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Verfahren und Vorrichtung zur periodischen Messung der elektrischen
Aufladung der atmosphärischen Luft
Um die elektrische Aufladung der atmosphärischen
Luft zu messen, hat man bisher sogenannte Ionenzählapparate verwendet. Diese bekannten
Ionenzählapparate bedienen sich einer Sondeneinrichtung, die im wesentlichen aus
einem Rohr, durch welches mittels eines Ventilators die zu untersuchende Luft angesaugt
wird, besteht.
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Innerhalb des Rohres, konzentrisch angeordnet, befindet sich ein Metallstab,
der von dem Rohr sorgfältig elektrisch isoliert angebracht ist. An das Rohr und
an den Metallstab wird eine hohe Gleichspannung gelegt, so daß die durch das Rohr
mittels des Ventilators gesaugten Luftionen von dem Rohr bzw. dem Metallstab angezogen
werden und dadurch den Wert der angelegten Spannung verändern.
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Die Änderung dieser Spannung, die durch die angezogenen Luftionen
hervorgerufen wird, wird nun in regelmäßigen Zeitintervallen mit einem an das Rohr
bzw. den Metallstab angeschlossenen Flektrometer gemessen. Mittels einer feststehenden
Formel, bei welcher die Strömungsgeschwindigkeit der Luft und dadurch die durch
das Rohr gesaugte Luftmenge und andere Faktoren berücksichtigt sind, kann aus dem
vom Elektrometer abgelesenen Spannungsabfall die Anzahl der in der Luft enthaltenen
Ionen rechnerisch ermittelt werden.
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Je nach der Polarität, mit welcher das Rohr und der Metallstab aufgeladen
sind, wird entweder die Anzahl der positiven oder die Anzahl der negativen Ionen
gemessen.
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Es hat sich aber nun gezeigt, daß diese bekannten Ionenzählapparate
für praktische Untersuchungen beträchtliche Nachteile aufweisen und selbst in der
Hand des geschulten Wissenschaftlers
nur unbefriedigende Ergebnisse
bringen. Niemals aber kann man diese bekannten Ionenzählapparate etwa einem Nichtfachmann
überlassen.
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Diese Nachteile sind folgende: Erstens ist schon das Arbeiten mit
den empfindlichen- Elektrometern äußerst schwierig und bei Messung geringer Luftaufladungen
Mikroskopablesung sowie Messung in großen Zeitintervallen erforderlich.
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Auch sind z.B. bei Verwendung einer Elektrometerröhre statt eines
Elektrometers infolge der zwangl äufig mangelhaften Röhrenisolation nur Messungen
geringer Empfindlichkeit auszuführen.
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Eine bekannte Registriereinrichtung zur Strahlungsmessung in Bohrlöchern
verwendet ein Elektrometer, dessen Ausschlag nach Vergrößerung mit eiriem Mikroskopobjektiv
photographisch aufgenommen wird. Dabei wird die Aufladung des Elektrometers und
die Belichtung in definierten Zeitabständen automatisch vorgenommen.
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Auch diese bekannte Einrichtung weist die geschilderten Nachteile
auf.
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Schließlich ist es mit den bekannten Einrichtungen nicht möglich,
für die Ablesung oder Registrierung übliche Zeigerinstrumente zu verwenden.
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Es ist nun bereits vorgeschlagen worden, zur Messung von sehr kleinen
elektrischen Leitwerten die Zugladung auf den Meßkondensator, im vorliegenden Fall
auf die Sondeneinrichtung, durch Influenz zu erzeugen und vor der Messung wegzunehmen.
Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß der Meßbereich des verwendeten Meßinstrumentes
nicht mehr der großen Zugspannung, sondern lediglich der zu messenden Ladung entsprechen
muß. Die Ablesung des Meßinstrumentes wird dadurch naturgemäß wesentlich erleichtert.
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Auch ist schon vorgeschlagen worden, die auf einen Meßkondensator
aufgebrachten elektrischen Ladungen zur Anregung eines elektromagnetischen Schwingungskreises
zu benutzen, den entstehenden Schwingungszug zu verstärken und dessen Größe zu messen.
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Ferner ist es bekannt, zur Anzeigehaltung eines Meßinstrumentes Spannungs-
oder Stromimpulse mittels eines Kondensatorts nach Gleichrichtung zu speichern.
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Die im vorstehenden beispielsweise angeführten Verfahren sind mit
großem Vorbeil anzuwenden, wenn es sich um die der vorliegenden Erfindung zugrunde
liegende Aufgabe, nämlich um die Messung der elektrischen Aufladung der atmosphärischen
Luft, handelt.
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Es bereitet jedoch Schwierigkeiten, bei der Messung die verschiedenen
erforderlichen Schaltvorgänge von Hand vorzunehmen. Diese Schwierigkeiten treten
ganz besonders in Erscheinung, wenn laufend Messungen in kurzen Zeitintervallen
vorgenommen werden sollen.
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Soll beispielsweise die Zugladung auf die Sondeneinrichtung mittels
eines zwischen die erforderliche Spannungsquelle und die Sondeneinrichtung geschalteten
Infiuenzkondensators erzeugt und vor der Messung weggenommen werden, so muß zunächst
ein Schalter geschlossen werden, der die Spannungs quelle mit dem Influenzkondensator
verbindet. Dadurch entsteht an der mit einer Belegung des Influenzkondensators verbundenen
Sondeneinrichtung ein Zugfeld, durch welches die der Sondeneinrichtung zugeführte
Luft ihre Ionen an die Sondeneinrichtung abgibt. Sodann muß der Infiuenzkondensator
von der Spannungsquelle getrennt und seine eine Belegung geerdet werden. Schließlich
ist es erforderlich, daß das Rohr bzw. der Metallstab der Sondeneiririchtung an
die Leitung zum Meßgerät gelegt wird.
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Schon dieses eine Beispiel zeigt, daß eine große Anzahl von Schaltvorgängen
nötig ist, um auch nur eine Messung durchzuführen. Wesentlich schwieriger wird die
Arbeitsweise, wenn die ferner in der Einleitung der Beschreibung angegebenen Verfahren
oder gegebenenfalls weitere, z. B. an sich bekannte U;mpolungs- und Verstärkermethoden
Iur Messung der el,ektrischen Aufladung der atmosphärischen Luft Anwendung finden
sollen. Dabei bereitet es besondere Schwierigkeiten, die Reihenfolge der verschiedenen
Schaltvorgänge von Hand in kurzen Zeitintervallen periodisch vorzunehmen.
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Durch das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung werden
diese Schwierigkeiten auf einfache und vorteilhafte Weise vermieden.
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Das Verfahren nach der Erfindung zur Messung der elektrischen Aufladung
der atmosphärischen Luft besteht im wesentlichen darin, daß die Reihenfolge der
einzelnen zwischen der Sondeneinrichtung und dem Meßinstrument vorzunehmenden Schaltvorgänge
der zwischengeschalteten Verstärkerspeicher und sonstigen Hilfseinrichtungen selbsttätig
erfolgt.
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Durch dieses Verfahren wird erreicht, daß periodische Messungen der
elektrischen Aufladung der atmosphärischen Luft mit größter Genauigkeit in kurzen
Zeitintervallen vorgenommen werden können.
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Da, wie oben bereits ausgeführt, die Aufladung der Sondeneinrichtung
abhängig ist von der Strömungsgeschwindigkeit der durch die Sondeneinrichtung gesaugten
Luftmenge, können leicht Meßfehler durch Schwankungen der Strömungsgeschwindigkeit
eintreten.
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Gemäß der weiteren Ausbildung der Erfindung wird daher vorgeschlagen,
eine starre Kopplung zwischen dem Antriebsaggregat des Ventilators und den Betätigungsorganen
für die erforderlichen Schaltvorgänge vorzunehmen. Dadurch werden Meßfehler von
vornherein ausgeschlossen, da die Drehzahl des Ventilators stets proportional der
durchgesaugten Luftmenge ist.
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Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung
bedient sich einer mit der Ventilatorwelle gekoppelten Welle, auf welcher als Betätigungsorgane
für die erforderlichen Schalter Nockenscheiben angeordnet sind. Dadurch ist sichergestellt,
daß die Reihenfolge der einzelnen Schaltvorgänge in Abhängigkeit von
der
durch die Sondeneinrichtung gesaugten Luftmenge erfolgt.
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An Hand der Zeichnung, in welcher ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung
nach der Erfindung schematisch dargestellt ist, wird diese näher erläutert.
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Als Meßkondensator dient die aus dem Rohr I und dem konzentrisch
in ihm angeordneten Metallstab 2 bestehende Sondeneinrichtung.
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Über die Leitung 3 und 4 ist die Sondeneinrichtung mit der InfluenzeinrichtungI
verbunden, durch welche in an sich bekannter Weise die Zugladung auf die Sondeneinrichtung
durch Influenz erzeugt und vor der Messung der Ladungsänderung, hervorgerufen durch
die vom Metallstab 2 angezogenen Luftionen, weggenommen wird.
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Es ist zweckmäßig, statt einer besonderen Leitung 3 das Rohr I an
Masse zu legen.
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Mittels der weiteren in der Zeichnung schematisch angedeuteten Einrichtungen
II, III, IV und V wird die Ladungsänderung der Sondeneinrichtung zur Anregung eines
elektromagnetischen Schwingungskreises benutzt, der entstehende Schwingungszug verstärkt
und dessen Größe unter Verwendung einer Speicherschaltung am Meßinstrument 5 gemessen.
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Die für die Durchführung der Messungen erforderlichen Schaltvorgänge
werden mittels der Schalter 6, 7, 8, 9 und 10 vorgenommen.
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Erfindungsgemäß werden nun die Schalter 6 bis 10 mittels der auf
der Welle II angeordneten Nockemscheiben 6a, 7a, 8a, ga und IOa betätigt. Durch
geeignete Einstellung dieser Nockenscheiben auf der Welle II wird erreicht, daß
die Reihenfolge der einzelnen Schaltvorgänge bei Rotation der Welle 1I derart selbsttätig
geregelt wird, daß periodische Messungen der auf den Metallstab 2 der Sondeneinrichtung
aufgebrachten Luftladungen in kurzen Zeitintervallen möglich sind.
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Durch eine Umpoleinrichtung, die ebenfalls durch einen von einer
Nockenscheibe betätigten Schalter bedient wird, können erfindungsgemäß sowohl die
positiven wie die negativen Luftionen durch wechselweise Messungen in kurzen Zeitintervallen,
z.B. durch laufende Messungen alle 10 Sekunden, erfaßt werden.
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Auch ist es ohne weiteres möglich, registrierende Instrumente, z.
B. Fallbügelschreiber, zweckmäßig gesteuert von der Welle II anzuwenden.
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Wie erfindungsgemäß weiter vorgeschlagen, ist die Welle II mit der
den Ventilator 12 antreibenden Motorwelle I3 des Elektromotors 14 starr gekuppelt.
Hierzu dienen die Zahnräder bzw. Zahnkränze I5 bis I8 sowie die Welle 19.
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Der Ventilator 12 ist dazu bestimmt, die zu untersuchende Luft durch
das Rohr I der Sondeneinrichtung durchzusaugen. Infolgedessen ist die Drehzahl des
Ventilators stets proportional der durchgesaugten Luftmenge.
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Andrerseits wird die Reihenfolge und der jeweils geeignete Zeitpunkt
der erforderlichen Schaltvorgänge mittels der Nockenscheiben 6s bis I Oa durch die
Welle II gesteuert.
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Durch die starre Kopplung der Welle 11 mit der Welle I3 ist sichergestellt,
daß Meßfehler durch Schwankungen der Strömungsgeschwindigkeit der durchgesaugten
Luftmenge nicht auftreten können.