DE945271C

DE945271C - Messschaltung zur Bestimmung der Kapazitaet und der Dielektrizitaetskonstanten von Kondensatoren

Info

Publication number: DE945271C
Application number: DES21209A
Authority: DE
Inventors: Dr Theodor Rummel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1950-12-10
Filing date: 1950-12-10
Publication date: 1956-07-05

Description

Meßschaltung zur Bestimmung der Kapazität und der Dielektrizitätskonstanten von Kondensatoren Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßschaltung zur Bestimmung der Kapazität und der Dielektrizitätskonstanten von Kondensatoren. Für derartige Messungen ist die Verwendung einer Spannungsteilerschaltung bekannt, bei der der zu bestimmende Kondensator mit einem Normalkondensator in Serie an eine konstante Wechselspannungsquelle geschaltet ist. Der Spannungsabfall am Normalkondensator oder an dem zu bestimmenden Kondensator wird hierbei mit einem hochohmigen Meßgerät, z. B. einem Röhrenvoltmeter, bestimmt und ist ein Maß für die Größe des unbekannten Kondensators.
Von dem gleichen Grundprinzip der Spannungsteilung geht die Meßschaltung zur Bestimmung der Kapazität und der Dielektrizitätskonstanten von Kondensatoren aus. Erfindungsgemäß dient ein elektrostatisches Voltmeter als Anzeigegerät und als Vergleichskapazität der Schaltung. Die Anzeige des Instruments gibt bei bekannter, vorzugsweise konstanter Meßspannung, direkt oder durch einfache Umrechnung, die Kapazität des Meßobjekts an. Dem Zeigerausschlag des elektrostatischen Voltmeters entspricht nämlich eine definierte Kapazität des Instrumentes. Liegt die zu messende unbekannte Kapazität in der gleichen Größenordnung wie die Kapazität des elektrostatischen Voltmeters, so schaltet man Voltmeter und unbekannte Kapazität in Serie an eine bekannte Wechselspannung.
Aus der Anzeige des elektrostatischen Voltmeters entnimmt man die Kapazität des Instrumentes und die an seinen Klemmen liegende Spannung. Aus diesen Werten und aus der an der Meßschaltung liegenden Spannung kann die unbekannte Kapazität bestimmt werden. Bei festeingestellter, konstanter Meßspannung läßt sich das elektrostatische Voltmeter so eichen daß die unbekannte Kapazität direkt abzulesen ist.
Der zu messende Kondensator kann auch parallel zum elektrostatischen Voltmeter geschaltet werden.
In Serie zu dieser Parallelschaltung wird dann noch ein bekannter Kondensator eingeschaltet. Aus den bekannten Schaltelementen und der angelegten Spannung kann wieder die zu messende Kapazität bestimmt bzw. bei entsprechender Eichung direkt am Instrument abgelesen werden.
Durch die Maßnahmen gemäß der Erfindung wird somit ein einfacher und billiger direkt anzeigender Kapazitätsmesser erhalten, der den Vorteil aufweist, daß ein zusätzlich geeichter Normalkondensator, der bisher bei allen Spannungsteilerschaltungen benutzt wurde, entbehrlich wird.
Besondere Vorteile ergeben sich mit der Meßschaltung gemäß der Erfindung bei der Messung der Kapazität von Kondensatoren mit relativ großen Verlustströmen durch Ableitung. Hierbei wird als Speisespannung Gleichspannung verwendet, die über einen Kurzzeitschalter nur während einer sehr kurzen Zeit an die Meßschaltung gelegt wird. Wenn diese Zeitspanne klein ist im Verhältnis zur Zeitkonstanten, die sich aus dem zu messenden Kondensator mit seinem Ableitwiderstand ergibt, so tritt keine Beeinflussung des Meßergebnisses durch die Verlustströme des Kondensators auf. Der Meßbereich der Schaltung vorliegender Art kann durch Parallelschalten von Kondensatoren zum elektrostatischen Voltmeter erweitert werden.
In einigen Beispielen soll die Erfindung an Hand von drei Figuren noch näher erläutert werden.
In Fig. I soll die unbekannte Kapazität Cx gemessen werden. Mit dem Druckknopfschalter D wird Cx zunächst kurzgeschlossen und die Speisespannung durch Regeln am Widerstand R auf den Wert eingestellt, für den die Anzeigeskala- des elektrostatischen Voltmeters V, geeicht ist.
Die Einstellung wird an einer Marke des Instrumentes kontrolliert. Jetzt wird der Druckknopfschalter losgelassen und am Instrument V der Wert der Kapazität Cx abgelesen. Um den Meßbereich der Anordnung zu erweitern, kann mit dem Schalter S der Kondensator C zum'Voltmeter parallel geschaltet werden.
Im Beispiel der Fig. 2 liegt der Meßkondensator Cx parallel zum Instrument V und ein Normalkondensator CN in -Reihe mit dieser Parallelschaltung.
Das Beispiel der Fig. 3 zeigt eine Batterie, die durch den Speicherkondensator Cs überbrückt ist.
Cv ist ein Kondensator mit großem Verluststrom, dessen Kapazität gemessen werden soll. Der Kondensator C kann über den Schalter S zur Erweiterung des Meßbereiches eingeschaltet werden. Zur Messung wird der Kurzzeitschalter K betätigt und während einer sehr kurzen Zeit ein Gleichspannungsstoß auf die Meßschaltung gegeben. Ist das obenerwähnte Verhältnis zwischen der Zeitdauer des Spannungsstoßes und der Zeitkonstanten des Kondensators C mit seinem Ableitwiderstand eingehalten, so zeigt das Instrument V bei entsprechender Eichung nur die kapazitive Komponente des Scheinwiderstandes Cv an, und die Messung wird vom Verlustwiderstand nicht beeinflußt.
Die beschriebenen Anordnungen zur Bestimmung der Kapazität von, Kondensatoren können auch zur Ermittlung der Dielektrizitätskonstanten von beliebigen Materialien verwendet werden, wenn in bekannter Weise das zu untersuchende Material in einen Kondensator eingebracht wird, dessen Kapazität aus der geometrischen Anordnung der Platten pder durch eine Messung vor Einbringung des Dielektrikums ermittelt wurde.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: I. Meßschaltung zur Bestimmung der Kapazität und der Dielektrizitätskonstanten von Kondensatoren mit einer Spannungsteilerschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrostatisches Voltmeter als Anzeigegerät und als Vergleichskapazität der Schaltung dient.
2. Meßschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität des elektrostatischen Voltmeters so in die Anzeige mit eingeeicht ist, daß bei fest eingestellter Meßspannung an der Anzeigeskala des Instrumentes die unbekannte Kapazität ablesbar ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die zu messende Kapazität und das elektrostatische Voltmeter parallel geschaltet sind und daß zu dieser Parallelschaltung mindestens eine bekannte Kapazität in Reihe geschaltet ist.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch I zur Bestimmung der Kapazität und der Dielektrizitätskonstanten insbesondere von Kondensatoren mit merklichen Verlustströmen durch leitendes Dielektrikum, dadurch gekennzeichnet, daß über einen Kurzzeitschalter nur ein kurzer Spannungsstoß so an die Meßschaltung gelegt ist, daß die Dauer des Spannungsstoßes kleiner ist als die durch den'zu messenden Kondensator und seinen Ableitwiderstand gebildete Zeitkonstante.
5. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den Klemmen der Spannungsquelle ein Speicherkondensator angeschlossen ist.
6. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch Parallelschalten von Kondensatoren zum elektrostatischen Voltmeter eine Erweiterung des Meßbereiches erfolgt.

Angezogene Druckschriften: F u G Rundschau, Heft 34, April I952, S. 39 bis 52.