Hitzdrahtinstrument.
Die bekannten Hitzdrahtinstrumente bestehen im Prinzip aus einem stromdurchflossenen Draht. Die durch diesen Strom hervorgerufene Erwärmung bewirkt eine Drahtverlängerung, welche eine Funktion des Stromes darstellt. Die Strommessung wird also auf eine Längenmessung zurückgeführt.
In der Regel ist der Hitzdraht zwischen zwei Klemmen gespannt, und in seiner Mitte ist ein Faden befestigt, welcher einige Umdrehungen um die Welle eines Zeigers macht und der Wirkung einer Feder unterworfen ist. Diese Instrumente können ebensogut für Gleichstrom-und Wechselstrommessungen verwendet werden, aber hahen nur eine geringe Empfindlichkeit.
Die Erfindung bezweekt, diesen Nachteil zu beheben. Der Erfindungsgegenstand ist ein Hitzdrahtinstrument, welches ein wenigstens annähernd nach einer polygonalen Linie in seiner Form veränderliches, mit einem Hitzdraht verbundenes Element aufweist, wobei dessen Formänderung durch die durch die Erwärmung erzielte Verlängerungdes Hitzdrahtes hervorgerufen wird.
Unter dem Ausdruck Hitzdraht sind auch Bänder zu verstehen, für Fälle, wo der durchfliessende Strom gross ist.
Die beiliegende Zeichnung stellt schema- tisch zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsbeispiels dar.
Das Hitzdrahtinstrument nach Fig. 1 weist eine aus einem Material, dessen linearer Aus dehnungskoeffizient mögliehst an Null angenähert ist, verfertigte Feder A auf, welche die Form eines Ringsegmentes besitzt, dessen innere Fläche zylindrisch ist, wÏhrend seine äussere Fläche mehrere Facetten 1 bis 8 aufweist, welche im Ruhezustand der Feder A einen Fläehenteil eines polygonalen Prismas darstellen, An den Verbindungsstellen dieser Facetten entstehen Kanten al bis a8 und der Winkel, unter dem die Facetten miteinander verbunden sind, hÏngt von ihrer Länge, ihrer Anzahl und dem Radius der Feder ab.
Die Ïu¯ersten Kanten a0 und a8 der Feder A sind mit senkrechten Stützen Bi und B2 versehen, und an ihnen wird je ein Draht oder Band F1 und 2 befestigt, welehe aus einem Material mit grossem linearen Ausdehnungs- koeffizienten und hoher Reissfestigkeit selbst bei starker Erwärmung hergestellt sind. Diese Drähte werden auf der Aussenseite der Feder ; entlang über Rollen E1 und E2 zu einer Welle E3 gef hrt und an ihr befestigt (bei Herstellung der Feder aus einer beliebigen Metallegierung ist f r Isoliermg zu sorgen).
Die Welle E3 ist auf einem die Feder A tragenden Gestell D drehbar gelagert.
Mit Hilfe eines Zahnrades E4 und einer Sehraube E5 lassen sich die Fäden F1 und F2 auf die Welle Eg aufwickeln, biegen hierbei die bisher flach gebliebenen Facetten 1, 2, 3... 8 nach aussen und dehnen somit die Feder A. Es verwandeln sich dabei die flachen Seiten der Facetten 1, 2, 3... 8 der Feder A in gebogene Flächen und die Teile der Drähte F1 und giy2 zwischen den Kanten ao, ai, a2... as in die dazugehörigen Sehnen.
Durch Regulierung der Spannung der DrÏhte ist zu erreichen, dass die Hoche eines jeden Bogens nicht mehr als 1/500 der Länge seiner Sehne darstellt. Zwisehen den Stützen 7 und B2 sind zwei gleich gespannte, parallele Fäden G1 und G2 angeordnet, in deren Mitte ein leichter Stab H mit ihnen befestigt ist, dessen oberer Teil unter einem rechten Winkel abgebogen ist und einen Zeiger 71. 3 bildet. In gleicher Höhe mit der Feder A ist an einer Stütze I1 eine leichte und au¯erordentlich biegsame Blattfeder I2 befestigt, welche mittels der Schraube J2 mehr oder weniger gespannt werden. kann.
Zwischen dem freien Ende der Feder I2 und dem Stab Il ist ein Seiden- (oder Nylon-) faden ici gespannt, welcher wenigstens einmal um die Achse N eines drehbaren Zeigers Nl gewickelt ist.
Der durch die HitzdrÏhte F1 und F2 flie ssende Strom bewirkt eine Formänderung der Feder A, wodurch die Spannung der FÏden G1 und G2 vermindert wird. Die Mitte der FÏden G1 und 6*3 wird vom Faden K1 mittels des Stabes H angezogen, so dass der Zeiger N1 sich proportional Zll dieser Verschie- bung dreht, und der Zeiger 113 die Zahl der vom Zeiger Ni ausgeführten Umdrehungen angibt.
In der in Fig. 2 dargestellten Variante setzt sich das Instrument aus zwei einander v¯llig gleichen Teilen gemäss der Fig. 1 zu- sammen. In jedem Teil werden in ao die Enden der Drähte 7+71 durch einen flachen und sehr biegsamen Leiter L verbunden, währencl von jedem Draht F2 in as ein Leiter Ll bzw.
L zu einer Klemme 3I1 bzw. lI2 verlÏuft.
Mittels einer entsprechenden Vorrichtung werden die FÏden K1 und K2 derart ber die Welle N eines drehbaren Zeigers N1 geführt, da¯ sie an dieser Stel. le einen Winkel bilden, wobei die FÏden K1 und K2 beider Teile die Welle N umsehliessen. Die Welle N wird von den gespannten Seidenfäden getragen. Zwecks Vermeidung einer Senkung der Welle N verlaufen die FÏden zwischen auf ihr angebrachten (nicht dargestellten) Verdickungen. Der Zeiger NI. ist mit einem Dämpfer N2 und einem Gegengewicht N3 versehen. Die Ablesung der Anzeigen des Zeigers Ni erfolgt auf einer Kreisskala, und jede volle Zeigerumdrehung wird von dem rechtwinklig abgebogenen Stab 11 auf einer besonderen Skala angegeben.
Bei Anschluss des Instrumentes an das Stromnetz durch die Klemmen Mi und M2 fliesst der zu messende Strom durch die Drähte Fi und Fa und den sie verbindenden Leiter L ; dabei erwärmen sich die DrÏhte Fi und F2 und dehnen sich dank ihrem hohen Ausdehnungskoeffizienten aus. Die Facetten 1, 2, 3... 8 flachen sich ab, infolgedessen vermindert sich die Spannung der Fäden 6*1 und G2 beider Federn 21, und ihre Mitten mit den Stäben H werden von den Seiden (oder Nylon-) fÏden K1 und K2, auf welche die Federn I2 wirken, angezogen.
Diese Bewe gung überträgt sieh auf die Achse N und wird in der bereits geschilderten Weise angezeigt.
Beim Vergleich eines naeh dem Prinzip der Fig. 2 hergestellten Instrumentes als Amperemeter mit einem Messbereich bis zu 1, 2 A verwendet, mit einem Hitzdrahtamperemeter gewohnlicher Konstruktion und gleichen Messbereiches, dessen Zeiger um 900 abgelenkt wurde, maehte der Zeiger des Instrumentes acht volle Umdrehungen, womit sich eine 32mal grössere Empfindlichkeit ergibt.
Das Prinzip der Erfindung eignet sich zur Konstruktion von Amperemetern und Voltmetern (hierfür ist die Erhöhung des Wi derstandes der DrÏhte F1, F2 erforderlich).
Ausserdem erübrigt sich bei Amperemetern zur Messung grosser Stromstärken die Not wendigkeit, sie mit Shunts zu versehen, es m ssen nur bei der Konstruktion der Geräte DrÏhte F1, F2 mit stÏrkerem Querschnitt in Form von BÏndern verwendet werden, sowie andere Teile des Gerätes entsprechend stärker gebaut werden. Bei Konstruktion von Voltmetern mu¯ der Widerstand der DrÏhte F1, F2 entsprechend vergrössert werden ; infolgedessen wird ihre Länge sich auch vergr¯ ssern und somit wird es notwendig sein, sie in mehreren parallelen Reihen auf die Federn A zu spannen. Die Anzahl der Facetten 1, 2, 3... 8 der Feder A kann beliebig gewählt werden.
Durch die Konstruktion des GerÏtes aus zwei völlig gleichen symmetrischen Teilen wird die Reibung der Zeigerwelle vermindert, indem sie an den sie betätigenden Fäden aufgehängt ist.
Hot wire instrument.
The known hot-wire instruments consist in principle of a current-carrying wire. The heating caused by this current causes a wire extension, which is a function of the current. The current measurement is therefore traced back to a length measurement.
As a rule, the hot wire is stretched between two clamps, and a thread is fastened in its middle, which makes a few turns around the shaft of a pointer and is subject to the action of a spring. These instruments can be used for DC and AC measurements as well, but have little sensitivity.
The invention aims to remedy this disadvantage. The subject matter of the invention is a hot wire instrument which has an element which is at least approximately variable in shape along a polygonal line and is connected to a hot wire, the change in shape being caused by the lengthening of the hot wire achieved by the heating.
The term hot wire is also to be understood as meaning strips for cases where the current flowing through is large.
The attached drawing schematically shows two exemplary embodiments of the example of the invention.
The hot wire instrument according to Fig. 1 has a spring A made of a material whose linear expansion coefficient is as close as possible to zero, which has the shape of a ring segment whose inner surface is cylindrical, while its outer surface has several facets 1 to 8 which, when the spring A is at rest, represent a part of a polygonal prism.At the connection points of these facets, edges a1 to a8 are created and the angle at which the facets are connected depends on their length, their number and the radius of the spring.
The outermost edges a0 and a8 of the spring A are provided with vertical supports Bi and B2, and to each of them a wire or tape F1 and 2 is attached, which are made of a material with a large linear expansion coefficient and high tensile strength even with strong Heating are made. These wires are on the outside of the spring; guided along via rollers E1 and E2 to a shaft E3 and attached to it (if the spring is made of any metal alloy, insulation must be provided).
The shaft E3 is rotatably mounted on a frame D carrying the spring A.
The threads F1 and F2 can be wound onto the shaft Eg with the help of a gear wheel E4 and a vision hood E5, thereby bending the previously flat facets 1, 2, 3 ... 8 outwards and thus stretching the spring A. They are transformed the flat sides of the facets 1, 2, 3 ... 8 of the spring A in curved surfaces and the parts of the wires F1 and giy2 between the edges ao, ai, a2 ... as in the associated tendons.
By regulating the tension of the wires it is possible to ensure that the height of each bow is no more than 1/500 of the length of its tendon. Between the supports 7 and B2 there are two parallel threads G1 and G2 with the same tension, in the middle of which a light rod H is attached, the upper part of which is bent at a right angle and forms a pointer 71.3. At the same height as the spring A, a light and extremely flexible leaf spring I2 is attached to a support I1, which leaf spring I2 is more or less tensioned by means of the screw J2. can.
A silk (or nylon) thread ici is stretched between the free end of the spring I2 and the rod II and is wound at least once around the axis N of a rotatable pointer Nl.
The current flowing through the hot wires F1 and F2 changes the shape of the spring A, which reduces the tension of the threads G1 and G2. The middle of the threads G1 and 6 * 3 is attracted by the thread K1 by means of the rod H, so that the pointer N1 rotates proportionally to this shift, and the pointer 113 indicates the number of revolutions made by the pointer Ni.
In the variant shown in FIG. 2, the instrument is composed of two completely identical parts according to FIG. In each part in ao the ends of the wires 7 + 71 are connected by a flat and very flexible conductor L, while a conductor Ll resp.
L runs to a terminal 3I1 or lI2.
By means of an appropriate device, the threads K1 and K2 are guided over the shaft N of a rotatable pointer N1 in such a way that they are at this point. le form an angle, whereby the threads K1 and K2 of both parts surround the shaft N. The wave N is carried by the tensioned silk threads. In order to avoid a lowering of the shaft N, the threads run between thickenings (not shown) attached to it. The pointer NI. is provided with a damper N2 and a counterweight N3. The reading of the displays of the pointer Ni takes place on a circular scale, and each full pointer revolution is indicated by the rod 11 bent at right angles on a special scale.
When the instrument is connected to the power supply through the terminals Mi and M2, the current to be measured flows through the wires Fi and Fa and the conductor L connecting them; The wires Fi and F2 heat up and expand thanks to their high expansion coefficient. The facets 1, 2, 3 ... 8 flatten, as a result the tension of the threads 6 * 1 and G2 of both springs 21 is reduced, and their centers with the rods H are made of the silk (or nylon) threads K1 and K2, on which the springs I2 act, tightened.
This movement is transferred to the N axis and is displayed in the manner already described.
When comparing an instrument manufactured according to the principle of Fig. 2 used as an ammeter with a measuring range of up to 1.2 A, with a hot wire ammeter of conventional design and the same measuring range, whose pointer was deflected by 900, the pointer of the instrument made eight full revolutions, which results in a 32 times greater sensitivity.
The principle of the invention is suitable for the construction of ammeters and voltmeters (this requires increasing the resistance of the wires F1, F2).
In addition, ammeters for measuring large currents do not need to be provided with shunts; only when constructing the devices, wires F1, F2 with a thicker cross-section in the form of ribbons have to be used, and other parts of the device have to be made correspondingly stronger will. When designing voltmeters, the resistance of wires F1, F2 must be increased accordingly; as a result, their length will also increase and it will therefore be necessary to tension them on springs A in several parallel rows. The number of facets 1, 2, 3 ... 8 of the spring A can be chosen arbitrarily.
Due to the construction of the device from two completely identical symmetrical parts, the friction of the pointer shaft is reduced because it is suspended by the threads that actuate it.