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Instrument zur Messung geringer elektrischer Ströme
Die Erfindung betrifft ein Instrument zur Messung geringer elektrischer Ströme, bei dem das Gewicht des Messorgans mittels Auftrieb in einer Flüssigkeit zumindest teilweise aufgehoben ist. Bekanntlich benötigt man in der heutigen modernen elektrischen Messtechnik, insbesondere für transistorisierte Rundfunk- und Fernsehempfänger, Messinstrumente hoher Empfindlichkeit, mit welchen sich äusserst ge- ringeStromstärkenbeispielsweisederGrössenordnungvon etwa 2001lA bis lmA, messen lassen. Wenn man beabsichtigt, derartige Geräte so auszuführen, dass man von den üblichen Mitteln Gebrauch macht, die die Instrumente mit auf Drehzapfen gelagertem beweglichem Messwerk kennzeichnen, so gelangt man zu äusserst kostspieligen Lösungen.
Es ist eine Anordnung bekannt, bei der die als langer Stab ausgebildete Achse eines durch Federn in seiner Lage gehaltenen Messwerks am unteren Ende eine Schwimmerkugel aufweist, durch die eine teilweise Aufhebung desGewichtes des Messorgans durch Flüssigkeitsauftrieb erreicht werden soll. Diese Anordnung besitzt jedoch einen komplizierten und empfindlichen mechanischen Aufbau und ist praktisch nur für Laboratoriumsbetrieb geeignet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein empfindliches Mikroamperemeter zu schaffen, das von einfachem und wirtschaftlichem Aufbau und vor allem als Abstimmanzeigegerät für Transistorempfänger verwendbar ist.
Diese Aufgabe ist bei dem hier vorgeschlagenen elektrischen Messinstrument vor allem dadurch gelöst, dass erfindungsgemäss das Messorgan bzw. das bewegliche Messwerk selbst im Innern eines dichten Gehäuses in eine sein Gewicht infolge Auftriebs weitgehend aufhebende Flüssigkeit mit niedrigem Gefrierpunkt getaucht, angeordnet ist. Diese Anordnung sichert dem Messwerk die grösstmögliche Beweglichkeit und vermindert gleichzeitig sein Scheingewicht auf ein Minimum. Auf diese Weise ist die Empfindlichkeit des Messinstrumentes erheblich vergrössert.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, dass das bewegliche Messwerk aus einem in einem die Zeigermarke tragenden, dicht abgeschlossenen Hohlzylinder enthaltenen Stabmagneten besteht, und dass das in dem das Messwerk umgebenden Gehäuse befindliche Markierungs- bzw. Anzeigefenster eine der erstgenannten, insbesondere in Axialrichtung des Hohlzylinders angebrachten Marke zugeordnete, diagonal verlaufende Anzeigemarke aufweist. Dieser Stabmagnet befindet sich im Feld einer an der Aussenseite des Instrumentengehäuses vorgesehenen Spule, dessen Wicklung von dem zu messenden Gleichstrom durchflossen wird, der das auf den Stabmagneten einwirkende Magnetfeld hervorruft.
Die notwendige Nullrückstellung des Messwerks kann in verschiedener Weise erfolgen, u. zw. entweder mittels eines von Hand bewegbaren Hilfsmagneten oder eines Eisenmetallstücks oder auch einer zusätzlichen Hilfsspule, welche Rückstellorgane jeweils ausserhalb des Instrumentengehäuses vorzusehen sind. Es ist jedoch auch möglich, diese drei Rückstellorgane gemeinschaftlich und gleichzeitig für die
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Nullrückstellung des Messwerks zu benutzen.
Um die Spiele der Drehachsen des Messwerks auf ein Minimum zu verringern ist es von ausserordentlichem Vorteil, wenn das Messwerk zu seiner Drehachse symmetrisch ausgebildet ist und ausserdem die Drehachse mit dem Auftriebs-und Massenmittelpunkt des Drehwerks zusammenfällt. Dann fällt selbstverständlich auch der Mittelpunkt des durch die Flüssigkeit ausgeübten Auftriebs und der Massenmittelpunkt des aus Hohlzylinder und Stabmagneten bestehenden Messwerks zusammen. Wenn diese Bedingungen erfüllt sind, kann das Instrument in jeder beliebigen Lage im Raum arbeiten.
Es ist ferner von Vorteil, gegebenenfalls an der Oberfläche der Flüssigkeit auftretende Blasen zuvor zu beseitigen.
In den Zeichnungen ist ein elektrisches Messinstrument der mit der Erfindung vorgeschlagenen Art in beispielsweise gewählten Ausführungsformen schematisch veranschaulicht.
Fig. 1 zeigt in Draufsicht eine Ausführungsform des Instruments gemäss der Erfindung. Fig. 2 stellt diesesInstrumentimSchnitt gemäss derLinie n-II der Fig. 1 dar. Fig. 3 bringt einen weiteren Schnitt des Instruments gemäss der Linie III-III der Fig. 1. Fig. 4 lässt eine Ausführungsform der Rückstell- einrichtung des Messwerks des Instruments gemäss der Erfindung erkennen. Fig. 5 bezieht sich auf Anordnungen, welche die Empfindlichkeit eines Instruments gemäss der Erfindung auf das Maximum zu steigem gestatten.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Messinstrument befindet sich innerhalb eines äusseren dichten und durchsichtigen Gehäuses 1, das mit einem Markierungs- bzw. Anzeigefenster 2 ausgestattet ist, dieFlüssigkeitsmasse 3 niedrigen Gefrierpunkts, in die der dicht abgeschlossene Hohlzylinder 4 eingetaucht ist, der den Stabmagneten 5 enthält, der zwar nicht in Fig. 1 sondern in den Fig. 2 und 3 zu sehen ist. Die Anzeige erfolgt über das Fenster 2 mittels der am Hohlzylinder 4 angeordneten Zeigermarke 7 und der Marke 6 am Fenster 2. Durch den Schnittpunkt der beiden Marken wird die Anzeige auf einer Skala bewirkt. Durch die diagonale Anordnung der Marke 6 kann eine etwas längere Skala verwendet werden.
In den aus Fig. 2 und 3 ersichtlichen Schnittansichten der Instrumentenausführung der Fig. 1 sind ausser dem in die flüssige Masse 3 eingetauchten Hohlzylinder 4 und dem beide einschliessenden Gehäuse 1 der Stabmagnet 5 und dessen Stütze 8, die axiale Auflage 9 des einen Schwimmer bildenden Hohlzylinders 4 und die reibungsarmen Lager 10-10 sowie der die Bewegung des Messwerks begrenzende Anschlag 11 und schliesslich die äussere Spule 12 zu sehen, die von dem zu messenden Strom durchflossen wird.
Für die unerlässliche Nullrückstellung des Messwerks ist bei der Ausführungsform der Fig. 1-3 ein kleiner Hilfsmagnet 13 (vgl. Fig. 3) vorgesehen, der jedoch auch durch ein Eisenmetallstück ersetzt werden kann. Die Ausführungsform der Fig. 4 weicht von der Ausführungsform gemäss Fig. 1-3 lediglich dadurch ab, dass an die Stelle des Hilfsmagneten 13 bzw. eines Eisenmetallstücks eine Rückstellspule 14 getreten ist. Wie aus Fig. 4 zu ersehen ist, ist diese Hilfsspule 14 koaxial zu der Erregerspule 12 angeordnet.
Die Empfindlichkeit des hier vorgeschlagenen Messinstruments lässt sich unter Berücksichtigung folgender Gesichtspunkte noch verbessern : a) die Erregerspule 12 soll gegenüber dem stets im Feld dieser Spule verbleibenden Stabmagneten verhältnismässig lang sein. b) Der Stabmagnet mit der magnetischen Masse m und der Länge 1 soll eine maximale Länge besitzen, die mit der Abmessung des zylindrischen Schwimmers 4 vereinbar ist. c) Der Stabmagnet 5 soll an der Stelle A in Ruhestellung angeordnet sein (siehe Fig. 5). Bei Stromdurchgang strebt er dann in Richtung auf die Stelle D zu drehen. Er wird hiebei folgenden Drehmomenten unterworfen :
Bei A : k. m. l. sin a bei B : k. m. 1. bei C : k. m. l. sin a (symmetrisch zu A) bei D : das Drehmoment ist null.
Aus vorstehendem ergibt sich, dass die Strecke A, B, C, C' ein Bereich guter Empfindlichkeit ist.
Damit das Instrument unter dieser Bedingung arbeitet, begrenzt der sich auf dem axialen Auflager 9 des beweglichen Messwerks abstützende Anschlag 11 die Drehbewegung des Messwerks.
Neben den bereits erwähnten Vorteilen werden durch die Merkmale der Erfindung noch folgende Vorteile herbeigeführt:
Herstellung des Gleichgewichts des beweglichen Messwerks in sämtlichen Stellungen, Herabsetzung
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der Reibungen, hohe Empfindlichkeit im Minimum, einfache Festlegung und Begrenzung der Drehbewegung des Messwerks, Möglichkeit des Messens mit dem gleichen Instrument von äusserst verschiedenen Stromstärken, Konstanz des Rückstelldrehmoments für jeden Wert der Stromstärke des zu messenden Stroms, Möglichkeit der Korrektur des Drehmomentenwerts, selbst während des Betriebs und auch für eine Spiralfeder als Rückstellorgan, Möglichkeit der Aufhebung des Einflusses eines benachbarten magnetischen Feldes durch Regelung der Stromstärke in der Hilfsspule.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Instrument zur Messung geringer elektrischer Ströme, bei dem das Gewicht des Messorgans mittels Auftrieb in einer Flüssigkeit zumindest teilweise aufgehoben ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Messorgan bzw. das bewegliche Messwerk (4, 5) selbst im Innem eines dichten Gehäuses (1) in eine sein Gewicht infolge Auftriebes weitgehend aufhebende Flüssigkeit (3) mit niedrigem Gefrierpunkt getaucht, angeordnet ist.