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Elektrometer Elektrometer werden im allgemeinen als Quadrantenelektrometer
gebaut, wobei die bewegliche Elektrode als sogenannte Nadel die Form eines Bleches
hat, das zwei einander gegenüberliegende sektorförmige Flügel aufweist. Dabei werden
die beiden Flügel von je einer ortsfest angeordneten, ebenfalls sektorförmigen Gegenelektrode
angezogen. Andererseits sind Elektrometer bekannt, bei denen zum Steigern der Meßempfindlichkeit
auf einer gemeinsamen Welle mehr als zwei Flügel befestigt sind. Dabei sind diese
übereinander in einem verhältnismäßig großen Abstand voneinander auf der Welle befestigt,
und zwischen ihnen ist eine entsprechende Anzahl ortsfester Elektroden angeordnet.
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Die gleiche Steigerung der Meßempfindlichkeit erhält man nun bei einem
Elektrometer mit mehr als zwei auf einer gemeinsamen Welle befestigten Flügeln,
die von entsprechenden ortsfest angeordneten Gegenelektroden entgegen einerRichtkraftangezogenwerden,
gemäß der Erfindung mit wesentlich einfacheren Mitteln dadurch, daß die die bewegliche
Elektrode bildenden Flügel sternförmig in einer Ebene angeordnet sind. Dabei wird
allerdings der Ausschlagwinkel der beweglichen Elektrode um so kleiner, je größer
die Anzahl der Flügel gewählt wird. Wenn bei einem Quadrantenelektrometer der üblichen
Bauart mit einer zweiflügeligen Nadel ein Ausschlagwinkel von etwa 40° benutzt wird,
so muß z. B. bei einer achtflügeligen beweglichen Elektrode der Ausschlagwinkel
auf etwa io° verringert werden. Dies ist aber im allgemeinen nicht als Nachteil
zu bezeichnen, da man insbesondere bei Verwendung eines Lichtzeigers
diesen
gegebenenfalls in dem gleichen Maße verlängern kann, so daß man die gleiche Skalenlänge
erhält. Dabei werden die Flügel vorzugsweise so gestaltet, daß sie einen Winkel
von je etwa i5° umfassen.
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Wenn die Flügel ebenso wie die ortsfest angeordneten Gegenelektroden
wie üblich sektorförmig gestaltet sind, wobei also die äußere Flügelbegrenzungslinie
einen zu der Drehachse konzentrischen Kreisbogen bildet, so ergibt sich bei einer
linear mit dem Ausschlagwinkel anwachsenden Lichtkraft eine quadratische Skalenteilung.
Man kann aber die Flügel außen auch durch eine solche Kurve begrenzen, daß sich
von einem gewissen kleinen Ausschlagwinkel a, ab bei einer linear mit dem Ausschlagwinkel
anwachsenden Richtkraft eine lineare Skalenteilung ergibt. Dies läßt sich bei einem
Elektrometer mit radialer Eintrittskante der festen Gegenelektroden erreichen durch
eine Gestaltung der Flügel nach der Formel
wobei r der zu einem beliebigen Ausschlagwinkel a
gehörige Halbmesser,
yi der der inneren Begrenzung der ortsfest angeordneten Gegenelektroden entsprechende
Halbmesser und r. der größte, dem Ausschlagwinkel a > a, entsprechende Halbmesser
ist.
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Eine sehr einfache Anordnung erhält man, wenn die den Flügeln der
beweglichen Elektrode entsprechenden ortsfest angeordneten Elektroden sämtlich leitend
untereinander verbunden sind. Man kann aber auch eine Anordnung zurr Erweitern des
Meßbereichs vorsehen, wobei mittels eines Umschalters mindestens eine der den Flügeln
der beweglichen Elektrode entsprechenden ortsfest angeordneten Elektroden mit der
beweglichen Elektrode leitend verbunden werden kann.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
schematisch dargestellt. Dabei zeigt Fig. i ein Elektrometer mit einer achtflügeligen
beweglichen Elektrode und einer gemeinsamen ortsfest angeordneten Gegenelektrode,
während in Fig. 2 ein ähnlich gebautes Elektrometer dargestellt ist, das mit einer
unterteilten ortsfest angeordneten Gegenelektrode und einem Meßbereichumschalter
versehen ist.
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In Fig. i ist um eine Achse i eine sternförmige Metallscheibe 2 mit
acht unter 45° gegeneinander versetzten Flügeln drehbar und durch eine bewegliche
Zuleitung 3 mit der einen Anschlußklemme 4 verbunden. An die andere Anschlußklemme
5 ist eine aus zwei miteinander verbundenen Metallscheiben bestehende Gegenelektrode
6 angeschlossen, die in der bei Elektrometern üblichen Art die bewegliche Elektrode
2 umfaßt. Die die Gegenelektrode 6 bildenden Metallscheiben sind in der aus der
Zeichnung erkennbaren Weise so ausgeschnitten, daß jedem Flügel der beweglichen
Elektrode 2 ein sektorförmiger Fortsatz entspricht, der einen Winkel von i5° umfaßt
und innen kreisbogenförmig nach einem Halbmesser r; begrenzt ist. In der Zeichnung
ist die bewegliche Elektrode 2 in der Nullstellung dargestellt, wobei die mit radialen
Eintrittskanten versehenen Flügel gerade in den Bereich der die zugehörige ortsfest
angeordnete Gegenelektrode bildenden Fortsätze der Scheiben 6 eingreifen. Um nun
zu erreichen, daß die Skalenteilung bei Verwendung einer Spiralfeder zum Erzeugen
einer linear mit dem Drehwinkel anwachsenden Richtkraft von einem Ausschlapi,inkel
a, ab linear wird, sind die Flügel so gestaltet, daß die bis zum Winkel a, kreisbogenförmig
nach einem Halbmesser Ra begrenzten Flügel im übrigen so gestaltet sind, daß der
einem beliebigen Ausschlagwinkel a > a. entsprechende Halbmesser r nach der bereits
angegebenen Formel berechnet ist. Dabei umfassen die Flügel je einen Winkel von
i5°, während ein Ausschlagwinkel von etwa io° benutzt wird.
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Bei dem in Fig. 2 dargestellten Elektrometer mit drei Meßbereichen
wird ebenfalls eine um eine Achse i drehbare achtflügelige Scheibe 2' als bewegliche
Elektrode benutzt. Dagegen sind die den einzelnen Flügeln entsprechenden ortsfest
angeordneten Elektroden nicht wie bei der Anordnung nach Fig. i sämtlich leitend
untereinander verbunden. Sie sind vielmehr gewissermaßen aus dem mit je acht segmentförrnigen
Fortsätzen versehenen Scheiben nach Fig. i durch Unterteilen mittels fünf radialer
Schlitze entstanden, wie es aus Fig. 2 zu erkennen ist. Dabei sind die je einen
Quadranten umfassenden, mit je zwei als Gegenelektroden dienenden Fortsätzen versehenen
Abschnitte 66, 6b und 6° untereinander leitend verbunden. Der vierte Quadrant ist
nochmals unterteilt, wobei jeder der beiden Teile 6,1 bzw. 6e einen als Gegenelektrode
für je einen Flügel dienenden Fortsatz trägt. Im übrigen sind die segmentförmigen
je i5° umfassenden Fortsätze ebenso wie bei der Anordnung nach Fig. i innen nach
einem Halbmesser ri begrenzt.
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Zur Wahl des Meßbereichs ist eine Schaltvorrichtung vorgesehen, die
aus drei miteinander gekuppelten Umschaltern 7, 8, 9 mit je drei Stellungen I, II,
III besteht. Dabei sind die Schalthebel der Schalter 7, 8, 9 mit den Abschnitten
6e bzw. 611 bzw. 611 ... 6° leitend verbunden. Die Kontakte I und II des
Schalters 7 sind untereinander und mit den Abschnitten 6d ... 6e, die Kontakte
I und II des Schalters 8 ebenfalls untereinander sowie mit dem Kontakt III des Schalters
7, dem Kontakt I des Schalters 9 und der Anschlußklemme 5 verbunden. Die Kontakte
II und III des Schalters 9 sind untereinander sowie mit dem Kontakt III des Schalters
8 und der Anschlußklemme 4 verbunden.
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In der Stellung I des Meßbereichwählers sind sämtliche Abschnitte
611 ... 6e mit der Anschlußklemme 5 und nur die bewegliche Elektrode 2 mit
der Anschlußklemme 4 verbunden. Sämtliche Flügel werden daher von den entsprechenden
ortsfest angeordneten Gegenelektroden angezogen, so daß sich die größtmögliche Meßempfindlichkeit
ergibt. In der dargestellten Schaltung II sind die untereinander verbundenen Abschnitte
611 ... 6e und 6e mit der Anschlußklemme 4 verbunden, und nur noch allein
der Abschnitt 6d liegt an der Anschlußklemme 5. Infolgedessen werden die betreffenden
Flügel von den
Fortsätzen der mit der Anschlußklemme 4 verbundenen
Abschnitte mit schwachen Kräften abgestoßen, während der Ausschlag im wesentlichen
von der auf den betreffenden Flügel wirkenden Anziehungskraft des Fortsatzes des
Abschnittes 6d herrührt. Infolgedessen ergibt sich bei der Stellung II eine Meßbereicherweiterung
z. B. von io V bei Stellung I auf etwa 25 V bei Stellung II.
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In der Stellung III sind die Anschlüsse der beiden Abschnitte 6d und
6e miteinander vertauscht, so daß der Ausschlag im wesentlichen durch die auf den
betreffenden Flügel wirkende Anziehungskraft des Fortsatzes des Abschnittes 6e gegeben
ist. Um nun in diesem Fall eine weitere Erhöhung des Meßbereichs zu erhalten, ist
der betreffende Flügel so gestaltet, daß die wirksame Flügelfläche geringer ist
als bei den übrigen Flügeln. Während diese ähnlich wie bei der Anordnung nach Fig.
i z. B. so gestaltet sind, daß sich eine lineare Skala von a, = 2,5° bis a = io°
ergibt, ist der dem Abschnitt 6e entsprechende Flügel z. B. so gestaltet, daß man
eine lineare Skala von einem Winkel aö = o,5° bis a = io° erhält. Dann ergibt sich
eine Meßbereicherweiterung bei der Stellung III bis auf etwa 75 V.