DE1126025B

DE1126025B - Electromagnetic measuring mechanism with magnetic restoring force

Info

Publication number: DE1126025B
Application number: DEM40758A
Authority: DE
Inventors: Fritz Dexcovich
Original assignee: Medek & Schoerner
Current assignee: Medek & Schoerner
Priority date: 1958-03-08
Filing date: 1959-03-09
Publication date: 1962-03-22

Description

Elektromagnetisches Meßwerk mit magnetischer Rückstellkraft Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Meßwerk mit magnetischer Rückstellkraft, das zur Messung elektrischer Ströme und Spannungen, insbesondere solcher rasdh wechselnder Polarität oder Amplitude dient, wie sie beispielsweise bei der Aufnahme von Elektrokardiogrammen vorkommen, wobei an Stelle eines Zeigers ein Sohreibstift mit dem Meßwerk verbunden sein kann, um den Verlauf der Meßgröße unmittelbar aufzuzeichnen. Electromagnetic measuring mechanism with magnetic restoring force The invention relates to an electromagnetic measuring mechanism with magnetic restoring force that is used for Measurement of electrical currents and voltages, especially those that change rapidly Polarity or amplitude is used, for example, when recording electrocardiograms occur, with a Sohreibstift connected to the measuring mechanism instead of a pointer can be to record the course of the measured variable immediately.

Bei bekannten Drehspulmeßwerken ist eine sehr leicht ausgeführte Spule im Feld einem Permanentmagneten angeordnet, und sie umgibt dabei einen festen Kern, der den Zweck hat, ein homogenes Feld im Bereich der Spule herzustellen. Manchmal ist auch der Kern vormagnetisiert und übt dann die Funktion des Permanentmagneten aus. Die Spule unterliegt einer Rückstellkraft, die durch mechanische Bauelemente, wie Spiralfedern usw., erzeugt wird. Die Anzeige dieser Meßsysteme ist linear. In known moving coil measuring units, one is very light Coil arranged in the field of a permanent magnet, and it surrounds a solid Core, which has the purpose of creating a homogeneous field in the area of the coil. Once in a while the core is also premagnetized and then acts as a permanent magnet the end. The coil is subject to a restoring force caused by mechanical components, such as coil springs, etc., is generated. The display of these measuring systems is linear.

Es sind weiters Meßwerke bekannt, bei denen ein magnetisch polarisierter oder auch neutraler Anker im Feld einer vom zu messenden Strom durchfiossenen Spule liegt. Auch diese Anordnung bedingt die Anbringung einer Rückzugfeder, da keine natürliche Rückführungskraft vorhanden ist, womit sich die bekannten Nachteile dieser Feder ergeben. Abgesehen vom zusätzlichen Aufwand, tritt ein einseitiger Nullpunkt auf, so daß ein solches Gerät für die Messung von Schwingungsvorgängen ungeeignet ist. Es ist bei solchen Instrumenten auch durchaus möglich, daß sich die Magnetisierung des Ankers im Laufe der Zeit oder bei hohen Meßströmen ändert, wodurch die Meßgenauigkeit beeinträchtigt wird. There are also measuring mechanisms known in which a magnetically polarized or a neutral anchor in the field of a coil through which the current to be measured flows lies. This arrangement also requires the attachment of a return spring, since none natural repatriation force is present, bringing the known disadvantages of this Spring surrender. Apart from the additional effort, there is a one-sided zero point on, so that such a device for the measurement of vibration processes is unsuitable is. With such instruments it is also quite possible that the magnetization of the armature changes in the course of time or with high measuring currents, whereby the measuring accuracy is affected.

Schließlich ist als Stand der Technik noch ein Schaltrelais zu erwähnen, das einen in einem Konstantfeld drehbaren Anker besitzt, der neben einer Antriebswicklung auch noch eine Hilfswicklung trägt. Finally, a switching relay should be mentioned as state of the art, which has an armature which can be rotated in a constant field and which is next to a drive winding also carries an auxiliary winding.

Letztere hat unter anderem die Aufgabe, die Rückführung des Systems in die Ausgangsstellung zu bewirken. Dieses Instrument wirkt ausschließlich als Milliampere-Sekundenrelais; die Erkenntnis, daß sich diese Beiweise durch entsprechende Abwandlung vorteilhaft zur Erstellung eines Meßwerkes für die eingangs angeführten Zwecke verwenden ließen, liegt daher nicht nahe.The latter has, among other things, the task of returning the system to effect in the starting position. This instrument acts solely as a Milliampere second relay; the knowledge that these references can be achieved by appropriate Modification advantageous for the creation of a measuring mechanism for the above-mentioned Let us use it for purposes, therefore, does not seem obvious.

Gemäß der Erfindung ist nun ein elektromagneti sches Meßwerk mit magnetischer Rückstellkraft dadurch gekennzeichnet, daß ein mit einer Spule versehener Doppel-T-Anker aus Weicheisen drehbar im kreisförmigen Luftspalt eines Permanentmagneten gelagert ist, derart, daß in der Nullstellung des Systems die Spulenachse senkrecht zu den magnetischen Kraftlinien im Luftspalt steht. According to the invention, an electromagnetic cal measuring mechanism is now with magnetic restoring force, characterized in that a coil provided with a Double-T armature made of soft iron can be rotated in the circular air gap of a permanent magnet is mounted in such a way that in the zero position of the system, the coil axis is perpendicular to the magnetic lines of force in the air gap.

Der Anker ist durch das Magnetfeld des Joches magnetisiert. Dennoch hat das System nicht den Charakter eines Dreheisenmeßwerkes, sondern den eines Drehmagnetsystems. Die Ausschläge sind daher dem durch die Spule fließenden Strom proportional, also linear. The armature is magnetized by the yoke's magnetic field. Yet the system does not have the character of a moving iron measuring mechanism, but that of a rotary magnet system. The deflections are therefore proportional to the current flowing through the coil linear.

Ein wesentlicher Vorteil ist, daß mechanische Mittel zur Herbeiführung der Rückstellkräfte entbehrlich sind, wodurch deren Nachteile, wie Ermüdungserscheinungen, Nichtlinearität usw., wegfallen. Die Eigenfrequenz sowie die Empfindlichkeit des Systems kann leicht durch Anordnung eines magnetischen Nebenschlusses über den Luftspalt beeinflußt werden, was eine Änderung der Rückstellkraft hervorruft. Mit Vorteil wird der Anker zur Vermeidung von Wirbelstromverlusten aus Blechen geschichtet. A major advantage is that mechanical means of induction the restoring forces are dispensable, whereby their disadvantages, such as signs of fatigue, Non-linearity, etc., are omitted. The natural frequency and the sensitivity of the System can be easily adjusted by placing a magnetic shunt across the air gap be influenced, which causes a change in the restoring force. With advantage the armature is layered from sheet metal to avoid eddy current losses.

Ein weiterer Umstand, der den Erfindungsgegenstand noch gegenüber bekannten Drehspulsystemen hervorhebt, ist folgender: Bei den üblichen Drehspulsystemen muß der Luftspalt zwischen den statischen Magnetpolen und dem kreisrunden Kern ein gewisses relativ großes Ausmaß haben, weil sich in ihm die Drehspule frei bewegen muß. Durch Toleranzen bei der Herstellung der Spulen bedingt, muß der Luftspalt erheblich größer als die theoretisch erzielbare Spulendicke - und damit das theoretisch denkbare Mindestmaß sein. Another fact that contrasts with the subject matter of the invention known moving coil systems is the following: In the usual moving coil systems the air gap between the static magnetic poles and the circular core must be have a certain relatively large size because the moving coil move freely in it got to. Due to manufacturing tolerances the coils conditional, must the air gap is considerably larger than the theoretically achievable coil thickness - and thus the theoretically conceivable minimum.

Beim Erfindungsgegenstand hingegen bewegt sich innerhalb der statischen Magnetpole nur der Dreh anker, und es ist daher möglich, bei genau gearbeiteten gegenüberliegenden Oberflächen von Polen und Anker einen Luftspalt in der Größenordnung weniger Zehntel eines Millimeters zu erreichen. The subject of the invention, however, moves within the static Magnetic poles only anchor the swivel, and it is therefore possible with precisely machined opposite surfaces of poles and anchors an air gap on the order of magnitude to reach less tenths of a millimeter.

Dieser praktisch nur mit dem Erfindungsgegenstand realisierbare Umstand führt erstens dazu, daß die magnetischen Anziehungskräfte bei gleichem Energieaufwand vielfach größer sind als bei den üblichen Drehspulsystemen. Das bedeutet aber, daß auf die Masse des Drehankers große Kräfte wirken und ihn vehement beschleunigen. In der Praxis ergibt sich dabei, daß die wohl größere Trägheit des Drehankers durch die größeren auf ihn einwirkenden Kräfte ausgeglichen wird, so daß sie keinerlei Nachteil darstellt. This fact that can practically only be realized with the subject matter of the invention firstly leads to the fact that the magnetic forces of attraction with the same expenditure of energy are many times larger than with the usual moving coil systems. But that means that Great forces act on the mass of the rotating armature and accelerate it vehemently. In practice, this results in the probably greater inertia of the rotating armature through the greater forces acting on it is balanced out so that they do not have any Is disadvantage.

Ein weiterer Vorteil des geringen Luftspaltes ist die praktische Ausschaltung störender Streufelder. Schließlich kommt als Vorteil des Erfindungsgegenstandes noch hinzu, daß durch die relativ große bewegte Masse die Einflüsse durch die naturgemäß bei längerem Gebrauch des Gerätes zunehmende Lager- und Zeigerreibung sowie durch die Zeigermasse sehr gering werden, so daß das Gerät auch bei rauher Behandlung lange Zeit betriebsfähig und genau anzeigend bleibt. Another advantage of the small air gap is its practicality Elimination of disruptive stray fields. Finally, there comes an advantage of the subject matter of the invention in addition, that due to the relatively large moving mass, the influences due to the natural with prolonged use of the device, increasing bearing and pointer friction as well as through the pointer mass will be very small, so that the device can be used even with rough handling remains operational and accurate for a long time.

Infolgedessen ist das erfindungsgemäße Meßwerk insbesondere für die Verwendung in Elektrokardiographen geeignet.As a result, the measuring mechanism according to the invention is particularly suitable for Suitable for use in electrocardiographs.

Zusammengefaßt besitzt also das erfindungsgemäße Meßwerk folgende Vorteile: 1. Rückstellung ausschließlich durch magnetische Kräfte, dadurch Wegfall von mechanischen Elementen, wie Rückholfedern u. dgl., 2. praktisch lineare Anzeigeskala, 3. Unbeeinflußbarkeit durch äußere Störfelder, 4. große Verstellkräfte, 5. robuste Konstruktion, 6. leichte Herstellbarkeit, 7. hohe Eigenfrequenz des Systems zufolge der hohen Rückstellkraft und 8. leichte Einstellbarkeit von Eigenfrequenz und Empfindlichkeit durch magnetische Nebenschlüsse. In summary, the measuring mechanism according to the invention has the following Advantages: 1. Resetting solely by magnetic forces, which means that it is no longer necessary of mechanical elements such as return springs and the like, 2nd practically linear display scale, 3. Unaffected by external interference fields, 4. Large adjustment forces, 5. Robust Construction, 6. easy manufacturability, 7. high natural frequency of the system the high restoring force and 8. easy adjustability of natural frequency and sensitivity by magnetic shunts.

An Hand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel beschrieben, und es werden die zum Verständnis der Wirkungsweise erforderlichen Erläuterungen gegeben. Es zeigt Fig. 1 schematisch ein Meßsystem gemäß der Erfindung, Fig. 2 und 3 Einzelheiten in der Umgebung des Ankers und Fig. 4 eine Variante für die Ausbildung des Ankers. An exemplary embodiment is described with reference to the drawing, and the explanations required to understand the mode of operation are given. 1 shows schematically a measuring system according to the invention, FIGS. 2 and 3 details in the vicinity of the anchor and FIG. 4 shows a variant for the design of the anchor.

In Fig. 1 bezeichnet 1 das übliche Joch aus magnetisierbarem Material, das vormagnetisiert ist und daher einen permanenten Magneten darstellt. Es kann aber auch eine Erregerspule vorgesehen sein. Das Joch besitzt wie üblich einen kreisförmigen Luftspalt 3, in dem ein Doppel-T-Anker 2 derart eingesetzt ist, daß seine durch die Polschuhe gehende Symmetrieebene senkrecht zur Magnetisierung des Joches verläuft. Der Anker ist in seiner Achse 4 in üblicher Weise leicht drehbar gelagert, trägt beispielsweise einen Zeiger 5, dessen Ende auch einen Schreibstift aufweisen kann. In Fig. 1, 1 denotes the usual yoke made of magnetizable material, which is pre-magnetized and therefore represents a permanent magnet. It can but also an excitation coil can be provided. As usual, the yoke is circular Air gap 3, in which a double-T armature 2 is inserted in such a way that its through the plane of symmetry going through the pole shoes is perpendicular to the magnetization of the yoke. The armature is easily rotatably mounted in its axis 4 in the usual way, carries for example a pointer 5, the end of which can also have a pen.

In die Nuten 6 des Ankers ist die den Meßstrom führende Spule gewickelt, deren Enden wie üblich zu nicht gezeichneten Klemmen geführt sind. Ein Nebenschluß 7 kann zur Überbrückung des Luftspaltes vorgesehen sein, um einen Teil des Jochfeldes abzuzweigen.The coil carrying the measuring current is wound in the grooves 6 of the armature, their ends closed as usual terminals are not shown. A shunt 7 can be provided to bridge the air gap around part of the yoke field branch off.

In Fig. 2 ist das System in seiner Nullstellung gezeichnet. Am Luftspalt bildet das Joch einen Nord-und einen Südpol N bzw. S aus. Dadurch wird der Anker magnetisiert, und zwar bilden sich an den Enden der Polschuhe des Ankers, wie gezeichnet, links Südpole und rechts Nordpole aus. Es ist leicht einzusehen, daß die Anziehungskräfte zwischen den Polen am Joch und am Anker diesen in der gezeichneten Lage zu halten trachten, bzw. wird er durch diese Kräfte, im Falle man eine Verdrehung erzwingt, in die Mittellage zurückgedreht. Es ist nur zu beachten, daß bei einer Verdrehung, die mehr als 450 gegenüber der Nullage beträgt, der Anker in eine Lage schnellt, die zur gezeichneten um 900 verdreht ist. In Fig. 2, the system is drawn in its zero position. At the air gap the yoke forms a north and a south pole N and S, respectively. This becomes the anchor magnetized, namely at the ends of the armature's pole shoes, as shown, left south pole and right north pole. It is easy to see that the forces of attraction between the poles on the yoke and on the anchor to keep this in the position shown strive, or will it be through these forces, in the event that a twist is forced, turned back to the central position. It is only to be noted that with a twist, which is more than 450 compared to the zero position, the anchor snaps into a position, which is rotated by 900 to the one shown.

In Fig. 3 ist zunächst die Nullage des Ankers nochmals gezeichnet, nur sei angenommen, daß die Spule mit Strom beaufschlagt wird. Die Spule erzeugt daher ein Feld, das für sich z. B. durch den mit N-S bezeichneten Pfeil versinnbildlicht sei. Dieses Feld überlagert sich dem vom Joch auf den Anker übertragenen Feld, wodurch sich ein Summenfeld ergibt, das etwa in die Richtung der gestrichelten Linie 9 fallen wird. In Fig. 3, the zero position of the armature is first drawn again, only assume that the coil is energized. The coil generates therefore a field that z. B. symbolized by the arrow labeled N-S may be. This field is superimposed on the field transmitted from the yoke to the armature, whereby the result is a total field that falls approximately in the direction of the dashed line 9 will.

Infolge dieser Überlagerung muß sich der Anker so weit verdrehen, bis die Felder des Ankers und des Joches im Gleichgewicht sind. Der dadurch erzwungene Verdrehungswinkel des Ankers ist dann, wie leicht rückzuschließen ist, proportional dem Spulenstrom. Sinkt der Strom auf den Wert Null ab, so stellt sich sofort der Zustand gemäß Fig. 1 wieder her, da der Anker voraussetzungsgemäß aus Weicheisen ist, d. h., er wird in die Nullage rückgeführt.As a result of this superposition, the anchor must twist so far that until the fields of the anchor and the yoke are in equilibrium. The one forced by it The angle of rotation of the armature is then, as can easily be deduced, proportional the coil current. If the current drops to the value zero, the will be set immediately Condition according to FIG. 1 again, since the anchor is made of soft iron as required is, d. i.e. it is returned to the zero position.

Man sieht also, daß das System ohne mechanische Rückführung arbeitet und diese ausschließlich durch die magnetischen Kräfte hervorgerufen wird. Die obenerwähnte Möglichkeit des Überschnellens des Ankers in die um 900 verdrehte Stellung ist in der Praxis ohne Bedeutung, da die hierfür erforderlichen Kräfte bei den in Frage kommenden Feldstärken des Jochfeldes weitaus die Kräfte überwiegen, die durch das Meßsystem unter den dann gegebenen Umständen ausgeübt werden können. So you can see that the system works without mechanical feedback and this is caused exclusively by the magnetic forces. The above mentioned Possibility of overspeeding the armature into the position rotated by 900 is in in practice of no importance, since the forces required for this are in question Coming field strengths of the yoke far outweigh the forces caused by the Measurement system can be exercised under the then given circumstances.

Die Fig. 4 zeigt die Ausbildung des Ankers, wenn er für höhere Meßfrequenzen verwendet werden soll. 4 shows the design of the armature when it is used for higher measuring frequencies should be used.

Seine Polschuhe sind in seiner Symmetrieebene parallel zu seiner Drehachse mit Nuten 8 versehen, wodurch sein Gewicht vermindert wird, ohne daß sich die Kräfteverhältnisse infolge der magnetischen Anziehung ändern.Its pole pieces are parallel to its axis of rotation in its plane of symmetry provided with grooves 8, whereby its weight is reduced without affecting the balance of power change as a result of magnetic attraction.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Electromagnetic measuring mechanism with magnetic Restoring force, characterized in that a double-T armature provided with a coil (6) (2) made of soft iron rotatable in the circular air gap (3) of a permanent magnet (1) is mounted in such a way that in the zero position of the system the coil axis is perpendicular to the magnetic lines of force in the air gap.

2. Measuring mechanism according to claim 1, characterized in that the pole shoes of the soft iron anchor (2) in its plane of symmetry parallel to his Have the axis of rotation extending grooves (8).

3. Measuring mechanism according to claim 1 or 2, characterized in that the Air gap (3) of the yoke (1) in a known manner by a magnetic Shunt (7) can be bridged.

Documents considered: German Patent No. 734 180; U.S. Patent Nos. 2,889,520, 2,997; Office Patent No. 1622 for inventions and patents in the Soviet zone of occupation in Germany.