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Drehspulmesssystem
Die Erfindung betrifft ein Drehspulmesssystem, bei welchem die Rückführung des beweglichen Systems durch magnetische Kräfte erfolgt und das zur Messung elektrischer Ströme und Spannungen, insbesondere solcher rasch wechselnder Polarität oder Amplitude dient, wie sie beispielsweise bei der Aufnahme von
Elektrokardiogrammen vorkommen, wobei an Stelle eines Zeigers ein Schreibstift mit dem Messwerk verbunden sein kann, um den Verlauf der Messgrösse unmittelbar aufzuzeichnen.
Bei bekannten Drehspulmesswerken ist eine sehr leicht ausgeführte Spule im Feld eines Permanent- magneten angeordnet und sie umgibt dabei einen festen Kern, der den Zweck hat, ein homogenes Feld im Bereich der Spule herzustellen. Manchesmal ist auch der Kern vormagnetisiert und übt dann die
Funktion des Permanentmagneten aus. Die Spule unterliegt einer Rückstellkraft, die durch mechanische
Bauelemente, wie Spiralfedern usw., erzeugt wird. Die Anzeige dieser Messsysteme ist linear.
Bei Dreheisensystemen wird ein Eisenanker, der neutral oder vormagnetisiert sein kann, durch das
Feld einer vom zu messenden Strom durchflossenen Spule bewegt. Die Anzeige ist hier zumeist nicht linear. Auch hier wird die Rückstellkraft durch mechanische Elemente hervorgerufen.
Gemäss der Erfindung ist nun ein Drehspulmesssystem, bei welchem die Rückführung des beweglichen Systems durch magnetische Kräfte erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Spule in der Nut eines Doppel-T-Ankers aus Weicheisen befindet, der in einem im Querschnitt kreisförmigen Luftspalt des vormagnetisierten Joches drehbar gelagert ist, wobei in der Nullage des Systems die Spulenachse senkrecht zur Jochachse, d. h. zur Magnetisierungsrichtung des Joches steht und die Gegenkräfte, welche der durch die Strombeaufschlagung der Spule hervorgerufenen Verdrehung der Spule bzw. des Ankers entgegenwirken, ausschliesslich durch die magnetische Anziehung zwischen dem Joch und den Polschuhen des Weicheisenankers bewirkt werden.
Der Anker ist durch das Magnetfeld des Joches magnetisiert. Dennoch hat das System nicht den Charakter eines Dreheisel1messwerkes, sondern den eines Drehmagnetsystems. Die Ausschläge sind daher dem durch die Spule fliessenden Strom proportional, also linear.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemässen Messsystems liegt darin, dass mechanische Mittel zur Herbeiführung der Rückstellkräfte entbehrlich sind, wodurch deren Nachteile, wie Ermüdungserscheinungen, Nichtlinearität usw., wegfallen. Die Eigenfrequenz sowie die Empfindlichkeit des Systems kann leicht durch Anordnung eines magnetischen Nebenschlusses über den Luftspalt beeinflusst werden, was eine Änderung der Rückstellkraft hervorruft. Der Anker wird zweckmässigerweise zur Vermeidung von Wirbelstromverlusten aus Blechen geschichtet.
Ein weiterer Umstand, der den Erfindungsgegenstand. noch gegenüber Drehspulsystemen hervorhebt, ist folgender :
Bei den üblichen Drehspulsystemen muss der Luftspalt zwischen den statischen Magnetpolen und dem kreisrunden Kern ein gewisses relativ grosses Ausmass haben, weil sich in ihm die Drehspule frei bewegen können muss. Durch Toleranzen bei der Herstellung der Spulen bedingt, muss der Luftspalt relativ erheblich grösser als die theoretisch erzielbare Spulendicke und damit das theoretisch denkbare Mindestmass sein.
Im gegenständlichen Falle bewegt sich innerhalb der statischen Magnetpole nur der Drehanker und es können die gegenüberliegenden Oberflächen und die Lagerung sehr genau gearbeitet werden, so dass es möglich ist, einen Luftspalt in der Grössenordnung weniger Zehntel eines Millimeters einzurichten.
Dieser praktisch nur mit dem Erfindungsgegenstand realisierbare Umstand führt erstens dazu, dass die magnetischen Anziehungskräfte bei gleichem Energieaufwand vielfach grösser sind als bei den üblichen
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Drehspulsystemen. Das bedeutet aber, dass auf die Masse des Drehankers grosse Kräfte wirken und diesen vehement beschleunigen. In der Praxis ergibt es sich daher, dass die wohl grössere Trägheit des Drehankers durch die grösseren auf ihn einwirkenden Kräfte ausgeglichen wird, so dass sie keinerlei Nachteil darstellt.
Ein weiterer Vorteil des geringeren Luftspaltes ist das praktische Ausschalten störender Streufelder.
Schliesslich kommt als Vorteil des Erfindungsgegenstandes noch dazu, dass durch die relativ grosse bewegte
Masse die Einflüsse durch die naturgemäss bei längerem Gebrauch des Gerätes zunehmende Lager- und
Zeigerreibung sowie die Einflüsse durch die Zeigermasse sehr gering werden, so dass das Gerät auch bei rauher Behandlung lange Zeit betriebsfähig und genau anzeigend bleibt. Infolgedessen ist das erfindungs- gemässe Messwerk insbesondere für die Verwendung in Elektrokardiographen geeignet.
An Hand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel beschrieben und es werden die zum Verständnis der Wirkungsweise erforderlichen Erläuterungen gegeben. Es zeigen Fig. 1 schematisch ein Messsystem nach der Erfindung, Fig. 2 und 3 Einzelheiten in der Umgebung des Ankers und Fig. 4 eine Variante für die Ausbildung des Ankers.
In Fig. 1 bezeichnet 1 das übliche Joch aus magnetisierbarem Material, das vormagnetisiert ist und daher einen permanenten Magneten darstellt. Es kann aber auch eine Erregerspule vorgesehen sein. Das-
Joch besitzt wie üblich einen kreisförmigen Luftspalt 3, in dem ein Doppel-T-Anker 2 derart eingesetzt ist, dass seine durch die Polschuhe gehende Symmetrieebene senkrecht zur Magnetisierung des Joches ver- läuft. Der Anker ist in seiner Achse 4 in üblicher Weise leicht drehbar gelagert und trägt beispielsweise einen Zeiger 5, dessen Ende auch einen Schreibstift aufweisen kann. In die Nuten 6 des Ankers ist die den Messstrom führende Spule gewickelt, deren Enden wie üblich zu nicht gezeichneten Klemmen geführt sind. Ein Nebenschluss 7 kann zur Überbrückung des Luftspaltes vorgesehen sein, um einen Teil des Joch- feldes abzuzweigen.
In Fig. 2 ist das System in seiner Nullstellung gezeichnet. Am Luftspalt bildet das Joch einen Nordund Südpol N bzw. S aus. Dadurch wird der Anker magnetisiert, u. zw. bilden sich an den Enden der Polschuhe des Ankers, wie gezeichnet, links Südpole und rechts Nordpole aus. Es ist leicht einzusehen, dass die Anziehungskräfte zwischen den Polen, am Joch und am Anker, diesen in der gezeichneten Lage zu halten trachten bzw. wird er durch diese Kräfte, im Falle man eine Verdrehung erzwingt, in die Mittellage zurückgedreht. Es ist nur zu beachten, dass bei einer Verdrehung, die mehr als 450 gegenüber der Nullage beträgt, der Anker in eine Lage schnellt, die zur gezeichneten um 900 verdreht ist.
In Fig. 3 ist zunächst die Nullage des Ankers nochmals gezeichnet, nur sei angenommen, dass die Spule mit Strom beaufschlagt werde. Die Spule erzeugt daher ein Feld, das für sich z. B. durch den mit N-S bezeichneten Pfeil versinnbildlicht sei. Dieses Feld überlagert sich dem vom Joch auf den Anker übertragenen Feld, wodurch sich ein Summenfeld ergibt, das etwa in die Richtung der gestrichelten Linie 9 fallen wird. Infolge dieser Überlagerung muss sich der Anker so weit verdrehen, bis die Felder des Ankers und des Joches im Gleichgewicht sind. Der dadurch erzwungene Verdrehungswinkel des Ankers ist dann, wie leicht rückzuschliessen ist, proportional dem Spulenstrom.
Sinkt der Strom auf den Wert Null ab, so stellt sich sofort der Zustand gemäss Fig. 1 wieder her, da der Anker voraussetzungsgemäss aus Weicheisen ist, d. h. er wird in die Nullage rückgeführt.
Man sieht also, dass das System ohne mechanische Rückführung arbeitet und diese ausschliesslich durch die magnetischen Kräfte hervorgerufen wird. Die oben erwähnte Möglichkeit des Überschnellens des Ankers in die um 900 verdrehte Stellung ist in der Praxis ohne Bedeutung, da die hiefür erforderlichen Kräfte bei den in Frage kommenden Feldstärken des Jochfeldes weitaus die Kräfte überwiegen, die durch das Messsystem unter den dann gegebenen Umständen ausgeübt werden können.
Die Fig. 4 zeigt die Ausbildung des Ankers, wenn er für höhere Messfrequenzen verwendet werden soll.
Seine Polschuhe sind in seiner Symmetrieebene, parallel zu seiner Drehachse mit Nuten 8 versehen, wodurch sein Gewicht vermindert wird, ohne dass sich die Kräfteverhältnisse infolge der magnetischen Anziehung ändern.
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