<Desc/Clms Page number 1>
Elektrostatischer Spannungsmesser.
Vorliegende Erfindung bildet. eine Neuerung an elektrostatischen Spannungsmessern jener Ai't, bei welchen die Messung von elektrischen Potentialen mit achsial verstellbaren Quadranten erfolgt. Die Erfindung bezweckt, durch eine eigenartige Ausgestaltung den Quadrantenstell- w erkes bzw. der Skalenanordnung ein Messinstrument zu schaffen, das die Erzielung eines sehr grossen Messbereiches bei überaus hoher Emptindlichkeit gewährleistet. Dieser Zweck wird der Hauptsache nach dadurch erreicht, dass der totale Messbereich des Instrumentes in zwei Teile geteilt wird, von denen der erste auf einer in bezug auf das hängende Quadrantensystem ruhend
EMI1.1
Lnue leder Fig. 3. Die Fig. 6 bis 12 veranschaulichen Einzelheiten des Instrumentes.
X stellt das achsial verstellbare Quadrantensystem dar. das durch piu Stellwerk beliebiger
EMI1.2
gemeinsamen, mit Innenzahnung versehenen Zahukranz 4 angetrieben werden. Y veranschaulicht das auf dem Torsionsdraht 5 befestigte Torsionaplattensystem, das in die Quadranten des verstellbaren Systems X eintaucht. S1 und 82 veranschaulichen die Ableseskalen des Instrumentes.
Die Skala 81 wird von dem Zeiger Z des hängenden Systems bestrichen, während die Skala s2
EMI1.3
Zahnkranz 4) angeordnet ist und mit dem Zeiger Z2 zusammenwirkt.
Als Normalzustand des Instrumentes sei jener Zustand angenommen, bei welchem das Quadrantensystem X des Instrumentes sich m seiner Höohstlage befinde. In diesem Zustande stellt das Instrument ein gewöhnliches Quadrantenelektrometer dar. Der obere Zeiger Z1 des Instrumentes spielt bei diesem Zustand auf die Marke 0 der Skala 81 ein, während der untere Zeiger Z2 auf die Anfangsmarke E1 der unteren Skala S2 einspielt.
EMI1.4
zumWerteE1gemessenwerden.
Soll bei dieser Einstellung des Instruments auf demselben eine Spannung gemessen werden, die grösser als E1 ist, so wird der Zeiger Zl selbstverständlich Über die auf der oberen Skala Sl betindliche Marke hinausgehen. Zufolge der Verstellbarkeit der Quadranten X und der eigenartigen Skalenanordnung kann man jedoch diese höhere Spannung auch auf eine andere Art messen, die nachstehend näher erläutert werde :
EMI1.5
<Desc/Clms Page number 2>
EMI2.1
sogenannten"Ubergangsspannung"ist eigentlich freigestellt. Versuche haben jedoch ergeben, dass es einen ganz bestimmten Wert für die sogenannte Ubergangsspannung gibt, der die höchste absolute Empfindlichkeit der Messeinrichtung gewährleistet.
Dies erhellt aus folgenden an der Hand des Diagrammes angestellten Untersuchungen :
Angenommen, die Kurve I stelle die Eichkurve des Instrumentes bei der Höohstlage der Quadranten z und idiostatischer Schaltung des Instrumentes dar. Aus dieser Kurve lässt sich nach bekannten Methoden die Kurve Il (Kurve der absoluten Empfindlichkeit) ableiten. Die Ordinaten
EMI2.2
Wie aua dem Diagramm (Fig. 1) ersichtlich, zeigt die Kurve II im Punkte H einen Höchstwert. Der dazugehörige Spannungswert sei EI, dessen Grösse mit dem Werte der früher gewählten ,,Übergangsspannung" genau gleich ist.
Verzeichnet man die der Kurve 11 entsprechenden analogen Empfindliohkeitskurven für die verschiedenen Stellungen der Quadranten X, so zeigt es sich, dass der Höchstwert der Ordinaten dieser Kurven für alle Stellungen smh nahezu bei ein und demselben Abszissenwert, ergibt. Wird daher alss Obergangsspannung der Wert E1 gewählt, so ergibt sich, dass bei dem vorliegenden Instrument bei allen Quadrantenstellungen stets mit der höchsten, jeweils zur Verfügung stehenden absoluten Empfindlichkeit gemessen wird.
Aus den vorstehenden Ausführungen geht weiters hervor, dass für die effektive Eichkurve des neuen Instrumentes nur der Kurvenast O-O1 der Kurve I Geltung hat. Um den weitere) ! Verlauf der effektiven Eichkurve zu bestimmen, ist es nur nötig auf die Verdrehwinkel des unteren Zahnkranzes 4, d. h. also auf die abgelesenen Werte auf der unteren Skala SI überzugehen. Zu diesem Zweck ist es nur erforderlich im Punkte 01 ein neues Koordinatensystem X1, O1, Y1 zu errichten. Als Ordinatenmassstab dieses Systems ist derselbe zu wählen wie beim System X, 0, Y. Für den Abszissenmassstab muss jedoch von der Drehwmkeleinheit der unteren Skala ausgegangen werden.
Bei Benutzung dieser Massstäbe erhält man den vom Punkt 01 aus- gehenden Kurvenast III, der in Vereinigung mit dem Kurvenast O-O1 der Kurve I die ,,effektive Eichkurve" des neuen Instrumentes darstellt.
EMI2.3
<Desc/Clms Page number 3>
EMI3.1
welle 24 aufgekeilten Triebling 25 in Eingriff steht. Die Welle S4 wird mittels eines Grinrades 26 oder bei Fernrohrablesungen mittels eines Stabrohrantriebes vom Fernrohrstand angetrieben.
Das Mitdrehen der Schraubenspindel 20 beim Drehen der Mutter 21 wird durch eine die hohle Spindel diametral durchsetzende Metallschiene 29 verhindert, die durch die fensterförmigen Ausnehmungen 30 der Schraubenspindel 20 hindurchragt. Auf der Querachiene selbst ist das Dimpfunggefass 28 sowie die später erläuterten Vorrichtungen zur automatischen Zentrierung der Quadranten angeordnet. Die sonstige Bauart des Instrumentes stimmt im Wesen mit der Bauart des un Stammpatente beschriebenen Instrumentes überein.
Die Materialbeschaffenheit und Konstruktion der Zylinderquadranten des Instrumentes kann beliebig gewählt werrden. Als besonders vorteilhaft haben sieh Quadrantennächen von der in den Fig. 7 bis 10 und der in Fig. 6 dargestellten Bauart erwiesen. Die Quadrantenflächen gemäss Fig. 7 bis 10 bestehen aus einem gepressten Rahmen 40 aus ! leichtem Baustoff (z. B. Aluminium), dessen Rahmenseitenteile die seitlich von Fig. 9 ausgeworfenen Querschnittsprofile aufweisen. Der Rahmen 40 ist mit mehreren fensterförmigen Ausnehmungen 41 versehen, die vor der Fertigstellung des Rahmens mit einer Membrane aus leitendem Baustoff oder mit einer Folie aus nichtleitendem Material und einer auf dieser Folie aufgebrachten leitenden Schicht (z. B. echtem Goldblatt) verklebt werden.
Die Quadrantenftächen werden mit ihren Ansätzen in der aus Fig. 7 und 8 ersichtlichen Weise in einen gepressten Alumimumdoppel- träger 44 eingehängt und in der richtigen Montierungalage an dem Träger entweder durch Lötung oder durch Bindung mit Seide und nachträglicher Verkittung befestigt.
EMI3.2
denke man sich das früher betrachtete Instrument mit breiten Quadranten (Fig 9) nunmehr mit ganz schmalen Quadrantenftiichen gemäss Fig. 10 ausgerüstet. Verzeichnet man für dieses Instrument wieder die Eichkurve, so erhält man die Kurve IV (Fig. l). Diese Kurve stimmt ungefähr bis zum Teilstrich 8 der Skala mit der früheren Kurve I überein und geht erst von diesem in einen aufsteigenden Ast über.
Aus dieser Untersuchung folgt., dass es bei Spiegelinstrumenten, wo nur Ausschläge bis zirka 5 beobachtet werden, vollständig zwecklos wäre, breite Quadrantenfachen von der in Fig. 9 dargestellten Form zu benutzen. Im Gegenteil ist es
EMI3.3
Verwendung dieser das Gewicht des hängenden Systems verringert und die Empfindlichkeit des Messinstrumente gesteigert wird.
An Stelle des eingangs beschriebenen Doppelträgers 44 für die Zvlinderquadranten können
EMI3.4
achse A-A des Instrumentes zu halten. Wird nämlich der radiale Zwischenraum zwischen den Quadrantenflächen X, Y behufs Erreichtung einer höheren Empfindlichkeit sehr klein gewählt und pendelt der hangende Platteneinsatz aus seiner Ruhelage heraus, so bleibt derselbe an irgend einer ungleichartig geladenen Platte des verstellbaren Quadrantensystems kleben. Die Be-
EMI3.5
,, Zentrierung" kann auf die verschiedenartigste Weise erfolgen.
Bei dem Instrument gemäss Fig. 3 besteht die magnetische Zentrierung aus einem an den
EMI3.6
stab 61. der gleichfalls in eine Spitze ausläuft. Der Magnetstab 61 ist im Boden des Dämprungs- gefässes verstellbar gelagert und kann durch Betätiging des riffrades 62 in bexug auf das
EMI3.7
<Desc/Clms Page number 4>
gemäss Fig. 3 mögliche Streuung der Kraftlinien vermieden, d. h. ea werden vollständig geschlossene Kraffinienkreiae erzielt, die den in Fig. 11 mit strichpunktierten Linien angedeuteten Verlauf nehmen.
Ein weiterer Vorteil dieser Zentriervorrichtung liegt darin, dass durch dieselbe alle radialen Zugkräfte aufgehoben und gleichzeitig eine elektrische Dämpfung erzielt wird, die bei Drehung des 8ystemträgers durch die entstehenden Wirbelströme M) selbsttätig in Wirkung tritt.
Besonders vorteilhaft'hat sich die in Fig. 12 dargestellte magnetische Zentriervorrichtung bewährtt Dieselbe besteht aus einem an dem zentralen Systemträger 50 befestigten Rahmen 70 aus unmagnetischem Baustoff, auf dessen Unterteil eine Doppelnadel 71, 71'aus Eisen oder Stahl angeordnet ist. Gegenüber diesen Nadeln sind zwei Eisenspitzen 79, 72'angeordnet, die auf den Polen N, S eines permanenten Magneten 74 befestigt sind.
Bei dieser Ausgestaltung der Zentriervorrichtung wird der bei den früher beschriebenen Zentriervorrichtungen vorhandene auftretende magnetische Zug nach abwärts, der den Torsions-
EMI4.1
durch den gleich grossen nach aufwärts gerichteten Zug 71', 72' aufgehoben wird. Die zentrierende Magnetkraft ist bei dieser Zentriervorrichtung gegenüber den anderen Zentriervorliehtungen verdoppelt und die Streuung der Kraftlinien gleichfalls vermieden, da die vorstehend beschriebene Anordnung vollständig geschlossene Kreise für die Kraftlinien gewährleistet.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektrostatischer Spannungsmesser mit achsial verstellbaren Zylinde. rquadranten,
EMI4.2
<Desc / Clms Page number 1>
Electrostatic voltmeter.
This invention forms. an innovation in electrostatic voltmeters of those Ai't, in which the measurement of electrical potentials takes place with axially adjustable quadrants. The aim of the invention is to create a measuring instrument by means of a peculiar design of the quadrant positioning mechanism or the scale arrangement, which ensures that a very large measuring range can be achieved with an extremely high level of sensitivity. This purpose is mainly achieved by dividing the total measuring range of the instrument into two parts, the first of which rests on one with respect to the suspended quadrant system
EMI1.1
Lnue leather Fig. 3. Figs. 6 to 12 illustrate details of the instrument.
X represents the axially adjustable quadrant system. The piu interlocking any
EMI1.2
common gear rim 4 provided with internal teeth are driven. Y illustrates the torsion plate system attached to the torsion wire 5, which is immersed in the quadrants of the adjustable system X. S1 and 82 illustrate the reading scales of the instrument.
The scale 81 is marked by the pointer Z of the hanging system, while the scale s2
EMI1.3
Toothed ring 4) is arranged and interacts with the pointer Z2.
The normal state of the instrument is assumed to be that state in which the quadrant system X of the instrument is in its highest position. In this state, the instrument represents an ordinary quadrant electrometer. In this state, the upper pointer Z1 of the instrument plays on the mark 0 of the scale 81, while the lower pointer Z2 plays on the starting mark E1 of the lower scale S2.
EMI1.4
to be measured at values E1.
If, with this setting of the instrument, a voltage greater than E1 is to be measured on the same, the pointer Z1 will of course go beyond the mark on the upper scale S1. Due to the adjustability of the X quadrants and the peculiar scale arrangement, however, this higher voltage can also be measured in another way, which will be explained in more detail below:
EMI1.5
<Desc / Clms Page number 2>
EMI2.1
so-called "transition voltage" is actually optional. However, tests have shown that there is a very specific value for the so-called transition voltage, which ensures the highest absolute sensitivity of the measuring device.
This is evident from the following investigations carried out on the basis of the diagram:
Assume that curve I represents the calibration curve of the instrument at the highest position of quadrants z and idiostatic switching of the instrument. Curve II (curve of absolute sensitivity) can be derived from this curve using known methods. The ordinates
EMI2.2
As can be seen from the diagram (FIG. 1), curve II shows a maximum value at point H. Let the associated voltage value be EI, the size of which is exactly the same as the value of the "transition voltage" selected earlier.
If the analog sensitivity curves corresponding to curve 11 are recorded for the various positions of the quadrants X, it can be seen that the maximum value of the ordinates of these curves for all positions smh results almost at one and the same abscissa value. If, therefore, the value E1 is selected as the transition voltage, it results that, with the present instrument, measurements are always made with the highest available absolute sensitivity in all quadrant positions.
From the above it can also be seen that only the branch O-O1 of the curve I is valid for the effective calibration curve of the new instrument. To the further)! To determine the course of the effective calibration curve, it is only necessary to refer to the angle of rotation of the lower gear rim 4, i.e. H. So to go over to the readings on the lower SI scale. For this purpose it is only necessary to set up a new coordinate system X1, O1, Y1 at point 01. The same ordinate scale for this system is to be selected as for the system X, 0, Y. For the abscissa scale, however, the unit of rotation of the lower scale must be used.
When using these scales, one obtains curve branch III starting from point 01, which in combination with curve branch O-O1 of curve I represents the "effective calibration curve" of the new instrument.
EMI2.3
<Desc / Clms Page number 3>
EMI3.1
shaft 24 keyed pinion 25 is engaged. The shaft S4 is driven from the telescope stand by means of a grin wheel 26 or, in the case of telescope readings, by means of a tubular drive.
The co-rotation of the screw spindle 20 when the nut 21 is turned is prevented by a metal rail 29 which diametrically penetrates the hollow spindle and projects through the window-shaped recesses 30 of the screw spindle 20. The inoculation vessel 28 and the devices explained later for the automatic centering of the quadrants are arranged on the transverse axis itself. The other design of the instrument essentially corresponds to the design of the instrument described in the parent patent.
The material properties and construction of the cylinder quadrants of the instrument can be chosen as desired. Quadrant surfaces of the type shown in FIGS. 7 to 10 and the type shown in FIG. 6 have proven to be particularly advantageous. The quadrant areas according to FIGS. 7 to 10 consist of a pressed frame 40! lightweight building material (e.g. aluminum), the frame side parts of which have the cross-sectional profiles shown on the side of FIG. The frame 40 is provided with several window-shaped recesses 41, which are glued to a membrane made of conductive building material or to a foil made of non-conductive material and a conductive layer (e.g. real gold leaf) applied to this foil before the frame is completed.
The quadrant surfaces are hung with their approaches in the manner shown in FIGS. 7 and 8 in a pressed aluminum double carrier 44 and fastened in the correct mounting position to the carrier either by soldering or by binding with silk and subsequent cementing.
EMI3.2
Imagine the instrument previously considered with broad quadrants (Fig. 9) now equipped with very narrow quadrant tables according to Fig. 10. If the calibration curve is recorded again for this instrument, curve IV is obtained (FIG. 1). This curve coincides approximately up to graduation 8 of the scale with the earlier curve I and only changes from this into an ascending branch.
From this investigation it follows that in the case of mirror instruments, where only deflections of up to about 5 are observed, it would be completely pointless to use broad quadrant folds of the shape shown in FIG. On the contrary, it is
EMI3.3
Use of this reduces the weight of the hanging system and increases the sensitivity of the measuring instruments.
Instead of the double carrier 44 described above for the cylinder quadrants
EMI3.4
to hold axis A-A of the instrument. If the radial gap between the quadrant surfaces X, Y is chosen to be very small in order to achieve a higher sensitivity and the hanging plate insert swings out of its rest position, it will stick to any unevenly charged plate of the adjustable quadrant system. Thieves-
EMI3.5
"Centering" can be done in a variety of ways.
In the instrument according to FIG. 3, the magnetic centering consists of one to the
EMI3.6
rod 61. which also ends in a point. The magnetic bar 61 is adjustably mounted in the bottom of the damper and can be adjusted by operating the wheel 62 in relation to the
EMI3.7
<Desc / Clms Page number 4>
3 possible scattering of the lines of force avoided, d. H. ea completely closed Kraffinienkreiae are achieved, which take the course indicated in Fig. 11 with dash-dotted lines.
Another advantage of this centering device is that it eliminates all radial tensile forces and at the same time achieves electrical damping, which automatically comes into effect when the system carrier rotates due to the eddy currents M) that arise.
The magnetic centering device shown in FIG. 12 has proven particularly advantageous. It consists of a frame 70 made of non-magnetic building material fastened to the central system carrier 50, on the lower part of which a double needle 71, 71 'made of iron or steel is arranged. Opposite these needles are two iron tips 79, 72 ′ that are attached to the poles N, S of a permanent magnet 74.
In this embodiment of the centering device, the magnetic pull that occurs in the centering devices described earlier is directed downwards, which causes the torsional
EMI4.1
is canceled by the equally large upward pull 71 ', 72'. The centering magnetic force is doubled in this centering device compared to the other centering devices and the scattering of the lines of force is likewise avoided, since the arrangement described above ensures completely closed circles for the lines of force.
PATENT CLAIMS:
1. Electrostatic voltmeter with axially adjustable cylinder. rquadrants,
EMI4.2