<Desc/Clms Page number 1>
Selbsttätig sich einstellender Frequenzmesser.
Die Erfindung bezieht sich auf direkt zeigende Frequenzmesser, bei denen das bewegliche System seine Energie von feststehenden Spulen durch Induktion empfängt.
Damit bei solchen Frequenzmessern elastische Richtkräfte vermieden werden, müssen gemäss der Erfindung die feststehenden Spulensysteme einander entgegenwirken und ferner das bewegliche System in bestimmter Weise geformt und zur Drehachse angeordnet werden, wodurch bei Erfüllung gewisser, noch näher zu erörtender Bedingungen eine ausserordentlich hohe Empfindlichkeit erreicht und eine Skala von besonders grossem Winkelumfang ermöglicht wird
Es möge hinzugefiigt werden, dass diese Vorteile erzielt werden können, ohne dass Eisen
EMI1.1
Vorschaltung verschiedenartiger Widerstände erreicht. Wie man erkennt, ist die Sputa I unter Zwischenschaltung eines Selbstinduktionswiderstandes S und die Spule eines, Kondensators (' mit den Schienen des Netzes verbunden.
Die Energieübertragung erfolgt in" der beschriebenen Anordnung mit ausserordentlich niedrigem Wirkungsgrade, und zwar deswegen, weil der Abstand des Ankers von den Spulen beträchtlich ist. Es ist leicht zu ersehen, dass dieser Mange ! der Anordnung ein priizipieller i"t und durch Annäherung der Spulen an den Anker nicht behoben werden kann. Denn tut man dies, so wird, wie Fig. 2 zeigt, die Drehung gehemmt.
Einen wesentlichen Schritt vorwärts bedeutet die Anordnung nach Fig 3a und 3b. in ihr sind die feststehenden Spulen I und II um 90 gedreht gezeichnet, und zwar derart, dass wie
EMI1.2
gemacht werden als es statthaft ist, ohne die Drehbewegung durch Schleifen zu hemmen.
Obgleich auf diese Weise die Empfindlichkeit bereits wesentlich gesteigert wird, so lässt
EMI1.3
<Desc/Clms Page number 2>
EMI2.1
praktischen Gebrauch bleibt unter diesen Umständen ein Winkel von etwa nur 250 übrig.
Um diesen Missstand zu beheben, sollen die Flächen sowohl des Ankers als auch der feststehenden Systeme, in Winkelgraden gemessen, wesentlich über 90 ausgedehnt werden.
Fig. 5 stellt schematisch den Fall dar, dass der theoretische Ausschlagswinkel beträgt.
Es sind-um eine Variation zu zeigen-zwei getrennte Anker 01 und O2 gezeichnet worden. In praxi muss man sich freilich mit einem Ausschlagswinkel von etwa 60 begnügen. Denn wenn man darüber hinausgeht, so werden in den Endlagen die Kräfte zu schwach und die Einstellung wird ungenau.
Eine vollkommenere Anordnung stellen die Fig. 6 und 7 dar. Der theoretische Ausschlagswinkel beträgt hier 180"und der Arbeitswinkel etwa 1100. Gleichzeitig wird die Empfindlichkeit im Vergleich zu allen anderen Anordnungen wesentlich gesteigert.
Fig. 7 stellt zugleich schematisch dar, in welcher Weise die feststehenden Systeme mit passenden Wechselstromwiderständen verbunden werden können, damit die erforderliche Abhängigkeit der Stromstärken von der Wechselzahl eintritt.
In den vorstehenden Darlegungen sind die Bedingungen Schritt für Schritt entwickelt worden, die erfüllt werden müssen, damit ein praktisch brauchbares Messinstrument zustandekommt. Der Anker war hiebei als scheibenförmig angenommen worden, wobei es nebensächlich war, ob er ein einziges Metallstück bildete oder aus einer Anzahl kurzgeschlossener Windungen bestand. Als wesentlich für den Erfolg war neben der seitlichen Anordnung der stromführenden Teile zur Achse erkannt worden, dass der Anker bei Ausführung der Drehbewegung dicht über den feststehenden Systemen dahingleitet, und dass die magnetischen Kraftlinien über einen hinreichenden Kreiswinkel ausgebreitet werden.
Es möge nicht unerwähnt bleiben, dass dieselben Gesichtspunkte zum Ziele führen, wenn der Anker derart geformt wird, dass er einen Ausschnitt aus der Mantelfläche eines Zylinders bildet, den man sich um die Drehachse gelegt denkt. Alle Flächen, sowohl die des Ankers als auch die Stirnflächen der feststehenden Systeme müssen dann parallel zur Drehachse fliegen. Es soll
EMI2.2
sofort erkennt, wesentlich kompliziertere Formen sich ergeben, wodurch die Fabrikation erschwert wird.
Es möge nunmehr auf eine Eigentümlichkeit der Anordnung nach Fig. 7 der Zeichnung aufmerksam gemacht werden. Schaltet man die Spulen I und Il derart, dass ihre Felder dieselbe räumliche Richtung haben und phasengleich sind, so dreht sich der Anker in das Feld des von dem schwächeren Strome durchflossenen Systems vollkommen hinein. Der Zeiger wird demgemäss auf der einen Seite der Skala anliegen. Sind die Ströme und demnach auch die Felder der beiden feststehenden Systeme einander gleich, so ist die resultierende Kraft, die auf das bewegliche System ausgeübt wird. in allen Lagen gleich Null. Es existiert dann keine bestimmte Gleichgewichtsiage. Das bewegliche System #schwimmt".
Es möge erwähnt werden, dass die Erscheinung eintritt, trotzdem im beweglichen System selbst sehr starke Ströme fliessen.
Aus diesem Verhalten ergibt sich, dass die Anordnung praktisch nicht ohneweiters brauchbar ist,. Es sei hiezu besonders betont, dass das Verhältnis der Phase der Felder und nicht der Ströme die geschilderte Eigentümlichkeit bedingt. Nimmt man z. B. an. das Instrument diene zur Messung von Hochfrequenzströmen und der Kondensator C der Fig. 7 sei so klein gewählt, dass sein Wechselstromwiderstand den der Spule 11 überwiegt, so sind die Ströme in den Systemen I und Il um 180"gegeneinander verschoben. Ob indessen auch die beiden Felder dieselbe Phasenverschiebung zeigen, hängt noch von dem Wicklungssinn der Spulen oder von der Art des Anschlusses ab.
Durch Vertauschung der beiden Zuleitungen zu einer Spule kann man z. B. einen Umschlag der Felder um 180 herbeiführen.
Bei Verwendung des Instrumentes zur Messung der Frequenz gedämpfter Schwingungen, wie sie z. B. durch Funkcnentladungen erzeugt werden, ergaben Versuche mit der Schaltung nach Fig. 7 sehr starke Abweichungen von den wahren Werten der Wellenlängen. Die Ursache wurde darin erkannt, dass der Kondensator, die Selbstinduktionen der Systeme I und II und die ausserhalb des Instrumentes liegende, zur Kopplung dienende Selbstinduktion selber ein
EMI2.3
<Desc/Clms Page number 3>
EMI3.1
und das Experiment lehren, wird auf diese Weise trotz wesentlich verringerten Wattvcrbrauches eine Skala mit weiter voneinander abliegenden Strichen erreicht. Die Anordnung hat sich auch aus einem anderen-Grunde als sehr zweckmässig erwiesen.
Man erhält nämlich hei geeigneter Bemessung der elektrischen Konstanten eine nahezu vollkommen gleichmässige Teilung der Skala, d. h. die Ausschläge sind fast völlig proportional den Wellenlängen.
Hinsichtlich der Phase der Felder der beiden Spulen 1 und II ist zu sagen, dass nach der Schaltung der Fig. 8 weder eine Verschiebung von ISO", noch auch eine solche von 0n möglich ist. Der Phasenwinkel liegt entweder zwischen 0 und 9 oder zwischen 90 und 180 , ohm jedoch die äusseren Grenzen jemals vollkommen zu erreichen. Was nun früher über das
EMI3.2
Masse auch für die Schaltung nach Fig. 8 zu. Es ist günstig, den Spulen I und II (live derart zuzuführen, dass die Phasenverschiebung der Felder möglichst gross ist, also zwischen 900 und 1800 liegt.
Vertauscht man versuchsweise die Zuleitungen zu einem der beiden Systeme. so beobachtet man sofort, dass die Richtkraft wesentlich geschwächt wird. Es zeigt sich' on
EMI3.3
Fig. 9 dargestellt ist, der Anker aus einem vollen Halbkreis bestehen, so würde jedes der tot- stehenden Systeme in dem beweglichen Teil im wesentlichen seine eigenen Ströme erzeugen Wie der Versuch und eine einfache Überlegung zeigen, ist eine solche Anordnung indessen nuez anderen Gründen sehr unvorteilhaft.
Die in sich geschlossenen, von jedem einzelnen System erzeugten Wirbelströme verlaufen nämlich innerhalb jedes einzelnen Feldes radial nach dent Zentrum hin und nahezu in derselben Stärke wieder nach der Peripherie zurück/so dass die Kräfte sich zum grossen Teil aufheben und nur eine geringe Differenz für die Ablenkung übrigbleibt.
Die Verwendung einer wohldefinierten, von Wirbelströmen möglichst freien Strombahn, die dem
EMI3.4
<Desc/Clms Page number 4>
EMI4.1
des Ausschlages.
Bei der Formgebung des Ankers für Wellenmesser hat es sich als wichtig erwiesen, alle nur erdenklichen Mittel anzuwenden, um die Masse des beweglichen Systems herabzusetzen. Zwar sucht man auch sonst bei technischen Messgeräten das Gewicht zu vermindern, und zwar" wesentlich aus dem Grunde, um das Abbrechen der Spitzen und eine Beschädigung der Steinlager zu vermeiden, eine derartig ins Extreme gehende Gewichtsverminderung, wie bei dem Gegenstand der Erfindung, ist aber bisher weder erstrebt worden, noch ist sie bei sonstigen Messgeräten zu empfehlen.
Die folgenden Darlegungen geben einen Einblick in die Verhältnisse.
Massgebend für das Drehmoment D, das von einem feststehenden System auf den Anker ausgeübt wird, ist ein Ausdruck von der Form : D== J t.................. l), worin J den Strom im festen und i den im beweglichen Teil bedeutet. Der Faktor K1 ist unter a iiiderem von der Windungszahl n der Ankerstrombahn abhängig. Man kann daher auch schreiben : D = D2 n J i . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2).
Obgleich hiernach das Drehmoment mit der Windungszahl des Ankers zu steigen scheint, so zeigt die strengere Untersuchung doch, dass dies nicht der Fall ist. Denn nennt man M den Koeffizienten der gegenseitigen Induktion zwischen Anker und feststehendem System, L den
EMI4.2
EMI4.3
EMI4.4
EMI4.5
EMI4.6
aus mehreren oder nur einer einzigen Windung herstellt. Aus praktischen Gründen freilich wird man ihn aus einem Stück Blech herausstanzen, ihm also nur eine einzige Windung geben.
Es entsteht nun die weitere Frage, welche Blechdicke man zweckmässigerweise zu wählen hat. Je dicker das Blech ist, um so geringer ist zwar der Ohmsche Widerstand, um so schwerer aber wird das bewegliche System und um so grösser die Reibung. Es ist daher denkbar, dass ein Optimum für die Blechdicke existiert. Die nachstehende, nähere Untersuchung lehrt, dass dies für langsame Weehsetströme nicht zutrifft, dass aber für Hochfrequenzströme in der Tat die Einhaltunfg einer gewissen Blechstärke besondere, nicht ohneweiters zu erwartende Vorteile bietet.
Bei Annahme einer einzigen Windung für den Anker/ergibt sich aus Formel 2) und 3)
EMI4.7
Das Gewicht des Ankers und daher auch die Reibungskraft F in den Spitzen ist pop rational der Blechdicke. Da der Ohmsche Widerstand unter sonst gleichen Umständen
EMI4.8
EMI4.9
EMI4.10
<Desc/Clms Page number 5>
Ein wesentlich anderes Bild ergibt sich, wenn man zu den schr schnellen SChwingungen der drahtlosen Telegraphie übergeht. In diesem Falle ist selbst schon bei der erwähnten, verhältnismässig dünnen Blechstärke von 0'75 mm das Glied #2 L2 vorherrschend gegenüber R2.
Ein praktisches Beispiel möge dies zeigen. Der Ohmache Widerstand eines Ankers von der Form der Fig. 7 wurde bei einer Blechstärke von 0#75 m'm zu 0#008 Ohm und seine Selbstinduktion zu 60 CM bestimmt. Hiernach ist bei einer Wellenlänge von = 600 m
EMI5.1
dicke die Empfindlichkeit steigern lässt. Die Grenze ist schliesslich gezogen, einerseits durch mechanische Gründe, andererseits, weil bei extrem dünnen Blechen das Glied w2 L2 schliesslich in die Grössenordnung von R2 fällt und die Empfindlichkeit dann nur noch sehr langsam anwächst.
EMI5.2
wählen, die zwischen 0'035 und 0"3fi mm liegen.
Was die Form der Spulen der feststehenden Systeme anbetrifft, so hat es sich als vorteilhaft erwiesen, sie möglichst flach zu gestalten, um alle Windungen möglichst dicht an den Anker heranzubringen. Günstig ist es für jedes System, zwei übereinanderstehende Spulen vorzusehen, in deren Zwischenraum der Anker spielt, und die Spulen nicht in Reihe, sondern parallel zu schalten. Man vermeidet durch die Parallelschaltung, dass Spannungsdifferenzen auftreten, die ohne diese Vorsicht bei Hochfrequenz so, erheblich werden können, dass Funken zwischen den Windungen zweier Spulen oder nach dem Anker überspringen. Ferner wird durch die Parallelschaltung die Gesamtreaktanz des Instrumentes herabgesetzt, wodurch man in die Lage versetzt wird, das Instrument mit geringeren äusseren Spannungen erregen zu können.
Die Anschliessung an eine vorhandene Installation wird dadurch wesentlich erleichtert.
Hinsichtlich der Stelle, an der der Wellenmesser an die Antenne oder andere Kreise, in denen hohe Spannungen herrschen, angeschaltet wird, ist zu bemerken, dass man tunlichst die Verbindung mit der Erde wählen soll. Wie Versuche ergeben haben, zeigt sich nämlich, dass auch die elektrischen Kräfte das bewegliche System ein wenig beeinflussen. Ist keine Erdverbindung vorhanden, so suche man diejenige Stelle des Schwingungskreises aus, an der sich der Knotenpunkt für die Spannung ausbildet. Ein anderes Mittel, den Wellenmesser frei von dem erwähnten Fehler zu machen, besteht darin, dass man ihn nicht direkt, sondern mittels eines Transformators erregt.
Eine andere Fehlerquelle besteht in den äusseren Feldern, die die Spulen des Wellemnes.-rs durchsetzen und damit die Kraftlinienverteilung abändern können. Für hochfrequente Wechselströme bietet die Umkleidung mit einem Kupfer- oder Aluniniummantel einen wirksamen Schutz, für langsame Wechselströme ist ein Eisengehäuse vorzuziehen.
Der Übergang zu einem anderen Messbereich kann in einfacher Weise dadurch bewerkstelligt werden, dass man die Ohmschen Widerstände passend ändert, also z. B. beim Übergang zu längeren Wellen mittels eines Schalters einen Teil kurzschliesst.
Bei der praktischen Durchführung des Erfindungsgedankens hat sich noch eine Reihe
EMI5.3
<Desc/Clms Page number 6>
Zwecks Erhöhung der Empfindlichkeit ist. es, wie schon dargelegt wurde, ratsam, das bewegliche System aus dünnem Aluminiumblech herzustellen. Die damit verbundene Gefahr des Durchhängen der Stelle a (vgl. Fig. 11) wird durch zwei Kunstgriffe beseitigt. Erstens wird in das Blech eine Rippe eingepresst, wie Fig. 12 im vergrösserten Massstabe zeigt, und zweitens wird ein Versteifungsarm f vorgesehen. Natürlich könnte die Rippe auch durch ein gleichwertiges Mittel ersetzt werden, z. B. dadurch, dass das Blech nach Art der T-Träger geformt oder zu einer Röhre gebogen wird. Hinsichtlich des Versteifungsarmes ist zu bemerken, dass er von dem übrigen System isoliert werden muss.
Ein weiteres, sehr wirksames Mittel zur Erhöhung der Empfindlichkeit der Anordnung erhält man, wenn man den Winkelumfang des beweglichen Systems grösser als den der festen Systeme annimmt. Als z. B. bei einem Versuch der Umfang auf beiden Seiten um 150 vermehrt wurde (vgl. Fig. 13), konnte der Widerstand, der in Reihe mit dem feststehenden System Ii lag, auf die Hälfte herabgesetzt werden, ohne dass dadurch die Skala verschlechtert wurde.
EMI6.1
Versteifungsarmes natürlich besonders vonnöten.
Versieht man das Instrument mit einer Luftdämpfung, so ist zu beachten, dass entweder der Kasten oder Flügel oder beide aus Isolationsmaterial hergestellt werden. Bei Experimenten mit hochfrequenten Schwingungen zeigte sich nämlich, dass anziehende Kräfte auftraten, wenn beide Teile aus Metall bestanden. Für den Kasten ist Elfenbein ein geeignetes Isolationsmaterial.
Es möge noch erwähnt werden, dass das Instrument auch als Relais verwendet werden kann.
Die Anzeigevorrichtung, mit der das bewegliche Organ-verbunden wird, besteht in dem Falle aus, einem Arm, der sich gegen feste Kontakte lehnt, wenn eine gewisse Periodenzahl über-oder unterschritten wird. Da die Spitzen der Achse des beweglichen Systems in zwei Steinen laufen,
EMI6.2
Wie schliesslich bemerkt werden möge, kann die Skala auch in Geschwindigkeiten oder Tourenzahlen geeicht werden. Wenn die betreffenden Motoren nicht zum Antriebe vdn Wechselstromdynamomaschinen bestimmt sind, se lässt sich mit ihnen doch ohne Schwierigkeit ein kleiner Wechselstromerzeuger koppeln, der den Strom für die Instrumente liefert.
PATENTT-ANHPRÜ ('HE :
1. Instrument zur Bestimmung und Kontrolle der Frequenz oder'Wellenlänge elektrischer Wechselströme, dessen beweglicher Teil mit einer Anzeigevorrichtung verbunden und von jeder merklichen elastischen Richtkraft befreit ist, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Organ von zwei feststehenden Spulensystemen in entgegengesetztem Sinne beeinflusst wird, seine Energie durch Induktion empfängt, segment-oder sektorartige Form besitzt und derartig mit der Drehachse verbunden ist, dass von allen durch sie in der Längsrichtung gelegt gedachten Ebenen zwar eine den Anker symmetrisch zerschneiden kann, alle übrigen aber ihn in ungleiche Teile zerlegen.