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Verfahren zur Kapazitätsmessung und zur Messung der Dauer kurzzeitiger
Vorgänge mit Hilfe der Aufladung und Entladung eines Kondensators Es ist häufig
wünschenswert, die Dauer eines Stromstoßes genau zu messen. Diese Messungen sind
einfach, solange der Stromstoß eine Dauer hat, die mit den üblichen Meßinstrumenten
ohne Schwierigkeiten festgehalten werden kann. Sie sind aber um so schwerer mit
Genauigkeit festzustellen, je kürzer der Stromstoß dauert. Beispielsweise muß man
häufig die Dauer von Blinkzeiten messen; wenn die Dauer der Blinkzeit aber sehr
kurz wird, läßt sich eine einigermaßen verläßliche Messung mit den gewöhnlich zur
Verfügung stehenden Einrichtungen nicht durchführen.
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Die Erfindung gibt nun ein Mittel an, mit welchem es auf sehr einfache
Weise gelingt, Kapazitätsmessungen und Messungen der Dauer kurzzeitiger elektrischer
Vorgänge mit Hilfe der Aufladung und Entladung eines Kondensators durchzuführen.
Erfindungsgemäß wird der Kondensator aufgeladen, dann von der Stromquelle abgeschaltet
und über ein Relais entladen, dessen Einschaltdauer durch ein Zeitmeßwerk gemessen
wird. Hierdurch ist ein Mittel an die Hand gegeben, eine Zeitübersetzung zu schaffen,
d. h. Zeitvorgänge, die außerordentlich kurz sind, auf eine längere Zeit zu übertragen.
Solche Übertragungen sind besonders wertvoll, wenn es sich um Zeiten handelt, die
weder mit den gewöhnlichen Sinnesorganen noch mit den in der Technik üblichen Meßeinrichtungen
genau bestimmt werden können. Es ist dabei nicht notwendig, daß der Vorgang, den
man messen will, schon in einem Stromstoß besteht, man kann auch die Zeitdauer anderer
Vorgänge messen, wobei man lediglich ihre Überführung in einen Stromstoß vorsehen
muß. Beispielsweise kann man eine
kurze Berührungsdauer zwischen
zwei Gegenständen dadurch messen, daß man sie leitend macht und den während der
Berührung übergehenden Strom als Stromstoß mißt.
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Man kann bekanntlich einen Kondensator im Bruchteil einer 1/1o Sekunde
auf einen gewissen Ladungswert bringen. Den aufgeladenen Kondensator schließt man
nun an ein Relais mit Verzögerung an und kann dann aus der Zeit, nach welcher das
Relais abfällt, eine Zeit, die beispielsweise mehrere Sekunden betragen -kann, auf
die Zeitdauer der Aufladüng des Kondensators schließen. Da der Meßwert verhältnismäßig
groß ist und infolgedessen seine Feststellung durch die üblichen Hilfsmittel leicht
möglich ist, wird dadurch ein Verfahren bereitgestellt, mit dem man die ganz kurzen
Zeiten der Stromstöße mit besonderer Genauigkeit bestimmen kann.
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Mit dem Relais kann gegebenenfalls ein Zeitmesser, z. B. eine Uhr,
verbunden sein, deren Werk bei Einschaltung des Relais in Gang gesetzt und beim
Abfallen des Relais wieder angehalten wird. Auf diese Weise läßt sich der Meßwert
unmittelbar ablesen.
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Ist die Anordnung so getroffen, daß das Relais mehrere Male in bekannten
Zeitintervallen durch Selbstbetätigung anzieht und abfällt, bis der aufgeladene
Kondensator entladen ist, dann wird das Relais zweckmäßig zur Betätigung eines Zählwerkes
benutzt, das die Anzahl der am Relais erfolgenden Vorgänge (Erregung oder Abfall)
aufzeichnet und festhält.
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Die Anordnung kann gleichzeitig dazu verwendet werden, Kondensatoren
auf ihre Kapazität und infolgedessen auf ihren Verlustwiderstand zu prüfen, und
es ist damit ein einfaches Meßinstrument an die Hand gegeben, welches gegenwärtig
vollständig fehlt: Zur Erläuterung der Erfindung sollen im nachstehenden einige
Ausführungsbeispiele besprochen werden.
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Die Ausführungsbeispiele sind in erster Linie als Meßeinrichtungen
gedacht, um Kondensatoren auf ihre Kapazität hin zu untersuchen. Selbstredend können
sie auch, wie vorstehend angegeben ist, dazu dienen, kurzzeitige elektrische Vorgänge
zu messen. Zu diesem Zwecke würde der Kondensator an Stelle an der einstellbaren
Spannung der Batterie an der Spannung des kurzzeitig verlaufenden elektrischen Vorgangs
liegen und hierdurch mehr oder weniger hoch aufgeladen werden, je nachdem, wie lange
der Vorgang dauert.
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Abb. i stellt eine Prüfanordnung dar, mit der man in der beschriebenen
Weise kurzzeitig Stromstöße durch überführung in einen langsam verlaufenden Vorgang
sehr genau messen kann. Die Einrichtung besteht aus einem Kasten, welcher eine Batterie
B, einen veränderbaren Widerstand W1, einen Umschalter U und zwei Relais i und 2
enthält. Das Relais 2 ist beispielsweise ein abschaltverzögertes Relais, dessen
Anker mit einem Zählwerk Z in Verbindung steht. Das Zählwerk Z kann nach durchgeführter
Messung wieder auf Null zurückgestellt werden.
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An den Umschalter U wird jeweils der Kondensator C, der überprüft
werden soll, angeschlossen. Wird der Kondensator mit der Batterie B verbunden, so
wird der Umschalter U in die Stellung @ gelegt. Durch den Widerstand W1 wird die
Spannung an dem Spannungsmesser V so einreguliert, daß sie der Betriebsspannung
des Kondensators entspricht. Hat der Kondensator sich auf diese Betriebsspannung
aufgeladen, so wird der Umschalter auf die Stellung a umgelegt. Der Kondensator
bringt den Magneten i zum Anziehen und legt durch seinen Kontakt ii die Spule des
Relais 2 an die Stromquelle B, so daß das Relais 2 sofort anzieht. Der Eigenkontakt
22 dieses Relais unterbricht im angezogenen Zustand den Stromkreis, wodurch das
Relais 2 wieder abgeschaltet wird. Der Anker des Relais 2 fällt aber nicht sofort
ab, da der Spule ein Kondensator Cl parallel geschaltet ist und das Relais eine
Abschaltverzögerung besitzt. Je nachdem, wie ein parallel zum Kondensator liegender
Widerstand WZ eingestellt ist, liegt die Abschaltzeit fest. Bei kleinen zu prüfenden
Kondensatoren Cx wird man die Abschaltzeit sehr kurz, bei größeren Kondensatoren
bis etwa zu i Sekunde wählen.
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Ist der Magnet 2 abgefallen, so schließt sich der Kontakt 22 wieder,
und das Relais zieht von neuem an. Dieses Spiel zwischen Abschalten und Anziehen
erfolgt so lange, als der Magnetschalter i im angezogenen Zustand verbleibt. Da
bei jedem Anzug des Magneten 2 ein damit in Verbindung stehendes Zählwerk betätigt
wird, kann man aus diesem Zählwerk jetzt die Dauer der Anzugzeit des Relais i ablesen,
da beim Abfall des Relais i durch dessen Kontakt ii jede weitere Stromzufuhr zu
dem Magnetschalter 2 gesperrt ist und das Arbeiten dieses Relais 2 allein vom Relais
i bestimmt wird.
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Eine andere Ausführungsform, bei welcher nur ein Relais Verwendung
findet, ist in den Abb. 2 und 3 zu sehen. Abb. 2 verwendet ein Relais mit Abschaltverzögerung,
während Abb. 3 mit Einschaltverzögerung eingerichtet ist.
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In Abb. 2 ist die Zusammenschaltung von Relais i und Kondensator C2
über den Kontakt 12 des Relais i durchgeführt, wobei der Kontakt 12 die Verbindung
von Relais i und Kondensator C2 mit dem Kondensator C" öffnet, sobald das Relais
i seine Anzugspannung erreicht hat. Das Relais i ist imstande, ein Zählwerk Z zu
betätigen. Der Vorgang ist folgender: Der Kondensator C" wird durch den Schalter
U an die eingeregelte Spannung der Batterie B angelegt, lädt sich auf und bewirkt
nach Umschaltung des Schalters U die Aufladung des Kondensators C2. Sobald dieser
seine Höchstspannung erreicht hat, entlädt er sich über das Relais i. Dies hat zur
Folge, daß das Relais z sofort nach Erreichen seiner Erregerspannung seinen Kontakt
12 öffnet und dadurch die Verbindung mit dem Kondensator C, aufhebt. Die Zusammenschaltung
von Kondensator C2 und Spule i entlädt sich nun allmählich; nach Abfall des Relais
i wird der Kontakt i2 wieder geschlossen, und der beschriebene Vorgang wiederholt
sich. Bei einem jeden solchen Vorgang betätigt das Relais i ein Zählwerk Z, so daß
man mühelos feststellen kann, wie viele solche Vorgänge bis zur völligen Entladung
des Kondensators C, erfolgt sind.
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In Abb. 3 wird im Gegensatz zur Abb. 2 der Erfindungsgedanke mit verzögerter
Aufladung des Kondensators C2 durchgeführt. Zu diesem Zweck befindet
sich
in dem Aufladestromkreis des Kondensators ein vorzugsweise einstellbarer Widerstand
W4. Dem Kondensator C2 ist ein Entladewiderstand W3 nebengeschaltet. In der Verbindungsleitung
zwischen dem Kondensator Cx und der Zusammenschaltung von Relais i und Kondensator
C2 befindet sich ein Kontakt 14 des Relais i, in der Verbindungsleitung zwischen
Relais i und dem Kondensator C2 ein weiterer Kontakt 13 des Relais i. Beide Kontakte
öffnen, sobald das Relais i seine Anzugspannung erreicht hat. Der Vorgang ist hierbei
folgender: Der durch den Schalter U mit der eingestellten Spannung der Batterie
B in Berührung gebrachte Kondensator Cx lädt sich auf und lädt nun nach Umlegen
des Schalters U seinerseits über den Widerstand W4
langsam den Kondensator
C2 auf. Wenn der Kondensator C2 nach einer gewissen Zeit seine Höchstspannung erreicht
hat, sucht er sich zu entladen und bringt dabei das Relais i zum Anzug. Dieses öffnet
seine Kontakte 13 und z4, wodurch Relais i und Kondensator C2 von dem Kondensator
C" abgeschaltet werden (Kontakt i4)@ und der Kondensator C2 sich nur noch über den
Widerstand W3 entladen kann (Kontakt 13). Sobald dies geschehen ist, schließt das
Relais i wieder seine Kontakte 13 und 14, und die verzögerte Rufladung erfolgt wieder
von neuem und geht so oft vor sich, als sich noch ausreichende Ladungen auf dem
Kondensator C" befinden. Bei einem jedesmaligen Vorgang betätigt das Relais i ein
Zählwerk Z.
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Abb. 4 läßt eine ähnliche Wirkungsweise wie Abb. 3 erkennen. Hier
wird lediglich der Kondensator C2 durch einen Kontakt 15 mit seinem Entladewiderstand
W3 zusammengeschaltet, der bei Erreichen der Erregerspannung des Relais geschlossen
wird. Damit wird erreicht, daß der Kondensator sich über den Widerstand W3 entlädt.
Der Kontakt 14 hat dieselbe Wirkungsweise wie` in Abb. 3. Sobald der Kondensator
C2 seine Höchstspannung erreicht hat, entlädt er sich über das Relais i, dieses
zieht an, öffnet Kontakt 15 und schließt Kontakt 14. Das auf diese Weise stromlos
gewordene Relais fällt wieder ab, schließt 14 und öffnet 15, so daß der Kondensator
C2 sich über den Widerstand W4 erneut aufladen und derselbe Vorgang wieder erfolgen
kann. In durchaus gleicher Weise wird durch einen jeden solchen Vorgang ein Zählwerk
Z betätigt.