den Minuspol schaltet. In der zweiten Zeile von
Abb. 2 ist in derselben Weise das Arbeiten des Zerhackers Z2 dargestellt. Die Verschiebung
der die Schaltzeiten angebenden Striche in der zweiten Zeile gegenüber denen in
der ersten längs der Abszisse zeigt, mit welcher Phasenverschiebung der Zerhacker
Z2 im Vergleich zum Zerhacker Z1 arbeitet. In der dritten Zeile der Abb. 2 ist der
zeitliche Verlauf der Spannung U1 in Abhängigkeit vom Arbeiten der Zerhacker dargestellt.
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Wenn der Zerhacker Z2 ausgeschaltet ist, wird beim Einschalten des
Zerhackers Z1 die aus der Hintereinanderschaltung von Cy und Cx gebildete Kapazität
an die Pole des Netzgerätes N gelegt; U1 ist also gleich der vollen Spannung der
Spannungsquelle. Wenn Z2 während Z1 noch auf den Pluspol geschaltet ist, C, kurzschließt,
so liegt U1 in unveränderter Größe nunmehr nur an Cy. Wenn jetzt Z1 abschaltet,
so ändert sich U1 nicht; U1 bleibt zunächst Ladespannung von Cy.
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Geht jetzt auch Z2 in die unwirksame Stellung, so bleibt U1 weiter
unverändert. Erst wenn nunmehr Z1 den bisher positiven Pol an Cr an den Minuspol
des Netzgerätes schaltet, muß U1 verschwinden, weil ein Widerstand, an dem U1 abgegriffen
werden könnte, nicht mehr vorhanden ist. Übrigens wird, wenn Zl auf den Minuspol
schaltet, auch C jeweils kurzgeschlossen.
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Bei einem ausgeführten Beispiel hatte C den Wert 0,I ,lbF. U1 bleibt
gleich Null, auch wenn Z2 Ca erneut kurzschließt und weiter Zl und Z2 wieder in
die Mittelstellung gehen, bis sich das Spiel dadurch von neuem wiederholt, daß Z1
wieder auf den Pluspol des Netzgerätes schaltet. U1 ist also lediglich zerhackte
Gleichspannung.
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Das Verhalten von U2 an C übersieht man, wenn man Q und C, als einen
Spannungsteiler für die Spannung U1 bildend betrachtet. Solange, nachdem bei offenem
Z2 an den Pluspol geschaltet hat, Cr und Cx hintereinanderliegen, wird an Cf nur
der eine Teil und an Cx der andere Teil der Spannung U1 liegen; die in der vierten
Zeile von Abb. 2 dargestellte Spannung U2 an Cm wird also zunächst kleiner sein
als U1. In dem Augenblick, in welchem Z2 Cx kurzschließt, liegt aber die volle Spannung
U1 an C; U2 wird dann gleich U und behält diesen Wert, solange Cx kurzgeschlossen
bleibt,
auch dann noch, wenn Z2 wieder öffnet; denn Cf behält dann seine Ladung, solange
auch Z1 offen bleibt. Wenn aber jetzt Z1 auf den negativen Pol schaltet, so tritt
das ein, was im folgenden als Umladen bezeichnet ist, es wird nämlich die Ladung
von Cy dazu benutzt, um Cx in umgekehrtem Sinne aufzuladen.
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Entsprechend der Hintereinanderschaltung von Cs und Cx fällt U2 wieder
auf den zuerst gehabten Anteil.
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Wenn allerdings bei noch am Minuspol liegendem Z1 Cx durch Z2 wieder
kurzgeschlossen wird, entlädt sich auch C,; U2 wird gleich Null und bleibt so, solange
Z2 Cx geschlossen hält, auch nachdem Z1 und Z2 wieder geöffnet haben, bis mit dem
erneuten Schalten von Z auf den Pluspol das Spiel von neuem beginnt.
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Die Spannung U an Cx, also am Prüfling, ist in der fünften Zeile
von Abb. 2 aufgetragen. Solange bei am Pluspol liegendem Z1 und bei offenem Z2 Q
und Cx hintereinanderliegen, entfällt auf Cx der positiv eingetragene Anteil von
U1; Cx wird entladen und U3 wird gleich Null, sobald Z2 Cx kurzschließt. Hieran
ändert sich zunächst auch nichts, wenn Z2 wieder öffnet.
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Schaltet dagegen bei nunmehr wieder geöffnetem Z2 Z1 an den Minuspol,
so wird ja durch das oben erläuterte Umladen Cx erneut entsprechend der Hintereinanderschaltung
von C und Cx, aber in umgekehrter Richtung, aufgeladen. Es entsteht jetzt ein negativer
Spannungsimpuls an Cx. Dieses negative U3 wird ebenfalls wieder gleich Null, sobald
Z2 Cx erneut kurzschließt. Es entstehen also an der Prüflingskapazität Cx abwechselnd
positive und negative Rechteckspannungsimpulse, die durch längere Zwischenräume
voneinander getrennt sind. Die Impulslänge wird z. B. gleich etwa 1Is Periodendauer
gewählt, so daß auf zwei Zwischenräume 3/4 der Periodendauer entfallen. Die Höhe
dieser Rechteckwechselspannung hängt bei konstanter Spannung am Netzgerätausgang
nur ab vom Verhältnis Cr: Cx und ergibt somit, sofern Cf auf einen festen bekannten
Wert eingestellt ist, ein Maß für Cx. An der Spannungshöhe der einzelnen Rechteckimpulse
ändert sich nichts, wenn Durchbrüche des Dielektrikums in Cx auftreten. Solche Durchbrüche
wirken vielmehr nur wie ein weiteres Schalten von Z2, d. h. es treten in beliebiger
Phasenlage noch mehr gleichhohe U3-Impulse auf, deren Zeitdauer, die sich graphisch
durch ihre Breite ausdrückt, allerdings ganz verschieden ist.
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Die Höhe der Spannung U3 am Prüfling Cx hängt also nur vom Verhältnis
der beiden durch Q und Cx gegebenen Scheinwiderstände ab.
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Bei einer ausgeführten Anlage wurden die Zerhacker Z1 und Z2 mit
Wechselstrom von 4 V erregt und dabei mit einer Frequenz von 100 Hz betrieben. Als
wichtig erwies sich, die 4-V-Speiseleitungen in großem Abstand von den Gitterleitungen
der in der Gesamtanordnung verwendeten Röhren und von Kontakten zu halten und sie
sowie die Erregerspulen gegebenenfalls abzuschirmen. Die günstigste vom Netzgerät
zu liefernde Prüfspannung liegt, wie Versuche ergaben, bei etwa 0,7 V. Eine wesentlich
niedrigere Spannung, wie z. B. von 0,05 V, ergibt zwar geringe elektrostatische
Kräfte, jedoch kommen dann Störeinflüsse in zu hohem Maße zur Geltung. Wenn sich
die bei Durchbrüchen des 01-films sich berührenden Prüflingsfächen wieder trennen,
treten solche Störspannungen auf, auch ist der sonstige Störeinfluß der Umgebung
des Gerätes dann zu groß.
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Eine höhere Spannung von mehr als etwa I V hemmt die Bildung eines
zusammenhängenden Ölfihus und ruft unnötig häufige Durchbrüche hervor.
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Andere als kapazitive Schaltelemente dürfen im Meßkreis, wenn mit
Rechteckspannung gearbeitet wird, nicht verwendet werden, da sonst die Rechteckform
verzerrt wird. Aus demselben Grund soll bei einer Frequenz der Rechteckspannung
von 100 Hz der Isolationswiderstand in den die Rechteckwechselspannung führenden
Leitern RiCf 0+Cx MQ sein, wobei Cf und Cx in ,mF gemessen sind. Die Zeitkonstante
soll mit anderen Worten > 0,2 Sekunden sein.
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Bei einem ausgeführten Beispiel betrug der Isolationswiderstand bei
einer Einstellung von Cy entsprechend einer Prüflingsfläche bis herab auf 1 cm2
mehr als 100 MQ. Der spezifische Isolationswiderstand des im Prüfling Cx als Dielektrikum
verwendeten Öls betrug mindestens Ioll 11 cm2/cm. Rizinusöl wies z. B.
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Ioll bis Io13 Q cm2/cm in einem Temperaturbereich von 20 bis 1000
auf.
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Die in ihrer Höhe vom Prüflingsspiel abhängige, nur kleine Rechteckwechselspannung
U3 wird verstärkt.
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Die Verstärkung ist schon deshalb notwendig, um das Anzeigeinstrument
vom übrigen Gerät räumlich trennen zu können. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb.
I ist in Abschnitt II der Abb. I zu diesem Zweck ein einstufiger Gleichstromverstärker
dargestellt. Der Verstärker darf die Rechteckspannung weder verzerren noch in ihrer
Lage zur Nullinie während des Meßvorgangs in nicht übersehbarer Weise verschieben.
Das letztere muß deshalb vermieden werden, weil die erzeugte Rechteckspannung nicht
frei von Gleichstromanteilen zu sein braucht. Die Zerhacker Z1 und Z2 sind also
solche schon meist nicht genau symmetrisch; eine weitere Unsymmetrie in der am Prüfling
wirksamen Rechteckspannung ergibt sich durch die Durchbrüche des ölfilm, der ja
nicht ununterbrochen besteht, sondern sich nur unregelmäßig bildet. So kann es sein,
daß gelegentlich positive und gelegentlich negative Impulse der Rechteckwechselspannung
breiter ausfallen als die benachbarten oder daß gelegentlich mehr positive als negative
Impulse je Zeiteinheit vorhanden sind oder umgekehrt, d. h. daß die Rechteckwechselspannung
einen Gleichstromanteil enthält. Wenn nun ein Verstärker mit RC-Kopplungs- oder
Siebgliedern verwendet werden würde, so würde der Gleichstromanteil eine der Zeitkonstanten
dieser Glieder entsprechende unerwünschte Verlagerung der Meßspannung während des
Meßvorgangs bewirken, d. h. die Messung würde falsch werden. Ein einstufiger Gleichstromverstärker
weist diese Nachteile nicht auf. Bei dem Beispiel nach Abb. I Abschnitt II, ist
eine Pentode V als einzige Verstärkerröhre verwendet, z. B. die unter der Bezeichnung
AF 7 bekannte Röhre. Bei Verwendung dieser Röhre ergibt sich eine Schwierigkeit
dadurch, daß die Kennlinie nicht bis zu voller Aussteuerung gerade verläuft. Dies
wäre kein Nachteil, wenn die Kennlinien verschiedener Röhren derselben Type miteinander
genau übereinstimmten; in Wirklichkeit streuen aber die Eigenschaften der im Handel
erhältlichen Röhren erheblich Durch richtiges Bemessen der Schaltmittel gelingt
es,
die beim Auswechseln der Röhre auftretenden Fehler genügend
klein zu halten.
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Bei einem ausgeführten Beispiel waren die in Abb. I, Abschnitt II
dargestellten Widerstände r1 bis r4 wie folgt bemessen: ru = 500 Q, r2 = 20 k Q,
ra = 40 k Q, r4 = 0,2 MQ. An den Pluspol bei P war eine Gleichspannung von 280 V
gegen Erde gelegt.
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Für die Ankopplung des Spitzenspannungsmessers an den Verstärker
scheidet Transformatorkopplung aus, weil sie die Rechteckspannung verzerrt. Die
Ankopplung muß so erfolgen, daß die Meßwechselspannung von der Anodengleichspannung
wieder abgetrennt wird, so daß die letztere keinen Einfluß auf die Messung hat.
RC-Kopplung kann wegen der erwähnten Nichtübersehbarkeit der Verlagerung der Rechteckwechselspannung
mit Gleichspannungsanteil gegenüber der Nullinie ebenfalls nicht angewendet werden.
Die Schwierigkeiten lassen sich umgehen, wenn die verstärkte Rechteckwechselspannung
von vornherein stets um den größtmöglichen Betrag zu ihrer Mittellinie verlagert
wird. Dies gelingt, wenn man den Widerstand einer RC-Kopplung durch eine Diode ersetzt,
wie es in Abschnitt III der Abb. I gezeigt ist.
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Dort sind als Ankopplungselemente der Kondensator Cd und die Diode
Da gezeichnet. Mittels der Diode werden die positiven Impulse insofern gleichgerichtet,
als die durch sie bewirkte Änderung des Anodenpotentials Ladung von der Kathode
zur Anode fließen läßt. Wegen der Blockierung durch Cd wird damit die gewünschte
größte Verlagerung der Wechselspannung zu ihrer Mittellinie erreicht, d. h. die
Meßwechselspannung so hoch nach der negativen Seite angehoben, daß keine positiven
Amplituden mehr übrigbleiben. Die zweite Anode in der Diode Da soll vorläufig außer
Betracht bleiben. Das in Abschnitt III gezeigte Schaltbild stellt eine übliche Verdopplerschaltung
dar, bei der die Wechselspannung so hoch nach der negativen Seite angehoben wird,
daß keine positiven Amplituden mehr übrigbleiben.
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In Abb. 2 ist in der letzten Zeile der Verlauf der nach der negativen
Seite angehobenen Spannung eingetragen. Wie man sieht, ist jetzt die Spannung auf
den doppelten Betrag von U3 erhöht, was einer erwünschten Verdopplung der Verstärkung
entspricht.
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Der Kondensator Cd soll ebenso groß sein, wie der später zu beschreibende
Meßkondensator CL des Spitzenspannungsmessers.
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Abschnitt IV von Abb. I zeigt den Ladekreis des Spitzenspannungsmessers.
Er umfaßt im wesentlichen eine Diode DL und den Meßkondensator DL, der über die
Diode DL aufgeladen wird. Da zum Schluß die Spannung gemessen werden soll, auf welche
der Kondensator CL aufgeladen ist, muß CL einen möglichst hohen Isolationswiderstand
haben. Die Kathode der Diode DL und eine gegebenenfalls vorhandene besondere Heizwicklung
müssen ebenfalls besonders gut isoliert sein; die Heizwicklung ist mit der Kathode
zu verbinden.
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Bei einem ausgeführten Beispiel waren die einzelnen Schaltmittel
so gewählt, daß die an CL auftretende größte zu messende Spannung etwa 200 V betrug.
Es empfiehlt sich nicht, die an CL zu messende Spannung wesentlich ldeiner zu machen,
weil sonst die von den beiden Dioden Da und DL gelieferten Anlaufspannungen stören,
die je etwa I,3 V betragen. Wesentlich höhere Spannung als 200 V zu wählen ist ebenfalls
nicht möglich, weil dann die für handelsübliche Dioden zulässige Spannung überschritten
wird. Zur Löschung des Meßergebnisses ist eine den Ladekondensator CL kurzschließende
Taste T vorgesehen. Die Bedeutung des in Abschnitt IV der Abb. I noch gezeichneten,
ebenfalls von der Taste T geschalteten Kontaktes K ist weiter unten erläutert, wie
auch die Bedeutung des Vorwiderstandes R, und des Schalters H2 mit den Polen E1,,,
E2" und M".
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Die Spannung, auf die der Kondensator CL aufgeladen wird, muß ohne
Stromverbrauch angezeigt werden. Statische Instrumente scheiden für diesen Zweck
wegen ihrer mechanischen Empfindlichkeit im allgemeinen aus. Bei dem Beispiel nach
Abb. I, Abschnitt V, ist daher ein Röhrenvoltmeter als Anzeigeinstrument für die
Spannung, auf welche CL aufgeladen ist, gewählt. Bei einer üblichen Schaltung für
ein Röhrenvoltmeter mit Steuerung am Gitter der Röhre erhält man den erforderlichen
hohen Eingangswiderstand nur, wenn teure Spezialröhren, sogenannte Elektrometerröhren,
verwendet werden. Bei sonstigen Röhren ergibt die Ionisierung der in ihnen noch
vorhandenen Gasreste durch die beschleunigten Elektronen einen zu geringen Eingangswiderstand.
Das negative Gitter zieht Ionen an sich und täuscht so einen umgekehrten Gitterstrom
vor, der die Kapazität CL entlädt. Beseitigen läßt sich diese Erscheinung, wenn
die positive Anodenspannung nur noch so groß gewählt wird, daß die Elektronen die
zur Ionisation erforderliche Geschwindigkeit nicht mehr erreichen.
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Die Grenze hierfür liegt aber bereits bei etwa 8 V.
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Bei einer derart niedrigen Anodenspannung läßt sich aber nicht mehr
am Gitter steuern.
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Aus diesem Grund und weil, wie oben erläutert, eine Meßspannung an
CL in der Größenordnung von etwa 200 V zweckmäßig ist, wurden in weiterer Erfindung
die Funktionen von Gitter und Anode der Anzeigeröhre vertauscht. Der Gitterstrom
wird dann entsprechend dem umgekehrten Durchgriff der Anzeigeröhre A geändert, also
durch die hohe negative Spannung der Anode, die, wie erwähnt, in der Größenordnung
von 200 V liegt, gesteuert. Bei einem ausgeführten Beispiel wurde das Gitter G der
Röhre A über das Anzeigeinstrument I an etwa 6 V gelegt. Die Vorteile dieser Anordnung
sind: Die positive Gitterspannung kann unter der Ionisierungspannung liegen, wodurch
ein hoher Isolationswiderstand erhalten bleibt, und trotz niedriger positiver Spannung
kann die negative Steuerspannung groß sein, so daß die Anlaufspannung der Dioden
nur wenig Einfluß auf das Meßergebnis hat.
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Das Instrument I liegt in einer üblichen Brückenschaltung zwischen
den Widerständen R, R1,R2und R8.
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Der Gitterstrom der Anzeigeröhre A, der durch das Instrument I fließt,
ist mittels R1 und R2 kompensiert und in seiner Größe durch R3 eingestellt. R3 hat
gegebenenfalls einen nichteinstellbaren Teil R3,. Der Gitterstrom ist so bemessen,
daß auch bei Höchstspiel, wenn z. B. der Meßkolben aus dem zugehörigen Hohlzylinder
herausgenommen ist, keine unzulässige hub er lastung des Anzeigeinstrumentes eintreten
kann. Eine
Änderung der Gitterspannung durch Verstellen des einstellbaren
Widerstandes R3 dient zur Skalenanfangspunkteinstellung am Instrument I. Der Widerstand
R vor dem Gitter der Anzeigeröhre dient im wesentlichen zum Gerade- und Festhalten
der Röhrenkennlinie. In die Zuleitung z zur Brücke ist gegebenenfalls noch ein Widerstand
R2, eingebaut.
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Nicht alle Röhren sind in dieser Schaltung ohne weiteres als Anzeigeröhren
brauchbar. Bei Stahlröhren ist z. B. die Sockelisolation zu gering. Pentoden scheiden
wegen ihrer gekrümmten Charakteristik aus. Bei einem ausgeführten Beispiel wurde
eine AC 2 als Anzeigeröhre verwendet, die bei der geforderten hohen negativen Anodenspannung
noch etwa den vollen Ausschlag des Anzeigeinstrumentes ergab. Die an und für sich
gerade Kennlinie der AC 2 weist im Anfangsbereich Unstetigkeiten auf. Der durch
den unteren Teil der Kennlinie gegebene Arbeitsbereich der Röhre wird daher zweckmäßig
gemieden, so daß die Anfangskrümmungen der Kennlinie keinen Einfluß mehr haben.
Die Ausschaltung dieses Arbeitsbereiches geschieht durch Erzeugung einer negativen
Vorspannung an der Kathode der Anzeigeröhre A mittels eines Widerstandes R4 (vgl.
Abschnitt V der Abb. 1). Hierzu kommt als weitere im Sinne einer negativen Vorspannung
wirkende Spannung noch die der Nullpunktunterdrückung am Instrument I entsprechende
negative Ladespannung der Kapazität CL, so daß bei Einstellung des Instrumentenzeigers
auf den als untere Eichmarke benutzten Skalenanfangspunkt etwa -35V an der Anode
der Anzeigeröhre wirksam sind.
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Sämtliche Leitungen, die mit der Anode der Anzeigeröhre verbunden
sind, müssen äußerst gut isoliert sein.
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Bei einem ausgeführten Beispiel hat sich für Schalter, Röhren, Sockel
usw. ein keramischer Isolierstoff bewährt.
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Beim Betrieb eines ausgeführten Gerätes zeigte es sich, daß es weiter
vorteilhaft ist, Maßnahmen zu treffen, die ein vorzeitiges Ablesen des Anzeigeinstrumentes
I bei schlechter Ölfllmbildung in der Kapazität C, verhindern. Die Anordnung wurde
daher so getroffen, daß das Anzeigeinstrument so lange mechanisch oder elektrisch
verriegelt ist, bis der Kondensator CL auf den Meßwert aufgeladen ist. Bei dem Beispiel
nach Abb. I bleibt das Anzeigeinstrument I bis zu diesem Zeitpunkt kurzgeschlossen.
Die hierzu benutzte Sperr- bzw. Steuervorrichtung ist in Abschnitt IV der Abb. I
dargestellt. Die Sperrvorrichtung arbeitet grundsätzlich so, daß ein Teil der verstärkten,
in ihrer Höhe von Cx abhängigen Rechteckwechselspannung abgezweigt und zum Laden
einer Kapazität C5 benutzt wird, deren Zeitkonstante mit derjenigen von CL übereinstimmt,
wobei in Abhängigkeit vom Ladezustand der Kapazität der Sperrvorrichtung ein Relais
betätigt wird, das seinerseits das Anzeigeinstrument I erst dann freigibt, wenn
die Kapazität der Sperrvorrichtung und damit auch CL auf den Meßwert aufgeladen
sind.
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Die Abzweigung der verstärkten Meßspannung erfolgt bei x im Abschnitt
II in Abb. I. Durch die Leitung y wird die abgezweigte Spannung zu einem Ankopplungskondensator
C1 und von diesem über einen Widerstand Rsl an das Gitter G8 einer Verstärkerröhre
As geführt. Für diese Verstärkerröhre As ist der Arbeitspunkt so gewählt, daß sie
schon durch sehr kleine Spannungen vollständig übersteuert wird, so daß also die.
im Anodenkreis auftretende Wechselspannung von der Höhe der über die Leitung y zugeführten
Meßspannung nahezu vollständig unabhängig ist. Die normale Verstärkung der negativen
Impulse ergibt daher auf der Anodenseite immer den gleichen Spannungsbetrag. Positive
Impulse werden dagegen am Gitter insofern gleichgerichtet, als sie das Gitterpotential
so ändern, daß von der Kathode Ladung auf das Gitter fließt. Wegen der Blockierung
durch Cl würde das Gitter mit C1 dabei immer weiter aufgeladen werden. Damit C1
nicht aufgeladen wird, was eine unerwünschte Verschiebung des Arbeitspunktes der
Röhre As bedeuten und das Gleichbleiben der an ihr ausgesteuerten Anodenspannung
in Frage stellen würde, ist mit Rsl und R52 ein Spannungsteiler gebildet (vgl. Abschnitt
VI der Abb. I). Das Verhältnis vonR51 und52 ist so gewählt, daß an C1 nur 1/ll der
gleichgerichteten Spannung positiver Impulse auftritt.
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Da die positiven Impulse selbst nur etwa 1/8 der Periodendauer breit
sind, entspricht einer Impulsspannung von 100 V nur eine Arbeitspunktverschiebung
von etwa 100 X 1/ll X 1/8 = ungefähr I,I V, was tragbar ist. Jeder negative Impuls
der durch y zugeführten abgezweigten Meßspannung wird also auf einen verstärkten
Betrag immer derselben Höhe gebracht. An der Anode der Röhre As liegt gegen Erde
eine Kapazität Ca. Diese verzerrt die auf gleichbleibende Höhe gebrachten verstärkten
Rechteckimpulse zu einer Sägezahnform, deren Höhe von der Breite der Rechteckimpulse
abhängt. Die Höhe der Rechteckwechselspannung wurde also in ihrem Einfluß ausgeschaltet,
dafür ist jetzt eine Spannung erzeugt, deren Höhe von der Breite der Rechteckimpulse,
d. h. von der Dauer und damit von der Anzahl der ankommenden Rechteckimpulse abhängt.
Diese Sägezahnimpulse werden wieder durch eine Diode gleichgerichtet. An Stelle
einer besonderen Diode ist bei dem gezeichneten Beispiel die in Abschnitt III dargestellte
Verdopplerdiode Da mit ihrer zweiten Anode a2 für diesen Zweck benutzt. Mit der
durch die Gleichrichtung der Sägezahnimpulse entstandenen Spannung wird ein Kondensator
Cb aufgeladen, und zwar jeweils auf die Spannung, die der Spitze jedes Sägezahnimpulses
entspricht. In der Zeit zwischen zwei Impulsen gibt der Kondensator Co über einen
Widerstand Ra seine Ladung an die Sammelkapazität C5 ab.
-
Die Zeit, mit der sich diese Kapazität C5 auflädt, ist also davon
abhängig, wieviel Impulse und wie breite Impulse über die Leitung y eintreffen,
jedoch nicht von der Höhe dieser ursprünglichen Steuerimpulse. Über einen Widerstand
Rb gelangt die Gleichspannung von C5 an das Gitter G5 der Röhre A5 und verschiebt
deren Arbeitspunkt ins Negative. Deshalb sinkt der Anodenstrom entsprechend der
Zunahme der Aufladung von C5 ab. Der Anodenstrom ist aber, wie aus Abschnitt VI
der Abb. I hervorgeht, dazu benutzt, um über einen Widerstand R5 und über die Kontakte
3 und 4 eines Relais S dessen Anker 7 in angezogener Stellung zu halten. Wenn also
der Anodenstrom mit zunehmender Aufladung von C5 fällt, fällt schließlich der Anker
7 ab.
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Damit wird gleichzeitig die Speisung des Relaismagneten durch Trennen
der Kontakte 3- und 4 unterbrochen. Außerdem werden die Kontakte 5 und 6 des Relais,
welche bis dahin das Anzeigeinstrument 1 kurzschlossen, voneinander getrennt, d.
h. das Anzeigeinstrument wird freigegeben. Durch gleichzeitiges Schließen der Kontakte
I und 2 wird die Sammelkapazität C5 über einen Widerstand Ra an Erde gelegt und
entladen, so daß sie für ein neues Arbeitsspiel zur Verfügung steht.
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Wenn entgegen der Trennung der Kontakte 3 und 4 das Relais S in den
Sperrzustand zurückgeführt werden soll, so muß der Anker 7 wieder in die angezogene
Stellung gebracht, die Magnetspule 8 des Relais also wieder erregt werden. Dies
kann durch einen Schalter in der Leitung z' erfolgen, z. B. durch eine in dieser
Leitung hinter einem Widerstand Re liegende Taste.
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Bei dem in Abb. I gezeichneten Beispiel ist hierfür dieselbe Taste
benutzt, die auch zum Entladen der Kapazität CL des Ladekreises für den Spitzenspannungsmesser
dient. Daher führt die Leitung z zu dem in Abschnitt VI der Abb. I gegenüber der
Taste T noch gezeichneten, oben bereits erwähnten KontaktK, an welchen zweckmäßig
auch ein Funkenlöschkondensator Cm angeschlossen ist.
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Da die Ladegeschwindigkeit von C5 immer nur von Anzahl und Dauer
der eintreffenden Rechteckimpulse abhängt, und da die Zeitkonstante von C5 derjenigen
von CL angepaßt ist, ist bei beliebiger und verschiedener Höhe der eintreffenden
Rechteckimpulse die Kapazität C; auf den Meßwert aufgeladen, wenn C5 aufgeladen
ist, denn die Zeitkonstante und damit, so lange die Spannung innerhalb des Impulses
gleichbleibt, die Ladezeit hängen ja von der Höhe der Ladespannung nicht ab. Während
aber CL auf eine je nach der Größe der Kapazität Cx verschieden hohe Meßspannung
aufgeladen wird, wird in derselben Zeit C5 immer nur auf Spannungen gleicher Höhe
aufgeladen.
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Der Anodenwiderstand der Steuerröhre As ist so beschaffen, daß der
Aussteuerbereich für die Wechselspannung klein, für die an C5 auftretende Gleichspannung
groß ist. Dadurch erhält man hohe Schaltgenauigkeit von kleinsten bis zu höchsten
Amplituden.
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Bei einem ausgeführten Beispiel waren die Schaltmittel wie folgt
bemessen: Der Ankopplungskondensator C1 hatte o,I,uF, die Kapazität C5 o,IHF, die
Kapazität Ca 10 000 pF, die Kapazität Cb 5000 pF, der Widerstand R5110 MQ, der Widerstand
Rs2 IMQ, der Widerstand Ra 3 MQ, der Widerstand Rb 10 der Widerstand R5 o,2 MQ und
der Widerstand Rd I k Q.
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Das Relais S muß so angebracht werden, daß magnetische oder statische
Beeinflussungen des Verstärkers ausgeschlossen sind.
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Das in Abschnitt I der Abb. I mit N bezeichnete Netzgerät ist in
Abb. 3 ausführlicher dargestellt. In ihm werden alle für den Betrieb der Gesamtanordnung
erforderlichen Spannungen hergestellt, gesiebt und stabilisiert. Ein Transformator
g erzeugt die Anodenspannung für die Gleichrichterröhre 10. Als solche wurde bei
einem ausgeführten Beispiel eine AZI verwendet. Die Siebung des Gleichstroms erfolgt
mittels eines Widerstandes 11 und dreier Kapazitäten Irz, I3 und 14. Für die Stabilisierung
der Gleichspannung ist ein Glimmspannungsteiler I5 vorgesehen. Der Widerstand II
ist vorteilhafterweise zugleich Stabilisierungswiderstand für den Glimmspannungsteiler
15. Die Heizspannungen für die in der Gesamtanordnung außer der Gleichrichterröhre
10 enthaltenen Röhren und die Spannungen für den Betrieb der Zerhacker werden von
einem weiteren Transformator I6 geliefert, dem wiederum zur Stabilisierung eine
Eisenwasserstofflampe I7 vorgeschaltet ist. Für die beiden Netzleiter 18 und 19
ist zweckmäßig ein Hauptschalter 20 vorgesehen. Bei einem ausgeführten Beispiel
wurde das Gerät aus einem 220-V-Wechselstromnetz mit einer Gleichspannung von +
280 V betrieben.
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In Abb. 4 ist der im Abschnitt I der Abb. I wiedergegebene Schaltungsteil
ohne das Netzgerät N und den Prüfling Cx ausführlicher dargestellt. An Stelle der
in Abschnitt I von Abb. I gezeichneten einstellbaren Kapazität Cf ist eine Reihe
von Kapazitäten 2I, 22, 23, 24, 25, 26 und 27 vorgesehen, wovon die Kapazität 21
einstellbar, vorzugsweise als Drehkondensator ausgebildet ist. Bei einem ausgeführten
Beispiel sind diese Kapazitäten entsprechend einem Flächenunterschied von jeweils
I cm2 wirksamer Prüflingsoberfläche abgestuft. Sie können durch fünf Schalter 28,
29, 30, 3I und 32 angeschaltet werden, so daß damit Cf jeweils entsprechend 1 cm2
wirksamer Prüflingsfläche vergrößert wird. Die Zwischenwerte werden mit dem einstellbaren
Kondensator 21 bestrichen. Die größte einstellbare Fläche kann z. B. I7 cm2 groß
sein. Bei einem ausgeführten Beispiel hatten die Kapazitäten 21 bis 27 folgende
Werte: 21 regelbar um I000 pF, 22 einschließlich der Anfangskapazität von 21 = 1000
pF, 23 = I000 pF, 24 = 2000 pF, 25 = 3000 pF, 26 = 4000 pF und 27 = 5000 pF. 23
bis 27 können außerhalb des Gerätes in einer Meßbrücke abgeglichen werden, 22 jedoch
nur im Gerät.
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Dieses Abgleichen von 22 innerhalb des Gerätes läßt sich bei wie
erwähnt bemessenen Schaltmitteln z. B. wie folgt verwirklichen: Es werden zunächst
die Kapazitäten 21 und 23 bis 27 sowie an Stelle von 22 eine Kapazität von goo pF
eingebaut. Erreicht werden soll für 22 schließlich ein Wert von I000 pF, der sich
zusammensetzt aus dem Wert des für 22 gewählten Kondensators und der Anfangskapazität
des Drehkondensators 21. Solange für 22 = 9oopF gewählt sind, ist der Gesamtwert
einschließlich der Anfangskapazität des Drehkondensators sicher kleiner als I000
pF.
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21 wird nun auf Null gestellt, und 22 bis 27, also alle Vergleichskondensatoren
ohne den Drehkondensator, werden eingeschaltet. Es ist dann für eine wirksame Prüflingsfläche
von 16 cm2 eine Vergleichskapazität eingestellt, die nicht den Sollwert von I6 ooo
pF erreicht, sondern um so viel kleiner ist, als dem Gesamtwert von 22 an I000 pF
fehlen, z. B. nur 15 950 pF beträgt. Der Fehler 50: 16 000 ist klein, nämlich nur
3 0/ovo. Nun wird an die Meßleitung, d. h. in Reihe zu 22 bis 27, ein Normalkondensator
der zehnfachen Sollgröße, also von I60 ooo pF-gelegt. Am Instrument erhält man dann
einen bestimmten Ausschlag. Jetzt werden die Kapazitäten 23 bis 27 abgeschaltet,
und an die Meßleitung werden statt der I60 ooo pF 10 000 pF gelegt. Wenn man jetzt
den zunächst zu goo pF ge-
wählten Kondensator für die Kapazität
22 durch Abgleichen, d. h. durch Parallellöten zusätzlicher kleiner Kondensatoren
so einstellt, daß der Ausschlag des Meßinstrumentes wieder derselbe ist wie vor
dem Abschalten on 23 bis 27 bei dem Anliegen von 16000 pF, erhält 22 seinen richtigen
Wert.
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Um den Einfluß auszuschalten, welchen die Kapazität der Meßleitung
gegen Erde hat und welche in Abb. 4 als Kapazität 33 gestrichelt eingezeichnet ist,
sind weitere Kapazitäten 34 bis 38 vorgesehen. Diese sind so groß zu wählen, daß
das Verhältnis von Cf zur Erdkapazität 33 für alle Flächeneinstellungen, also für
jeden Wert Cs, d. h. für jede beliebige Anschaltung der Kondensatoren 21 bis 27,
gleichbleibt. Wollte man dies genau erreichen, so müßte auch eine entsprechend der
einstellbaren Kapazität 21 einstellbare Erdkapazität vorhanden sein. Auf diese bauliche-Erschwerung
kann aber verzichtet werden, denn auch wenn 34 bis 38 bei einer mittleren Stellung
von 21 abgeglichen werden, ergeben sich für die Anfangs- und Endstellungen keine
großen Fehler.
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Das Abgleichen der Kapazitäten 34 bis 38 geschieht auf folgende Weise.
Kapazität 21 wird mit etwa dem halben Wert eingeschaltet. 23 bis 27 werden abgeschaltet
und die Leitungen zum Meßinstrument (39, 40 in Abb. 4) bleiben offen. Am Anzeigeinstrumentl
stellt sich dann ein bestimmter Ausschlag ein. Nun wird 23 eingeschaltet und 34
so groß gewählt, daß der Ausschlag derselbe bleibt. Mit 24 bis 27 verfährt man für
35 bis 38 ebenso. Zur Kontrolle werden an die Meßleitungen 39, 40 verschiedene Kapazitätswerte
bei verschiedenen Einstellungen von C, (2I bis 27) gelegt und die gefundenen Ausschläge
des Instrumentenzeigers aufgeschrieben.
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In ähnlicher Weise läßt sich die Teilung des zu Cn gehörenden Drehkondensators
2I bestimmen.
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Wie aus Abb. 4 weiter hervorgeht, wird die Phasenverschiebung zwischen
den Zerhackern Z1 und Z2 mit Hilfe eines Phasenschiebers hergestellt, der bei dem
gezeichneten Beispiel aus der Kapazität C, und der Induktivität L, besteht. Die
Induktivität L5 ist einstellbar. Sie ist in Abb. 5 dargestellt. Durch Verschieben
der Spule 41 auf ihrem Eisenkern 42 bzw. durch Herein- und Herausschrauben des Eisenkerns
bei in Betrieb befindlichem Gerät läßt sich die richtige Phasenlage einstellen.
Der Eisenkern ist z. B. an der Wand des Gerätegehäuses befestigt, während die Spule
auf ihm mittels der Schraube43 festklemmbar ist.
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Cv war bei einem ausgeführten Beispiel ein Trockenelektrolytkondensator
von 300,uF.
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Welche Phasenlage vorliegt, prüft man am besten mit dem Kathodenstrahloszillographen.
Für den Spannungsverlauf müssen sich dann die Bilder ergeben, die in Abb. 2 dargestellt
sind. Ist die Induktivität zu groß, so fehlt die untere Hälfte der in der vorletzten
Zeile in Abb. 2 dargestellten Rechteckspannung Ua, ist sie zu klein, so werden die
Spannungsimpulse zu schmal, wie leicht zu übersehen ist, wenn man sich die in den
ersten beiden Zeilen der Abb. 2 dargestellten Zerhackerimpulse weniger oder mehr
gegeneinander versetzt denkt und die Folgen dieser Verschiebung an dem in Abschnitt
I der Abb. I dargestellten Schaltbild an Hand der zugehörigen Darstellung prüft.
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Um die Eichung des Gerätes jederzeit überprüfen zu können, sind am
Anzeigeinstrument J zwei Eichmarken vorgesehen: die schon oben erwähnte Anfangsmarke
E1 und eine zweite Marke E2 innerhalb des Anzeigebereiches. Durch den-in Abb. 4
dargestellten Umschalter H1 kann der Verstärker wahlweise an den Anschluß M der
Meßleitung oder aber an zwei den Eichmarken entsprechende Anschlüsse E11 und E2,
gelegt werden, mit denen fest eingestellte Kapazitätsnormale Cn und Cm und zugehörige
Vergleichskapazitäten Cnf und Cm; verbunden sind. Die Kapazität normale sind so
gewählt, daß beim Einstellen des Schalters H1 auf den Anschluß E1, das Anzeigeinstrument
auf die Eichmarke E1 und beim Einstellen des Schalters H1 auf den AnschlußE2' auf
die Eichmarke E2 weisen soll. Treten Abweichungen in der Anzeige auf, so ist der
Zeiger auf die Marke E1 durch Regulieren der Gitterspannung an der Anzeigeröhre
A mit Hilfe des Widerstandes R3 wie oben beschrieben einzustellen. Stimmt, wenn
der Schalters auf den Anschluß E2' geschaltet ist, die Anzeige des Instrumentes
nicht mit der Marker2 überein, so ist die Gleichspannung des zu dem Zerhacker Z1
gehörenden Kreises mit Hilfe eines einstellbaren Widerstandes RB (Abb. 4) zu ändern.
So lassen sich durch abwechselndes Regulieren der Gitterspannung für die Anzeigeröhre
und der Gleichspannung des Zerhackerkreises Abweichungen berichtigen. Damit der
Spitzenspannungsmesser bzw. die Ladung des Kondensators C1 der Nachregelung folgt,
wird gleichzeitig mit dem durch den Schalter H1 erfolgenden Anschalten der Anschlüsse
Et' oder E2'.mittels eines Schalters H2 (Abschnitt IV in Abb. I) von dem der Meßstellung
entsprechenden Anschluß M" auf Anschlüsse E1,, bzw.
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E2" um- und damit ein Ableitwiderstand Ra eingeschaltet. Bei einem
ausgeführten Beispiel hatte dieser einen Wert von 500 Mfl, während Cn = I0000 pF,
= = I000 pF, Cm = 2000 pF und Cm; = 2000 pF gewählt waren. Zweckmäßig sind die Schalter
H1 und H2 zu einem einzigen Schalter vereinigt. E1 und E2 brauchen nicht den Anfangs-
und den Endpunkt der Skala des Anzeigeinstrumentes zu bilden. Bei dem beschriebenen
Beispiel war E1 Anfangspunkt; aber E2 nicht Endpunkt der Skala. Wo man die Eichmarken
zweckmäßig hinlegt, hängt davon ab, welchen Bereich man für die Skala wählen will.
Bei anderer Wahl von Ca, C,,,,, Cm und C,,, könnte z. B. der Skalenanfang dem Spiel
o, das Skalenende dem Spiel oo entsprechen.
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Praktisch ausnutzbar wäre aber nur ein sehr kleiner Teil einer solchen
Skala. Radiale Spiele unter o,4,u treten z. B. sehr selten auf. Daher war es zweckmäßig,.
durch das gewählte Verhältnis C: C2; = 10000: I000 (bei 2000: 2000 = Cm: Cm» das
Spiel o,4, an den Skalenanfangspunkt zu legen, den Nullpunkt also zu unterdrücken.
Bei Berührung der C2 bildenden Flächen legt sich der Instrumentenzeiger somit an
den Skalenanfangspunkt. Hinsichtlich der oberen Skalengrenze wird entsprechend verfahren.
Die Anordnung wird z. B. so getroffen, daß schon die halbe von Za gelieferte Meßspannung
beim größten in Betracht kommenden Spiel, z. B. 6 AG, den vollen Instrumentenausschlag
hervorruft. Der Spielbereich von 6... cm fällt dann aus der Skala heraus, und wenn
derartig
große Spiele auftreten, z. B. wenn der Meßkolben aus dem
Hohlzylinder herausgenommen wird, legt sich der Instrumentenzeiger an den rechten
Skalenanschlag.
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Wenn dem Skalenende die halbe Meßspannung entsprach, wird somit bei
aus dem Hohlzylinder herausgenommenen Meßkolben das Anzeigeinstrument mit dem doppelten
Strom überlastet. Hierin ist aber kein Nachteil der Anordnung nach der Erfindung
zu sehen, denn das Anzeigeinstrument kann ohne weiteres so gewählt werden, daß es
diese Überlastung ohne Schaden verträgt. So hat ein erstes ausgeführtes Gerät, bei
welchem nach jeder Messung ohne abzuschalten der Meßkolben dem Hohlzylinder entnommen
wurde, bisher I300 Meßstunden anstandslos überstanden.
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Abb. 4 zeigt schließlich noch, daß an die Meßspannungszuleitung zum
Zerhacker Z1 noch eine Kapazität Cz angeschaltet ist, die bei einem ausgeführten
Beispiel durch einen Trockenelektrolytkondensator von 25 yF gebildet war. C5 stellt
im Augenblick- des Ladens des aus C; und Cx einerseits und Rs und gegebenenfalls
weiteren Widerständen andererseits gebildeten Spannungsteilers durch Z1 einen als
unendlich groß anzusehenden Stromspeicher dar, so daß im Augenblick des Ladens keine
meßbaren Schwankungen der Meßspannung auftreten, die sonst von der je nach der Größe
von Cx verschiedenen Größe des kapazitiven Teils des Spannungsteilers abhängen würden.
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Bei einem nach der bisher beschriebenen Anordnung ausgeführten Gerät
war es zur Messung noch erforderlich, daß der Ölfilm an der Prüflingskapazität Cx
mehrere Male mindestens für die Dauer von je l/loo Sekunde ohne Durchbrüche bestand,
weil (Abb. 2, Zeile I) für die Zerhacker die Frequenz 100, also die Periodendauer
von 1/ion Sekunde gewählt war und die negativen und positiven Impulse ausgenutzt
wurden. Die Periodendauer selbst läßt sich im Interesse eines einwandfreien und
sicheren Laufens der Zerhacker nicht wesentlich unter l/loo Sekunde, höchstens bis
auf etwa 1/200 Sekunde verkürzen. Der Spitzenspannungsmesser war dann ablesebereit,
wenn die Summe der Zeiten, in denen der Ölfilm ohne Durchbrüche bestanden hatte,
etwa l/lo Sekunde betrug. Die Meßgenauigkeit betrug dabei 3 0/o, wobei sich Streuungen
in den Röhreneigenschaften nur innerhalb dieser Grenzen auswirkten.
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Die bisher beschriebene Anordnung reicht jedoch nicht aus, um Ölfilmbildungen
in Cx auszuwerten, die kürzere Zeiten als etwa 1/200 Sekunde ohne Durchbrüche bestehen.
Weiter unten sind andere Ausführungsformen beschrieben, bei denen auch dies ermöglicht
ist.
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Zunächst wird noch auf eine andere Ausführungsform des Verstärkers
eingegangen.
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Wie oben erwähnt, erfüllt ein einstufiger Gleichstromverstärker die
Forderungen, die Rechteckwechselspannung nicht zu verzerren und nicht in unübersehbarer
Weise zu verlagern. Immerhin wirkten sich Röhrenstreuungen bei der im Beispiel verwendeten
AF7 noch verhältnismäßig stark aus; auch war der hohe Innenwiderstand der AF7 unerwünscht.
Beide Nachteile lassen sich durch Verwendung von zwei Trioden beseitigen. Allerdings
können diese nicht in einer üblichen Gleichstromverstärkerschaltung verwendet werden.
Vielmehr wird in weiterer Erfindung bei einer Ausführungsform des Verstärkers mit
zwei Trioden für die Ankopplung der zweiten Röhre ebenso, wie es oben für die Ankopplung
des Spitzenspannungsmessers beschrieben wurde, eine Verdopplerschaltung gewählt
(vgl. Abschnitt III in Abb. I). Die Schaltung, die man so erhält, ist in Abb. 6
dargestellt. Die Meßspannung kommt durch die Leitung w auf das Gitter der ersten
Triode VI. An der zweiten, über eine Kapazität Cg angekoppelten Triode V2 herrschen
solche Spannungsverhältnisse, daß durch Gleichrichtung der positiven Amplitude am
Gitter von V2 die Wechselspannung von vornherein so stark verschoben wird, daß eine
weitere, ungewollte Verschiebung nicht mehr eintreten kann. Der Ankopplungskondensator
Cd hinter dem Verstärker wird zweckmäßig so groß gewählt, daß er sich in etwa 0,5
Sekunden über seinen Isolationswiderstand entlädt. Die Ankopplung des Spitzenspannungsmessers
an den abgeänderten Verstärker kann dabei in derselben Weise erfolgen wie nach dem
Ausführungsbeispiel nach Abb. I, also über die von der Kapazität Cd und der Diode
Da gebildete Verdopplerschaltung, wie es in Abb. 6 angedeutet ist.
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Dieses abgeänderte Ausführungsbeispiel hat jedoch den Nachteil, daß,
bevor eine Messung abgelesen werden kann, drei Kapazitäten aufgeladen werden müssen,
nämlich die Kapazität Ca in der Verdopplerschaltung des Verstärkers, die Kapazität
Cd in der den Spitzenspannungsmesser ankoppelnden Verdopplerschaltung und schließlich
der Meßkondensator Cs des Spitzenspannungsmessers. Dieser Nachteil ist bei einer
dritten Ausführungsform des Verstärkers, die in Abb. 7 dargestellt ist, vermieden.
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Bei der Ausführung nach Abb. 7, deren linker Teil dem Abschnitt I
der Abb. I entspricht, sind die den Ladekreis des Spitzenspannungsmessers ankoppelnden
Schaltmittel mit dem Verstärker selbst vereinigt.
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Es sei angenommen, daß am Gitter der ersten Röhre V1 nach Abb. 7
noch keine Wechselspannung liege. Wird das Gitter jetzt z. B. durch irgendeinen
absatzweise arbeitenden Schalter an Erdpotential gelegt, so hält sich dieses sehr
lange, auch nach dem Abschalten des Schalters, sofern der Isolationswiderstand des
an der Anode der Röhre V1 liegenden Kondensators C, und der Röhre selbst groß ist.
Solange das Gitter der Röhre V1 Erdpotential hat, arbeitet sie, wenn jetzt Gleichstromimpulse
auf das Gitter gelangen, wie ein normaler Gleichstromverstärker, sofern diese Impulse
nicht zu lange dauern und in den Pausen zwischen den Impulsen das Gitter durch den
absatzweise arbeitenden Schalter jeweils erneut an Erdpotential gelegt wird. In
derselben Weise läßt sich der Spitzenspannungsmesser ankoppeln, wenn die Kathode
der zum Spitzenspannungsmesser gehörenden Diode DL, die an die Röhre V2 über einen
Kondensator Cc angekoppelt ist, ebenfalls, z. B. durch einen absatzweise arbeitenden
Schalter, in den Pausen zwischen den Gleichstromimpulsen an Erde gelegt wird.
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Es ist jedoch selbstverständlich auch möglich, an den wie erwähnt
ausgebildeten zweistufigen Verstärker mit Hilfe der Verdopplerschaltung nach Abschnitt
II in Abb. I anzukoppeln. Die Ankopplung in der in Abb. 7 dargestellten Weise ergibt
die Möglichkeit, den absatzweise arbeitenden Schalter, der die Kathode von DL an
Erde legt, mit dem absatzweise arbeitenden
Schalter, der das Gitter
von V2 an Erde legt, zu einem einzigen Schaltglied zu vereinigen. Der Kondensator
Ce soll bei dieser Anordnung etwa hundertmal größer sein als der Meßkondensator
CL des Spitzenspannungsmessers. Eine Verdopplung der Meßspannung tritt bei dieser
Schaltung allerdings nicht ein; die durch die Verwendung von zwei Röhren gegebene
Verstärkungsreserve ist jedoch genügend groß, um hierfür einen Ausgleich zu schaffen.
Weil bei dieser Schaltung infolge der Gleichrichtung der positiven Impulse am Gitter
von V2 nur noch die negativen Impulse für die Messung ausgewertet werden, während
die positiven ohne Wirkung bleiben, ist es nicht mehr notwendig, daß der Ölfilm
wenigstens während einer Periode, z. B. l/loo Sekunde besteht, um die positiven
und die negativen Impulse zu erfassen; es genügt vielmehr, wenn der Ölfilm, wenn
auch wiederholt, für die Dauer eines negativen Impulses besteht, die auf etwa 111000
Sekunde herabgesetzt werden kann. Durch Wegfall des Kondensators Cd der Verdopplungsankopplung
wird die Ladegeschwindigkeit größer. Da die positiven Impulse nicht mehr gebraucht
werden und ein etwaiges zufälliges Auftreten positiver Impulse nicht stört, kann
der Phasenschieber Cv, Lv (Abb. 4) für den zweiten Zerhacker Z2 wegfallen. Es ist
aber jetzt ein dritter ZerhackerZ3 (Abb. 7) notwendig, der die Funktionen der beiden
Schalter übernimmt, welche absatzweise das Gitter von V2 und die Kathode von DL
an Erde legen. In der in Abb. 7 dargestellten Schaltung muß Z2 mit der doppelten
Frequenz laufen wie Zl und Z3, z. B. mit 100 Hz, wenn Zs und Z3 mit je 50 Hz laufen.
Dies ist in weiterer Erfindung erreicht durch Vorschalten eines Trockengleichrichters
Gl vor die Erregerwicklungen von Z1 und Z3. Immer wenn Z2 am in Abb. 7 linken Kontakt
liegt, müssen Z1 und Z3 einen beliebigen ihrer beiden Kontakte geschlossen haben
oder schließen.
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Wenn die Ölfilzbildung sehr schlecht ist, so kann die oben beschriebene
Sperrvorrichtung für das Anzeigeinstrument versagen. Das Anzeige instrument zeigt
einen noch zu niedrigen Wert an, trotzdem schaltet das Relais S der Sperrvorrichtung.
Dies rührt daher, daß, wie man bei Betrachtung im Oszillographen sieht, die bei
schlechter ÖIfilmbildung entstehenden Impulse nicht mehr rechteckig sind. Der Ölfilm
schlägt nicht plötzlich durch, sondern geht allmählich in den Zustand höherer Leitfähigkeit
über, so daß eine hohe Anfangsspannung allmählich abfällt und statt der Rechteckimpulse
mehr oder minder scharfe Spitzen entstehen. Die Spitzenspannung jedes Impulses besteht
dann nur sehr kurze Zeit, während über die weitere Dauer des Impulses niedrigere
Spannungen auftreten. Wie oben beschrieben, werden aber in der Sperrvorrichtung
die einzelnen Impulse dadurch auf gleiche Höhe gebracht, daß gerade die Spitzen
weggeschnitten werden. Der Impuls wird also von der Sammelkapazität C5 der Sperrvorrichtung
mit derjenigen Dauer gezählt, die er an seinem Fuße hat.
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Daher kommt es, daß, wenn an Stelle von Rechteckimpulsen spitze Impulse
auftreten, die Sperrvorrichtung die Zeiten zählt, die der Basis jeden Impulses entsprechen,
während mit der Spitzenspannung jedes Impulses der Meßkondensator des Spitzenspannungsmessers
nur während einer viel kürzeren Zeit aufgeladen wurde. Daher ist die Sammelkapazität
C5 der Sperrvorrichtung früher aufgeladen als der Meßkondensator CL, so daß aus
diesem Grund das Relais zu früh schaltet. Dieser Nachteil wird durch die in weiterer
Erfindung vorgeschlagene, in Abb. 8 dargestellte Schaltung beseitigt.
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Die abgezweigte, verstärkte Meßspannung wird wieder über eine Leitung
y einem kleinen Ankopplungskondensator C1 zugeleitet (vgl. Abschnitt VI der Abb.
I). Der Kondensator C1 ist z. B. so groß gewählt, daß er sich in etwa 0,5 Sekunden
über seinen Isolationswiderstand entlädt. Über diesen Kondensator gelangt die Wechselspannung
ans GitterG51einer ersten Röhre51. Die Spannungsverhältnisse an dieser Röhre sind
so, daß die positiven Impulse am Gitters,, gleichgerichtet werden und C1 auf ihre
Spitzenspannung aufladen. Im Gegensatz zu der Ausführung nach Abschnitt VI der Abb.
I ist also hier die Aufladung von C1 durch die gleichgerichteten positiven Impulse
nicht verhindert. Durch diese Aufladung von Cl verschiebt sich der Arbeitspunkt
der Röhre Asl so weit ins Negative, daß die Röhre jetzt nur die obersten Spitzen
der Spannungsimpulse verstärkt, gerade umgekehrt wie bei der oben beschriebenen
Anordnung.
-
Es wird jetzt also der untere Teil der Impulse abgeschnitten. Die
Anodenspannung an der Röhre Asl ist wieder so groß gewählt, daß bereits bei der
kleinsten noch zu messenden Spannung die Röhre übersteuert ist. Am Gitter2 einer
zweiten Röhre A52 werden die verstärkten, infolge des übersteuerten Arbeitens der
Röhre konstanten Impulsspitzen gleichgerichtet und damit die Sammelkapazität Cm
so weit aufgeladen, bis das Relais S abfällt, das in derselben Weise ausgebildet
sein kann, wie es in Abb. I dargestellt ist.
-
Liefert der Verstärker nur einseitige Impulse, wie es bei der an dritter
Stelle beschriebenen Ausführungsr form mit zwei Trioden und Erdschalter der Fall
ist (Abb. j), so muß Cl so angeschlossen werden, daß positive Impulse an das Gitter
G51 der Röhre Asl gelangen, nämlich an die Anode einer Verstärkerröhre, an der positive
Impulse auftreten, bei dem Verstärker nach Abb. 7 also an die Anode der ersten Verstärkerröhre.
-
In weiterer Erfindung wird noch eine Anordnung beschrieben, die es
gestattet, mit gutem Wirkungsgrad auch bei solchen Ölfllmbildungen zu einem Meßergebnis
zu gelangen, die nur sehr kurzzeitig und unregelmäßig bestehen. Mit dem oben beschriebenen
Verstärker nach Abb. 7 war es zwar möglich, Ölfilmbildungen, die nur bis herab zu
etwa 1/tooo Sekunde bestehen, für die Messung auszunutzen. Die Anordnung nach Abb.
7 arbeitet jedoch aus folgendem Grund mit schlechtem Wirkungsgrad. Die kurzzeitig
bestehenden Ölfllmbildungen werden nur dann für dieMessung ausgenutzt, wenn der
Ölfilm im Umschaltmoment der Zerhacker Z1-Z3 gebildet ist. Ist das nicht der Fall,
sondern tritt der Ölfilm einen Augenblick später auf, so hat sich Cf über den bestehenden
Kurzschluß bereits entladen, und eine Meßspannung kann erst dann wieder auftreten,
wenn zufällig in einem Augenblick, in welchem die Zerhacker umschalten, ein Ölfilm
gebildet ist. Wenn sich der Ölfilm sehr oft, aber immer
nur kurzzeitig
bildet, muß somit bei der Anordnung nach Abb. 7 mit verhältnismäßig langen Zeiten
für eine Messung gerechnet werden. Dies wird vermieden, wenn die von der Kapazität
Cx des Prüflings abhängige Rechteckspannung in grundsätzlich anderer Weise erzeugt
wird, wie es eingangs als zweite Ausführungsform bereits erwähnt wurde und in Abb.
g dargestellt ist. Die Anordnung nach Abb. 9 ersetzt die Abschnitte I, II und III
der Ausführung nach Abb. I.
-
Bei der Ausführung nach Abb. 9 ist die Kapazität Cx des Prüflings
über einen entsprechend der Prüilingsfläche einstellbaren Widerstand R; an eine
konstante Gleichspannung gelegt. Die Spannung an dem aus und CZ gebildeten Spannungsteiler
beträgt etwa 30 V.
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Sobald sich ein Ölfilm im Prüfling gebildet hat, steigt die Spannung
an Ca mit einer gewissen Geschwindigkeit so lange an, bis der Film durchschlägt.
Ist die Kapazität groß, so erfolgt der Spannungsanstieg langsam. Ist die Kapazität
klein, so erfolgt er schnell. Die Geschwindigkeit des Spannungsanstieges, die sich
graphisch als eine Neigung ausdrückt, ist also ein Maß für die zu messende Kapazität
von C. Ziel ist nun, diesen Spannungsanstieg durch für die Messung im Spitzenspannungsmesser
geeignete Rechteckimpulse auszudrücken. Dies ist wie folgt verwirklicht. Die Spannung
an Cx ist an das Gitter G,v einer Verstärkerröhre, z. B. einer AF7, gelegt. Diese
wandelt die Spannungsänderungen in Änderungen des Anodenstromes um, dergestalt,
daß einer steigenden Spannung auch ein steigender Strom entspricht, und umgekehrt.
Dieser entsprechend den Spannungsschwankungen modulierte Anodenstrom wird durch
die Primärwicklung einer Gegeninduktivität M geschickt.
-
An der Sekundärseite der Gegeninduktivität tritt dann die gesuchte
Rechteckspannung auf. Die in der Sekundärspule induzierte Spannung ist ja nur abhängig
von der Änderung des Stromes in der Primärspule je Zeiteinheit, nicht von seiner
absoluten Größe. Solange die Änderung des Primärstromes linear erfolgt, bleibt die
Spannung an der Sekundärspule gleich. Jeder Neigung des Stromanstieges in der Primärspule
ist also eine bestimmte gleichbleibend hohe Spannung auf der Sekundärseite zugeordnet.
Die Dauer der Spannungsimpulse auf der Sekundärseite ist dabei gleich der Dauer
der Stromimpulse auf der Primärseite. Die Sekundärseite liefert somit sozusagen
das Ergebnis der Differentiation des Stromverlaufes in der Primärseite. Da die Neigung
des Stromanstieges in der Primärspule der Neigung des Spannungsanstieges an Cx entsprach,
die ein Maß für CO war, ist auch die Höhe der Spannung an der Sekundärspule der
Gegeninduktivität M ein Maß für C, da sie ja, wie erläutert, von der Neigung des
Stromanstieges in der Primärspule abhängt. Da diese Spannung an der Sekundärspule
von M, wie erläutert, als Rechteckspannung anfällt, kann sie leicht mit dem Spitzenspannungsmesser
festgehalten werden. Der letztere kann dabei z. B. so ausgebildet sein, wie es in
Abschnitt IV bis VI der Abb. I angegeben ist, wobei aber auch die nach Abb. 8 abgeänderte
Sperrvorrichtung oder noch zu beschreibende weitere Abarten verwendet werden können.
Die soeben beschriebene Anordnung nach Abb. 9 ergibt einen hohen Wirkungsgrad, da
sie jede, auch die kurzzeitigste Ölfilmbildung zur Bildung eines Rechteckimpulses
und damit zum Aufladen des Meßkondensators CL des Spitzenspannungsmessers ausnutzt.
Bei der gegebenen Erläuterung war ein geradliniger Verlauf der Stromänderungen in
der Primärspule von M vorausgesetzt, der seinerseits einen geradlinigen Verlauf
der Spannungsänderungen an Cx voraussetzt. Da die Spannung aber nur bei Beginn des
Aufladens von Cc geradlinig verläuft, muß, wenn der Ölfilm etwa längere Zeit ohne
Durchbruch bestehen bleibt, durch besondere Schaltmittel dafür gesorgt werden, daß
Cx vorübergehend kurzgeschlossen wird, bevor sich die Spannung an Cx nichtlinear
ändert. Am besten erfolgt dieses Kurzschließen beim Erreichen einer Spannung von
etwa 1 V, doch kann auch nach gleichen Zeiten entladen werden. Als Mittel hierfür
kommt ein absatzweise arbeitender Schalter, z. B. ein Summer, in Betracht. Wenn
die Ladegeschwindigkeit groß gewählt wird, ist die Schaltung gegen äußere Störeinflüsse
unempfindlich.
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Wenn die Durchbrüche des Ölfilms so schnell auftreten, daß ein Cx
absatzweise kurzschließender Schalter entbehrlich ist, so muß ein solcher Schalter
angeschlossen werden, wenn das Gerät mit an Stelle von Cx angeschlossenen Normalkondensatoren
geeicht werden soll, in denen ja sich häufig wiederholende Durchbrüche des Dielektrikums
im Gegensatz zu Cx nicht vorkommen.
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Es kann die Forderung auftreten, das Aufladen des Ladekondensators
CL des Spitzenspannungsmessers und damit das Abschalten des Meßergebnisses aus größerer
Entfernung vorzunehmen. Es ist nun nicht einfach möglich, die Anschlußleitungen
zu der Taste T beliebig zu verlängern, weil es dann schwierig wäre, den erforderlichen
hohen Isolationswiderstand, der das selbsttätige Aufladen des Kondensators CL nahezu
ganz verhindern muß, aufrechtzuerhalten. Auch bei der Verwendung eines ferngeschalteten
Relais, z. B. eines Quecksilberrelais, wäre es noch schwierig, den Isolationswiderstand
in der erforderlichen Höhe zu erzielen. Deshalb wird in weiterer Erfindung vorgeschlagen,
das Entladen des Meßkondensators CL des Spitzenspannungsmessers über eine Glimmröhre
vorzunehmen, die über beliebig lange Leitungen von nur geringem Isolationswiderstand
aus beliebiger Entfernung gezündet werden kann. Abb. 10 zeigt das zugehörige Schaltbild.
Der Meßkondensator CL ist an die eine Seite einer GlimmröhreGR gelegt, der die Zündspannung
über eine Leitung u, den Widerstand r, und die Taste T' zugeführt wird. Der beim
Niederdrücken der Taste entstehende Glimmstrom entlädt den Meßkondensator CL. Solange
die Glimmröhre nicht gezündet ist, ist ihr Isolationswiderstand ausreichend hoch,
um eine unzulässige Selbstentladung des Meßkondensators CL ZU verhindern.
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Die Bedienung der Tasten T oder T' kann aber auch ganz wegfallen,
wenn, wie in weiterer Ausgestaltung der Erfindung noch vorgeschlagen wird, der Ladekondensator
CL des Spitzenspannungsmessers selbsttätig immer dann entladen wird, wenn die Meßspannung
entweder längere Zeit ausbleibt oder einen innerhalb des Meßkondensators erreichten
Wert längere Zeit nicht mehr annimmt. Um dies zu erreichen, kann
beispielsweise
die in Abb. 8 beschriebene Sperre so umgestaltet werden, wie es in Abb. II dargestellt
ist.
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Bei dem Beispiel nach Abb. II führt die Röhre As2 im Ruhezustand
Strom. Das Relais S hat angezogen, und das über die Relaiskontakte 5 und 6 angeschlossene
Anzeigeinstrument des Spitzenspannungsmessers ist gesperrt. Treffen jetzt Meßspaunungsimpulse
auf dem Gitter G51 der ersten Röhre A51 ein, so werden, wie oben beschrieben, der
Meßkondensator CL des Spitzenspannungsmessers sowie der Sperrkondensator C5 der
Sperrvorrichtung aufgeladen. Der Arbeitspunkt ist nun so gewählt, daß die Röhre
As2, an deren Gitter der Sperrkondensator C5 liegt, gesperrt wird, wenn die Ladung
von C5 einen bestimmten Wert erreicht. Dieser Wert beträgt zweckmäßig etwa 21, des
möglichen Höchstwertes. Wenn die Röhre A52 gesperrt wird, erhält das Relais S keinen
Strom mehr und fällt ab. Das Anzeigeinstrument des Spitzenspannungsmessers wird
also, weil sich die Kontakte 5 und 6 des Relais trennen, freigegeben, und das Spiel
kann abgelesen werden. Gleichzeitig werden zwei Kontakte a und b des Relais S in
Abb. 11 miteinander verbunden, so daß ein an den Kontakt b angeschlossener Kondensator
C' mit einer über den Kontakt a zugeführten Spannung von z. B. + 300 V aufgeladen
wird. Bleibt nun die Meßspannung aus, so entlädt sich C5 über R5 mit einer von der
Bemessung von R5 abhängigen Geschwindigkeit. Dadurch wird die Sperrung der zweiten
Röhre von A52 allmählich wieder aufgehoben, das Relais erhält wieder Strom, zieht
an und sperrt durch Verbindung der Kontakte 5 und 6 das Anzeigeinstrument. Gleichzeitig
aber wird C' von der Ladespannung durch Trennen der Kontakte a, b abgeschaltet und
über die Kontakte b, c an die Glimmröhe GR gelegt. Die Ladespannung für C' ist so
hoch zu wählen, daß die GlimmröhreGR gezündet wird, wenn der aufgeladene Kondensator
C' an sie angelegt wird. Über die gezündete Glimmröhre wird der Meßkondensator CL
des Spitzenspannungsmessers entladen, wie es bei der Bauart nach Abb. 10 beschrieben
wurde. Die Glimmröhre bleibt in Abhängigkeit von der Bemessung und Ladespannung
des Kondensators C' so lange gezündet, bis die Spannung an C' unter die Löschspannung
der Glimmröhre gesunken ist. Die dann noch in C' befindliche Restladung wird durch
einen zu diesem Zweck angeordneten Widerstand Rv abgeleitet. Vor die Glimmröhre
ist zweckmäßig ein weiterer, kleinerer Widerstand R, geschaltet. Rv kann beispielsweise
I MQ, R7 o,2 Mfl haben. Das richtige Arbeiten der Schaltung hängt von der Abstimmung
der einzelnen RC-Werte, also von den verschiedenen Zeitkonstanten ab. Je nach Bedarf
kann für ein schnelleres oder ein langsameres Abschalten des Spitzenspannungsmessers
gesorgt werden. Bei dem Beispiel nach Abb. II werden, wie bei Abb. 8 besprochen,
nur die Spitzen der Meßspannungsimpulse zur Ladung von C5 verwendet. Das selbsttätige
Abschalten erfolgt daher auch, wenn die Meßspannung nicht ganz verschwindet, sondern
nur auf einen Wert fällt, der unter dem Bereich der für die Messung erfaßten Spitzen
liegt, weil dann an C5 keine Spannung weitergegeben wird. Auf diese Weise wird selbsttätig
dafür gesorgt, daß nur normal verlaufende Meßvorgänge zu einer Ablesung führen.
Wenn das selbsttätige Abschalten auch für kleiner werdende Meßwechselspan nungen
vorgesehen ist, muß der Ankopplungskondensator C1 genügend große Entladezeit haben,
z. B. so, daß er sich in etwa einer halben bis einigen Sekunden über seinen Isolationswiderstand
entlädt.
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Die oben beschriebene Schaltung für das Einregeln der Anzeige des
Instrumentes I auf die Eichmarken E1 und E2 hat den Nachteil, daß beim Einregeln
der Eichmarke E2 auch E1 nachgestellt werden muß. Es beruht dies darauf, daß sich
der Widerstand der Anzeigeröhren nicht linear ändert, wenn zur Einregelung auf E2
die vom Zerhacker Z1 gelieferte Spannung durch Änderung der Größe des Widerstandes
Ei: (s. Abb. 4) eingestellt wird, wobei sich gleichzeitig die Anzeige von E1 verstellt.
Mit der in Abb. 12 gezeigten Schaltung läßt sich durch Wahl geeigneter Widerstandsverhältnisse
bei Verwendung von nur wenig mehr Widerständen eine genügende Unabhängigkeit der
Einstellung jeder Eichmarke von derjenigen der anderen erzielen. Auf die Eichmarke
E1 wird wie bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel durch Einstellen des
Widerstandes R8 in der Brücke, in welcher das Anzeigeinstrument liegt, eingeregelt.
Während aber bei dem eben beschriebenen Ausführungsbeispiel auf die Marke E2 durch
Verstellen des Widerstandes Re im Kreis des Zerhackers Z1 (Abb. 4) eingeregelt wurde,
ist jetzt die vom Zerhacker Z1 kommende Leitung über Widerstand R O und R, zwischen
den Widerständen Ra und R2 an das Anzeigeinstrument I geführt. Zwischen den Widerständen
Ro und RX liegt an der Erde ein einstellbarer Widerstand R a, dessen Verstellung
die Einregelung der Anzeige auf die Marker, bewirkt.
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Gegebenenfalls ist dem einstellbaren Widerstand R, noch ein fester
Widerstand R5 vorgeschaltet. Bei einem ausgeführten Beispiel hatten die verwendeten
Widerstände folgende Werte: R2, = - 20 °°°, E2=3000, R3 = 400, RX = 300, R5 = 400,
Ra = 400.
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Die angegebenen Werte gelten unter der Voraussetzung, daß sich die
Spannungen an den der Einstellung auf die Marken E1 und E2 entsprechenden Eichkapazitäten
Cn und C,a wie I: 5 verhalten.