Elektrometer
Elektrometer oder
Picoamperemeter, mit sehr kleinen Eingangsoffsetströmen oder Spannungsabfall am
Eingang, können Ströme bis 1fA (10E-15 A) messen.
Elektrometer-Voltmeter haben sehr hohe Eingangsimpedanzen, über 1014
Ohm, was zu einer minimalen Belastung der Schaltung führt. Faden- oder
Blattelektrometer werden zur Messung kleiner Spannungen oder Ladungen benutzt.
Bei
dem Einfaden- oder Saitenelektrometer nach Wulf besteht das System aus einem
etwa 6 cm langen Wollastonfaden F von 1 – 2 mm Dicke, der sich entsprechend
seinem Potential in dem elektrischen Feld zwischen den beiden parallelen, im
allgemeinen auf entgegengesetzt gleiche Hilfsspannungen geladenen Schneiden S1
und S2 einstellt.
Der Faden ist oben an der
hochisolierten Spannungszuführung, unten an dem elastischen Quarzbügel Q
befestigt. In der Spannungsführung zu den Schneiden sind oft Widerstände R
eingebaut, um den faden vor dem Durchbrennen zu schützen., wenn er etwa eine
Schneide berührt.
Durch die Grösse der Hilfsspannung, durch den mit den Schrauben T1
und T2 mikrometrisch einstellbaren Schneidenabstand und durch die mit
der Mikrometerschraube veränderliche elastische Fadenspannung lassen sich
Spannungsempfindlichkeiten von etwa 0.3 – 1000 Skt/V einstellen. Bei kleiner
Empfindlichkeit beträgt die Kapazität etwa 2 pF, die grösste erreichbare
Ladungsempfindlichkeit liegt bei 20 Skt/10-12 C. Bei nicht zu grosser
Empfindlichkeit ist die Skala praktisch linear.
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Um grosse Empfindlichkeit zu erreichen, stellt man die Fadenspannung ziemlich locker ein, bringt die Schneiden auf gleiche, zunächst ziemlich grosse Abstände (ca 10 mm) vom Faden und legt möglichst gleiche Hilfsspannungen (50 – 200 V) mit engegengesetztem Vorzeichen an. Zum genauen Abgleichen der Spannungen überbrückt man den mittleren Teil der Hilfsbatterie, z.B. 2 Akkumulatorzellen, mit einem Potentiometer, dessen Abgriff an Erde liegt. Die Zuleitungen zu den Schneiden führt man über einen Kommutator sowie über eine Schaltwippe, die beide Schneiden gleichzeitig entweder an die Hilfsspannung oder an Erde schaltet.
Legt man nun bei geerdetem Faden die Hilfsspannungen an die Schneiden und kommutiert, erhält man zwei Einstellungen des Fadens , die im allgemeinen nicht symetrisch zu seiner Stellung bei geerdeten Schneiden liegen.Durch Verchieben einer der beiden Schneiden lassen sich die Ausschläge entgegengesetzt gleich machen, durch genaues Abgleichen der Hilfsspannungen mit dem Potentiometer bringt man sie zum Verschwinden. Nun nähert man bei angelegten Schneidespannungen unter ständiger Beobachtung des Fadens mit dem Messfernrohr beide Schneiden gleichzeitig dem Faden, und zwar so, dass er dabei in Nullstellung bleibt. Beim Kommutieren der Hilfsspannungen darf der Faden keinen Ausschlag ausführen; tritt jedoch eine Ausschlag ein,so muss die Abgleichung der Spannungen verbessert werden. Man überzeugt sich öfter von der erreichten Empfindlichkeit, indem man eine Spannung von einiegen Hundertstel Volt an den Faden legt. Es empfiehlt sich, die Schneiden nicht näher als etwa 5 mm an den Faden heranzubringen, damit er nicht an die Schneiden springen kann. Ist bei diesem Abstand die gewünschte Empfindlichkeit noch nicht erreicht, so entferne man die Schneiden wieder weiter, lockere die fadenspannung oder erhöhe die Schneidenpotentiale und wiederhole das Verfahren. Eine Grenze der Empfindlichkeit ist dadurch gesetzt, dass die Fadeneinstelung schliesslich instabil wird. Springt der Faden an eine Schneide, so lässt er sich meist durch Erhöhung der Fadenspannung wieder lösen. Wulf, Phys. Z.15, 250, 1914;