Dreheisen-Messinstrument
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein elektrisches Dreheisen-Messinstru- ment für übereinstimmende Präzisionsmessungen von Gleieh-und Wechseiströmen zu schaffen, das bemerkenswerte Fortschritte in elektrischer und konstruktiver Beziehung gegenüber den bisher bekannten Instrumen- ten aufweist.
Unter den Dreheisen-Messinstrnment en wird jetzt ausschliesslich ein Messwerk ange- wendet, bei dem zwei Eisen in einer Magnet spule so angeordnet sind, dass sie vom Spulenfeld gleichsinnig magnetisiert werden.
Das eine Eisen ist fest gelagert und das andere drehbar angeordnet und wird unter der Wirkung der zwischen den beiden Eisen stattfindenden abstossenden Kräfte ausgelenkt. Es ist auch eine abgewandelte Form bekanntgeworden, bei der zwei symmetrisch gelagerte bewegliche Eisen und zwei feste Eisen in einem Spulenfeld gleichsinnig ma- gnetisicrt werden. Die Auslenkung der beiden beweglichen Eisen findet wiederum unter Einwirkung der abstossenden Kräfte statt.
Der Eigenverbrauch der nach dem vorstehenden Prinzip gebauten Instrumente ist durchweg hoch, soweit es sich um Präzisionsinstrumente der Klassen 0,1 oder 0,2 handelt.
Das wirkt sich besonders ungünstig aus bei der Entwicklung von Dreheisenspannungs messern, die einen höheren Vorwiderstand benötigen. Beispielsweise hat eines der modernsten Instrumente dieser Art einen Eigen verbrauch von : 18 Watt im Spannungsbereich von 600 Volt, also eine Stromaufnahme von 30 mA.
Um die bei den nach dem genannten Prinzip gebauten Instrumente auftretenden Nachteile, die ihre Brauchbarkeit als Präzisionsinstrumente einschränken, zu vermeiden, wird erfindungsgemäss ein Dreheisen-Mess instrument nach dem Prinzip des Nadel galvanometers, für die Messung von Gleichund Wechselströmen, unter Verwendung einer Eisenlegierung von einer Koerzitivkraft unter 0,01 Oersted für das Dreheisen vorgeschlagen, das durch die Vereinigung folgender Merkmale gekennzeichnet ist: a) die Nadel hat die Form eines rechteckigen Plättchens; b) die Nadel ist von einer Spannbandla- gerung getragen;
c) die AuslenLlng der Nadel wird durch eine Lichtmarke angezeigt, die von einem mit der Nadel verbundenen Spiegel reflektiert und nach mehrfacher Reflexion an feststehenden Spiegeln auf einer Skala abgebildet wird; d) das Messwerk ist mit einem magnetischen Schirm umgeben.
Das diesem Instrument zugrunde liegende Prinzip ist bereits von Bellati angegeben worden Die in der Literatur beschriebenen Dreheisen-Messinstrumente nach B ellati sind nicht als Präzisionsinstrumente für die übereinstimmend richtige Messung von Gleichund Wechseiströmen mit einer Klassengenauigkeit von 0,1-0,2 und nur einer Skala geeignet. Die bekanntgewordenen Instrumente sind lediglich zum Nachweis von Strömen verwendbar.
Sie haben sich in der Praxis als Instrumente zur Messung von Gleich-und Wechseiströmen nicht durchsetzen können, und diese Ausführungsform ist seit langem als unbrauchbar für die Praxis von allen Messinstrumenteherstellern entweder fallengelassen oder überhaupt nicht aufgegriffen worden.
Bei einem bekannten, nach Bellati ausgebildeten Messwerk wird als Nadel ein aus mehreren feinen Eisendrähten bestehendes Stäbehen verwendet. Zwangläufig treten bei Messungen Remanenz-und Hysteresefehler auf, die die Anzeige fälschen. Eine übereinstimmend richtige Messung von Gleich- und Wechselströmen ist mit diesem Instrument nicht möglich Der Ausschlagswinkel der Nadel beträgt bei dieser bekannten Ausfüh rungsform etwa. 45". Zur Erreichung der Nullstellung des körperlichen Zeigers im stromlosen Zustand ist an der Lagerung ein zusätzliches Gewieht angeordnet.
Durch diese schwere Ausbildung des beweglichen Organs des Messwerkes und den grossen Ausschlagswinkel wird eine hohe AW-Zahl für die Feldspulen benötigt. Diese bekannte Aus- führungsform ist etwa 60 Jahre alt und konnte sich in der Praxis nicht durchsetzen.
Die Nachteile dieses Nadelgaivanometers nach Bellati werden bei der erfindungsge mässen Ausführungsform durch die Vereinigung der genannten an sich bekannten Merkmale behoben. Um Remanenz- und Hysteresefehler zu vermeiden, ist die Nadel aus einer Eisenlegierung mit einer Koerzitivkraft unter 0,01 Oersted ausgebildet. Durch die Verwendung eines Lichtzeigers ist die Auslenkung der Nadel von etwa 45" bei der bekannten Ausführungsform auf einige Grade verringert. Entsprechend ergibt sieh ein sehr geringes Gewicht des beweglichen Organs.
Durch die Spannbandlagerung der Nadel wird weiter jede Lagerreibung vermieden, so dass sieh eine weitere Empfindlichkeitssteige rung ergibt. Durch die beiden letztgenannten Massnahmen wird die benötigte AW-Zahl der Feldspulen sehr gering. Der Einfluss von Fremdfeldern ist durch eine Eisenabschirmung beseitigt.
Ein in der Zeiehnung dargestelltes Ausführungsbeispiel wird im folgenden näher beschrieben. Die Fig. 1 stellt dabei eine Vorderansicht und die Fig. 2 eine Draufsicht dar. In den Figuren tragen gleiche Elemente gleiehe Bezeichnungen.
Ein Nadeleisen 3 ist in dem Feld zweier Spulen 4 angeordnet. Das Nadeleisen ist dabei mit einer Achse 2 verbunden, die an Spannbändern 11 aufgehängt ist. Die Spann bänder 11 sind an Spannblattfedern 1 befestigt. Ist die Längsrichtung des Nadeleisens senkrecht zu den Kraftlinien des Feldes, so findet keine Magnetisierung in der Längslichtung des Nadeleisens und keine Ablenkung desselben statt. Liegt das Nadeleisen mit seiner Längsrichtung in Richtung der Kraftlinien des Feldes, so findet zwar eine Magnetisierung, aber auch keine Ablenkung statt. In allen Zwischenlagen findet sowohl eine Magnetisienmg als auch eine Ablenkung statt.
Es hat sich als zweckmässig erwiesen, dem Nadeleisen 3 die Form eines Rechtecks zu geben. Um die Entstehung von Wirbelströmcn im Nadeleisen 3 zu unterdrüeken, kann es, insbesondere bei höheren Frequenzen, zweckmässig sein, dieses aus mehreren übereinandergelegten, dünnen und gegeneinander isolierten Plättchen herzustellen, die durch Laclr oder Klebstoff miteinander verbunden sind.
Da das Nadeleisen, wie die Abbildung zeigt, radial symmetrisch im Felde angeordnet ist, heben sich alle radialen Komponenten der auf das Nadeleisen wirkenden magnefisehen Kräfte gegenseitig auf.
Da der Winkel, um den das bewegliche System bei Einwirkung der Feldstärke gedreht wird, klein ist, etwa 120, anderseits aber ein Skalenbogen von angenähert 900 für die Ablesung des Ausschlagwinkels gefordert wird, ist eine an sich bekannte Lichtmarken- ablesung vorgesehen, bei der die Drehung des am beweglichen System befestigten Spiegels 5 durch eine Lichtmarke nach mehrfacher Reflexion an festen Spiegeln auf einer Skala 14 angezeigt wird. Die benötigte Lichtquelle ist mit 13 und der sich ergebende Lichtzeiger mit 12 bezeichnet. Das Messwerk ist ferner mit einem doppelten magnetischen Schirm S, 10 umgeben.
Das Zusammenwirken dieser Massnahmen ermöglicht es, ein äusserst genaues und störungsfreies Präzisionsanzeigeinstrument für Gleich und Wechselstrom zu entwickeln, das sich durch besonders einfaehen konst. ru. ktiven Aufbau auszeichnet
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der gezeigten Ausbildung besteht darin, dass durch die kleinen Abmessungen des Nadeleisens 3 in Verbindung mit seinem kleinen Ausschlagswinkel den Feldspulen äusserst kleine Abmessungen gegeben werden können, so dass ur eine verhältnismässig geringe Drahtlänge zu ihrer Herstellung erforderlich ist.
Hiermit ist der ausserordentlich grosse Vorteil erzielbar, dass der Eigenverbraueh der Feldspulen bis auf den zehnten Teil des bei bekannten Instrumenten der Genauigkeitsklasse 0,1 und 0,20/0 vorhandenen Eigenverbrauches von etwa 0,6 ... 1 W auf unter 0,2 W vermindert werden kann, ohne dass die Genauigkeit von 0,1 und 0,2 0/o unterschritten wird.
Die Empfindlichkeit des Instrumentes kann in weiten Grenzen dadurch geändert werden, dass die kleine Richtkraft der Spannbänder durch zusätzliche Riehtkraftfedern 6 vergrössert wird. Der Skalencharakter lässt sieh in weiten Grenzen durch Änderung des Winkels, den das Nadeleisen in seiner An- fangslage mit der Richtung der magnetischen Kraftlinien bildet, verändern. Zu diesem Zwecke werden die Feldspulen konstruktiv so gelagert, dass sie um eine Achse drehbar sind, die mit der Drehachse des Nadeleisens zusammenfällt.
Für die Dämpfung der Sehwingungen kann bei dem geringen Platz- bedarf, den das drehbare System erfordert, ohne Schwierigkeit eine aus Dämpfungsblech 7 und -magnet 8 bestehende Wirbelstromdämpfung vorgesehen werden.