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.
Moving iron measuring instrument
The object of the present invention is to create an electrical moving iron measuring instrument for matching precision measurements of balancing and alternating currents, which has remarkable advances in electrical and constructional relation compared to the previously known instruments.
Among the moving iron measuring instruments, only one measuring mechanism is used in which two iron are arranged in a magnetic coil in such a way that they are magnetized in the same direction by the coil field.
One iron is fixed and the other rotatably arranged and is deflected under the effect of the repulsive forces taking place between the two irons. A modified form has also become known, in which two symmetrically mounted movable irons and two fixed irons in a coil field are magnetized in the same direction. The deflection of the two movable iron takes place under the action of the repulsive forces.
The self-consumption of the instruments built according to the above principle is consistently high as long as they are precision instruments of classes 0.1 or 0.2.
This has a particularly unfavorable effect when developing moving iron voltmeters that require a higher series resistance. For example, one of the most modern instruments of this type has an internal consumption of: 18 watts in the voltage range of 600 volts, i.e. a current consumption of 30 mA.
In order to avoid the disadvantages occurring with the instruments built according to the principle mentioned, which limit their usefulness as precision instruments, according to the invention a moving iron measuring instrument based on the principle of the needle galvanometer, for the measurement of direct and alternating currents, using an iron alloy from a Proposed coercive force below 0.01 oersted for the moving iron, which is characterized by the combination of the following features: a) the needle has the shape of a rectangular plate; b) the needle is carried by a strap bearing;
c) the direction of the needle is indicated by a light mark, which is reflected by a mirror connected to the needle and, after multiple reflections on fixed mirrors, is mapped on a scale; d) the measuring mechanism is surrounded by a magnetic screen.
The principle on which this instrument is based has already been specified by Bellati.The moving iron measuring instruments according to Bellati described in the literature are not intended to be precision instruments for the consistently correct measurement of direct and alternating currents with a class accuracy of 0.1-0.2 and only one scale suitable. The instruments that have become known can only be used to detect currents.
They have not been able to establish themselves in practice as instruments for measuring direct and alternating currents, and this embodiment has long since been either dropped or not taken up at all by all manufacturers of measuring instruments as being unusable in practice.
In a known measuring mechanism designed according to Bellati, a rod consisting of several fine iron wires is used as the needle. Inevitably, remanence and hysteresis errors occur during measurements, which falsify the display. Correspondingly correct measurement of direct and alternating currents is not possible with this instrument. The deflection angle of the needle is approximately approximately in this known embodiment. 45 ". To achieve the zero position of the physical pointer in the currentless state, an additional weight is arranged on the bearing.
Due to this heavy construction of the moving part of the measuring mechanism and the large deflection angle, a high AW number is required for the field coils. This well-known embodiment is around 60 years old and could not establish itself in practice.
The disadvantages of this Bellati needle gaivanometer are eliminated in the embodiment according to the invention by combining the features mentioned per se. In order to avoid remanence and hysteresis errors, the needle is made of an iron alloy with a coercive force of less than 0.01 Oersted. The use of a light pointer reduces the deflection of the needle from approximately 45 "in the known embodiment to a few degrees. Accordingly, the movable member has a very low weight.
The tension band mounting of the needle also prevents any bearing friction, so that there is a further increase in sensitivity. As a result of the last two measures mentioned, the required AW number of field coils is very low. The influence of external fields is eliminated by an iron shield.
An exemplary embodiment shown in the drawing is described in more detail below. 1 shows a front view and FIG. 2 shows a plan view. In the figures, the same elements have the same designations.
A needle iron 3 is arranged in the field of two coils 4. The needle bar is connected to an axle 2 which is suspended from tensioning straps 11. The tension bands 11 are attached to tension leaf springs 1. If the longitudinal direction of the needle iron is perpendicular to the lines of force of the field, there is no magnetization in the longitudinal clearing of the needle iron and no deflection of the same takes place. If the needle bar lies with its longitudinal direction in the direction of the lines of force of the field, magnetization takes place, but also no deflection. Both magnetization and deflection take place in all intermediate layers.
It has proven to be useful to give the needle iron 3 the shape of a rectangle. In order to suppress the formation of eddy currents in the needle iron 3, it can be useful, especially at higher frequencies, to produce it from several superimposed, thin and mutually insulated platelets which are connected to one another by lacquer or glue.
Since the needle bar, as shown in the figure, is arranged radially symmetrically in the field, all radial components of the magnetic forces acting on the needle bar cancel each other out.
Since the angle by which the movable system is rotated when the field strength acts is small, around 120, but on the other hand a scale arc of approximately 900 is required for reading the deflection angle, a known light mark reading is provided in which the Rotation of the mirror 5 attached to the movable system is indicated on a scale 14 by a light mark after multiple reflection on fixed mirrors. The required light source is labeled 13 and the resulting light pointer is labeled 12. The measuring mechanism is also surrounded by a double magnetic screen S, 10.
The interaction of these measures makes it possible to develop an extremely accurate and interference-free precision display instrument for direct and alternating current, which is particularly easy to use. Ru. ctive structure
Another significant advantage of the embodiment shown is that the small dimensions of the needle iron 3 in conjunction with its small deflection angle can give the field coils extremely small dimensions, so that only a relatively short wire length is required for their manufacture.
This offers the extremely great advantage that the self-consumption of the field coils, apart from a tenth of the self-consumption of about 0.6 ... 1 W to less than 0.2 in known instruments of the accuracy class 0.1 and 0.20 / 0 W can be reduced without falling below the accuracy of 0.1 and 0.2 0 / o.
The sensitivity of the instrument can be changed within wide limits in that the small straightening force of the tensioning straps is increased by additional straightening force springs 6. The scale character can be changed within wide limits by changing the angle that the needle iron forms in its initial position with the direction of the magnetic lines of force. For this purpose, the field coils are structurally supported in such a way that they can be rotated about an axis that coincides with the axis of rotation of the needle iron.
For the damping of the visual vibrations, given the small amount of space required by the rotatable system, eddy current damping consisting of damping plate 7 and magnet 8 can be provided without difficulty.