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Empfindliches Drehmagnet-Meßinstrument Bekanntlich benötigt man in
der heutigen modernen elektrischen Meßtechnik, insbesondere für transistorierte
Rundfunk- und Fernsehempfänger, Meßinstrumente hoher Empfindlichkeit, welche äußerst
geringe Stromstärken, beispielsweise der Größenordnung von etwa 200 itA bis 1 mA,
messen lassen. Wenn man beabsichtigt, derartige Geräte so auszuführen, daß man von
den üblichen Mitteln Gebrauch macht, die die Instrumente mit auf Drehzapfen gelagertem
beweglichen Meßwerk kennzeichnen, so gelangt man zu äußerst kostspieligen Lösungen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein empfindliches Mikroamperemeter
zu schaffen, das von einfachem und wirtschaftlichem Aufbau und vor allem als Abstimmanzeigegerät
für Transistorempfänger verwendbar ist.
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Diese Aufgabe ist bei dem hier vorgeschlagenen Meßinstrument der
eingangs genannten Art vor allem dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß in einem dicht
abgeschlossenen, um seine Achse drehbaren Hohlzylinder ein senkrecht zur Zylinderachse
magnetisierter Permanentmagnet fest angeordnet ist, daß dieser Hohlzylinder in einem
mit einer Flüssigkeit mit niedrigem Gefrierpunkt gefüllten Gehäuse gelagert ist,
wobei eine Flüssigkeit mit solchem spezifischem Gewicht verwendet wird, daß das
Gewicht des drehbaren Meßwerkteils infolge des Auftriebs annähernd aufgehoben wird,
und daß die Erregerwicklung auf der Außenwand des Gehäuses aufgebracht ist. Diese
Anordnung sichert dem Meßwerk die größtmögliche Beweglichkeit und vermindert gleichzeitig
sein Scheingewicht auf ein Minimum. Auf diese Weise ist die Empfindlichkeit des
Meßinstruments erheblich vergrößert.
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Es ist zwar bekannt, den beweglichen Teil eines elektrischen Meßwerks
in Ö1, also einer Flüssigkeit mit niedrigem Gefrierpunkt anzuordnen; bei solchen
bekannten Galvanometern hat jedoch das Ö1 lediglich die Aufgabe, dem beweglichen
Element, nämlich dem schwingenden Spiegel, eine Dämpfung beizubringen. Das Öl erfüllt
dort also eine völlig andere Aufgabe als bei dem Meßinstrument gemäß der Erfindung,
und seine Anwesenheit ist für die Wirkungsweise dieses vorbekannten Galvanometers
keineswegs unerläßlich.
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Bei dem hier vorgeschlagenen Drehmagnet-Meßinstrument wird demgegenüber
das an sich bekannte Prinzip der Bussole oder des Flugkompasses zu anderen Zwecken
und in einem anderen technischen Bereich verwendet und hierbei ein unerwarteter
erheblicher technischer Fortschritt erzielt. Dadurch nämlich, daß bei dem Meßinstrument
gemäß der Erfindung der Drehmagnet in einem dicht abgeschlossenen Hohlzylinder vorgesehen
und letzterer in eine deren Gewicht infolge Auftriebs weitgehend aufhebende, in
dem dichten Instrumentengehäuse enthaltene Flüssigkeit mit niedrigem Gefrierpunkt,
d. h. geringer Viskosität getaucht angeordnet ist, wird ein Drehmagnet-Meßinstrument
hoher Empfindlichkeit (etwa 250 eA), mit geringer Trägheit und äußerst einfachem
mechanischem Aufbau und daher niedrigem Kostenaufwand geschaffen. Auf Grund seiner
zylindrischen Form wird im übrigen das bewegliche Meßwerk durch die in dem Instrumentengehäuse
enthaltene Flüssigkeit nur geringfügig gebremst, und die Trägheit des aus Hohlzylinder
und Drehmagnet bestehenden Meßwerks ist äußerst gering, was nicht der Fall wäre
bei einem beweglichen Meßwerk, wie beispielsweise einem rechteckigen Rahmen.
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Vorzugsweise trägt der den Drehmagneten enthaltende Hohlzylinder
die trberwachungsmarken. Die auf der Außenwand des Gehäuses aufgebrachte Erregerwicklung
wird von dem zu messenden Gleichstrom durchflossen, der das auf den Drehmagneten
einwirkende Magnetfeld hervorruft.
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Die notwendige Nullrückstellung des aus dem Hohlzylinder und dem
in ihm befindlichen Drehmagneten bestehenden Meßwerks kann in verschiedener Weise
erfolgen, und zwar entweder mittels eines von Hand bewegbaren Hilfsmagneten oder
eines
Eisenmetallstücks oder auch einer zusätzlichen Hilfsspule,
welche Rückstellorgane jeweils außerhalb des Instrumentengehäuses vorzusehen sind.
Es ist jedoch auch möglich, diese drei Rückstellorgane gemeinschaftlich und gleichzeitig
für die Nullrückstellung des Meßwerks zu benutzen.
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Um die Spiele der Drehachsen des Meßwerks auf ein Minimum zu verringern,
ist es von außerordentlichem Vorteil, wenn das Meßwerk zu seiner Drehachse symmetrisch
ausgebildet ist und außerdem die Drehachse mit dem Auftriebs- und Massenmittelpunkt
des Drehwerks zusammenfällt. Dann fällt selbstverständlich auch der Mittelpunkt
des durch die Flüssigkeit ausgeübten Auftriebs und der Massenmittelpunkt des aus
Hohlzylinder und Stabmagneten bestehenden Meßwerks zusammen. Wenn diese Bedingungen
erfüllt sind, kann das Instrument in jeder beliebigen Lage im Raum arbeiten.
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Um weiterhin die Lagerreibungen des Meßwerks auf ein Minimum zu verringern,
ist es von Vorteil, zur Halterung des Meßwerks dessen Achsen und den Lagern, auf
denen letztere drehen, besondere Formen zu geben, beispielsweise eine halbkugelförmige
Gestalt für die Enden der zylindrischen Achsen des Meßwerks, die sich auf einer
ebenen Fläche abstützen. Zum gleichen Zweck können aber auch zwei in die Innenwandung
des in die Flüssigkeit eingetauchten Hohlzylinders eingebrachte Aussparungen halbkugelförmigen
Querschnitts vorgesehen sein, welche die Lagerstellen für die halbkugelförmigen
Enden der Meßwerksachsen bilden.
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Zur Erzielung höchstmöglicher Empfindlichkeit sind die Spule und
der Stabmagnet entsprechend zu setzen und zu bemessen. Zweckmäßig ist zur Begrenzung
der Drehbewegungen des Meßwerks ein Anschlag vorgesehen. Es ist ferner von Vorteil,
gegebenenfalls an der Oberfläche der Flüssigkeit auftretende Blasen zuvor zu beseitigen.
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Um das Meßinstrument für Messungen sehr unterschiedlicher Stromstärken
anwendbar zu machen, ist es nach einem weiteren Merkmal der Erfindung von Vorteil,
für die Rückstell-Hilfsspule eine die Empfindlichkeit des Instruments verändernde
Regelung vorzusehen. Diese Regelung kann im Betrieb des Instruments ausführbar sein,
wobei das Rückstellorgan als Spiralfeder ausgebildet sein kann. Durch die Regelung
der Stromstärke des diese Hilfsspule durchfließenden Stroms ist es möglich, jegliche
von einem benachbarten Magnetfeld verursachte Wirkung aufzuheben.
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In der Zeichnung ist ein elektrisches Meßinstrument der mit der Erfindung
vorgeschlagenen Art in beispielsweise gewählten Ausführungsformen schematisch veranschaulicht.
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F i g. 1 zeigt in Draufsicht eine Ausführungsform des Instruments
gemäß der Erfindung; Fig. 2 stellt dieses Instrument im Schnitt gemäß Linie II-II
der F i g. 1 dar; Fig.3 bringt einen weiteren Schnitt des Instruments gemäß Linie
III-III der F i g. 1; F i g. 4 läßt eine Ausführungsform der Rückstelleinrichtung
des Meßwerks des Instruments gemäß der Erfindung erkennen; F i g. 5 bezieht sich
auf Anordnungen, welche die Empfindlichkeit des Instruments gemäß der Erfindung
auf das Maximum zu steigern gestatten.
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Bei dem in Fig. 1 dargestellten Meßinstrument befindet sich innerhalb
eines äußeren dichten und
durchsichtigen Gehäuses 1, das mit einem Überwachungsfenster2
ausgestattet ist, die Flüssigkeitsmasse 3 niedrigen Gefrierpunkts, in die der dicht
abgeschlossene Hohlzylinder 4 eingetaucht ist, der den Stabmagneten 5 enhält, der
zwar nicht in F i g. 1, sondern in den F i g. 2 und 3 zu sehen ist. Die t:berwachung
erfolgt über das Fenster 2 mittels entsprechender Überwachungsmarkierungen wie 6
und 7.
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In den aus F i g. 2 und 3 ersichtlichen Schnittansichten der Instrumentenausführung
der Fig. 1 sind außer dem in die flüssige Masse 3 eingetauchten Hohlzylinder 4 und
dem beide einschließenden Gehäuse 1 der Stabmagnet 5 und dessen Stütze 8, die axiale
Auflage 9 des einen Schwimmer bildenden Hohlzylinders 4 und die reibungsarmen Lager
10 - 10 sowie der die Bewegung des Meßwerks begrenzende Anschlag 11 und schließlich
die äußere Spule 12 zu sehen, die von dem zu messenden Strom durchflossen wird.
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Für die unerläßliche Nullrückstellung des Meßwerks ist bei der Ausführungsform
der F i g. 1 bis 3 ein kleiner Hilfsmagnet 13 (vgl. F i g. 3) vorgesehen. der jedoch
auch durch ein Eisenmetallstück ersetzt werden kann. Die Ausführungsform der Fig.4
weicht von der Ausführungsform gemäß F i g. 1 bis 3 lediglich dadurch ab, daß an
die Stelle des Hilfsmagneten 13 bzw. eines Eisenmetallstücks eine Rückstellspule
14 getreten ist. Wie aus F i g. 4 zu ersehen ist, ist diese Hilfsspule 14 koaxial
zu der Erregerspule 12 angeordnet.
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Die Empfindlichkeit des hier vorgeschlagenen Meßinstruments läßt
sich unter Berücksichtigung folgender Gesichtspunkte noch verbessern: a) Die Erregerspule
12 soll gegenüber dem Stabmagneten verhältnismäßig lang sein, der stets in dem Feld
der Spule verbleibt; b) der Stabmagnet mit der magnetischen Masse m und der Länge
I soll eine maximale Länge besitzen, die mit der Abmessung des zylindrischen Schwimmers
4 vereinbar ist; c) der Stabmagnet 5 soll an der Stelle A in Ruhestellung angeordnet
sein (s. F i g. 5). Bei Stromdurchgang strebt er dann in Richtung auf die Stelle
zu drehen. Er wird hierbei folgenden Drehmomenten unterworfen: beiA: k m l - sin
, beiB: km 1, bei C: kmtsina (symmetrischzuA), bei D: das Drehmoment ist null.
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Aus vorstehendem ergibt sich, daß die Strecke ABCC ein Bereich guter
Empfindlichkeit ist. Damit das Instrument unter dieser Bedingung arbeitet, begrenzt
der sich auf dem axialen Auflager 9 des beweglichen Meßwerks abstützende Anschlag
11 die Drehbewegung des Meßwerks.
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Neben den bereits erwähnten Vorteilen werden durch die Merkmale der
Erfindung noch folgende Vorteile herbeigeführt: Herstellung des Gleichgewichts des
beweglichen Meßwerks in sämtlichen Stellungen, Herabsetzung der Reibungen, hohe
Empfindlichkeit im Minimum,
einfache Festlegung und Begrenzung der
Drehbewegung des Meßwerks, Möglichkeit des Messens mit dem gleichen Instrument von
äußerst verschiedenen Stromstärken, Konstanz des Rückstelldrehmoments, erhalten
für jeden Wert der Stromstärke des zu messenden Stroms, Möglichkeit der Korrektur
des Drehmomentenwerts, selbst während des Betriebs und auch für eine Spiralfeder
als Rückstellorgan, Möglichkeit der Aufhebung des Einflusses eines benachbarten
magnetischen Feldes durch Regelung der Stromstärke in der Hilfsspule.
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Patentansprüche: 1. Empfindliches Drehmagnet-Meßinstrument, dadurch
gekennzeichnet, daß in einem dicht abgeschlossenen, um seine Achse drehbaren Hohlzylinder
ein senkrecht zur Zylinderachse magnetisierter Permanentmagnet fest angeordnet ist,
daß dieser Hohlzylinder in einem mit einer Flüssigkeit mit niedrigem Gefrierpunkt
gefüllten Gehäuse gelagert ist, wobei eine Flüssigkeit mit solchem spezifischem
Gewicht verwendet wird, daß das Gewicht des drehbaren Meßwerkteils infolge des Auftriebs
annähernd aufgehoben wird, und daß die Erregerwicklung auf der Außenwand des Gehäuses
aufgebracht ist.