DE1574675A1 - Elektronisches Geraet zum Messen von Kraeften,insbesondere Gewichten - Google Patents

Description

Henri Visania, 10 rue oaint-ffargeau, Paris 20, fcJeine, I'rankreich

Elektronisches Gerät zum Messen von Kräften, insbesondere Gewichten

!Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Gerät zum Hessen von Kräften, insbesondere Gewichten, wobei ein aus lietall oder einer Legierung bestehendes Eichmaß verwendet v/ird, welches in einen bestimmten magnetischen Zustand versetzt wird und welches, wenn es komprimiert, ausgedehnt oder verdreht v/ird, in exakt wiederholbarer Weise seine veränderliche (mit Wechselstrom gemessene) Durchlässigkeit, den angewandten Kräften oder Gewichten entsprechend, linear verändert.

Erfindungsgemäß weist das Gerät zwei identische, aus einem Stück gefertigte Meßkörper auf, wobei jeder Körper die Verlängerung des anderen bildet und diese Meßkörper, an deren äußeren Enden ocheiben angeordnet sind, im Inneren eines geschlossenen Gehäuses von einer konzentrischen Scheibe gehalten werden und einer > der Iießkörper, v/elcher mit Hilfe eines entsprechenden Mechanis- ' iiius eine der zu messenden Kraft proportionale Energie empfängt, als Meßeinrichtung dient, während der andere die Kontrolleinrichtung darstellt, wobei jedes dieser beiden Teile eine Primärseite

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aufi/eist, die so nahe v/ie möglich am Umfang der Meßkörper angeordnet ist und von einem Wechselstrom unter Niederspannung gespeist wird, sowie eine Sekundärseite und eine sich über einen Großteil längs der tleßkörper erstreckende Wicklung, weiche von aus einem Generator stammenden Impulsen durchstror.it wird, wobei die vorerwähnten Sekundärseiten mit einer doppelten elektrischen Brücke verbunden sind, welche einen Potentiometer auf*- weist, dessen Schleifkontakt unter Y/irkung eines von einem Empfangsverstärker gesteuerten Servo-Motors verschoben wird. Die vorerwähnte elektrische Brücke verursacht Ströme, die ab- W hängig sind von den Änderungen der auf den Mei3körper ausgeübten Kraft.

Weitere Srfindungsmerkniale gehen aus der nachfolgenden, ausführlichen Beschreibung hervor.

Ein Äusführungsbeispiel des Anmeldungsgegenstandes wird in den beigefügten Zeichnungen dargestellt.

Hierbei zeigt:

Fig. 1 ein Schaltschema des Meßgerätes,

Fig. 2 eine Ansicht im Schnitt eines an einem Haken befestigten . Meßgerätes, welches die mechanische Energie in elektrische

Spannung umwandelt,
Fig. 5 eine Ansicht der Abschirmung des in I¹Xg. 2 gezeigten Teils im Schnitt,

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Line IV - IV in Fig. 3, Fig. 5 einen Schnitt«entlang der Linie V - V in Fig. 3, Fig. 6 ein Schema des elektrischen Teils des G-eräts, Fig. 7 ein Schema des in dem Meßgerät verwendeten Verstärkers, Fig. 8 ein Schema des Impulsgenerators und eines Relaiskastens

des Gerätes,
Fig. 9 ein Schema des Meßelementes, welches die Verteilung der

von der Impulsspule gebildeten Induktionslöten darstellt, Fig. 10 ein Diagramm, welches den fortlaufenden Zyk~\u3 der Impulsbeschickung und der Zeit zum Ablesen, darstellt.

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Fig. 1 und 2 zeigen ein symmetrisch in einer gleichen magnetischen Lasse hergestelltes ließgerät, welches aus einem Zylinder .- bestellt, der auo magnetischen Iletall, wie a. !B. ncrrisleu rlußstahl, haibhartem Stahl ccier Hartstahl oder Jeior anderen magnetischen Legierung oder magnetischen Verbindung bestehen kann, die in einem dünnen Kupiermantel einge,j'aßt ist, wo durch die ran^orungsrirkung verstärkt und eine gleichmäßige Verteilung des ",/ärmeauscausches der z\,-ei lleßkürper mit dem sie umgebenden Bereich gesichert wird. Von dem Zylinder 2 springt an dem äußeren Mittelteil ein großer Befestigungsflansoh Jd vor, der als Stütze beim w'iegen an dem Haken dient. Dieser Bei'estigungsi'lansch weist vier große Einschnitte 5a auf. Der Zylinder 2 ist innen hohl, so daß zwei verti>s±e, zylindrische, die Iießkörper la und 1b bildende Vorrichtungen angeordnet werden können. Die Oberfläche des Abschnitts la, Ib trägt die ilaximalbelastung, die Oberfläche des Zylinderabechnittes 2 muß viel höher angeordnet sein, und der Innendurchmesser muij um ein Vielfaches größer sein als der eines Ileßkörpers. Ein kraftschlüssig mit diesen Ileßkörpern verbundene konzentrische Scheibe 4 ist profiliert, damit eine Durchbiegung unter der Krafteinwirkung vermieden v/ird.

Die Scheiben 5 und 6 können eng an den I.Ießkörpern 1a und 1b angeklemmt '"erden. Sie werden bis auf die gleiche Höhe mit den Zylindern «r. niedergedrückt und ruhen auf kleinen Stutzen ?. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel werden die Scheiben 4, 5 Ulla 6 und die Körper la und Ib in einem einsigen zylindrischen Teil gedreht, v/obei die E/.vei äußeren Zylinder 2 in erhitztem" Sustand in auf der Scheibe 4 vorgesehene Ansätze gepx'eßt word en.

Die Stabilität des Eisenspalts e., v;ird durch eine Verbindung £,-Tischen den Scheiben 5 und 6 und den Zylindern 2 garantiert, v.oo-ureli Jede transversale Verschiebung vermieden wird, V'obei jedoch kein Widerstand auf die schwachen, durch die Belastung

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bewirkten Längs verschiebungen ausgeübt v/ird. Dies kann mit Hilfe einer dünnen, ganzen oder gelochten Stahlscheibe bewirkt werden, welche gleichzeitig mit Schrauben an dor Scheibe und dem Zylinderbereich befestigt ist. Liese Schrauben brauchen erst bei Vollbelastung eingeschraubt zxx werden, damit eine gewisse Nachgiebigkeit des Gänsen gewährleistet und seitliche Spannungen auf die Meßkörper vermieden werden. Gute Ergebnisse bei der füllung des üisenspalts können auch mit Hilfe eines sehr dünnen, 'selbtschmierenden, aus synthetischem w'fir lest off bestehenden, im Handel unter dem Hamen "Teflon" bekannten Ringes erzielt werden.

Am oberen Jinde des Körpers 1a ist ein zylindrisches, aus Bronze bestehendes Teil 9 vorgesehen, welches mit einer Schneide 9a verbunden ist, auf der ein Teil 10 ruht, welches den Druck trägt, der von einem Zylinder 11 ausgeübt wird, der wiederum mit einem die Gewichte aufweisenden Haken 12 verbunden ist. Die Hälfte des Innenteiis 11a dieses Zylinders ist ausgestanzt, damit er frei durch die Einschnitte 5a des Zylinders 2 durchragen und in die Innenflansche 13 in einer inneren Randleiste 14 eines Stahlzylinders 15 eingreifen kann, weicher das Ganze umgibt und mit Hilfe eines Hakens 16 trägt (Pig. 3). Zum Yfiegen an dem unbeweglichen Teil 11 ist einfach ein dem Zylinder 2 als Stütze dienender hohler Zylinder vorgesehen.

Jeder Körper la oder 1b weist einen genau gleichen und in Bezug auf die konzentrische Scheibe 4 symmetrisch angeordneten V/icklungsblock (Pig. 2) auf. Die aus stark isolierendem V/erkstoff und sehr dünnen V/änden bestehenden Stutzen 18 und 18a weisen einen solchen Innendurchmesser auf, daß sie auf die l.Ießkörper 1a und Ib aufgebracht und dort gänzlich niedergedrückt werden können. Die äußeren Enden dieser Stutzen weisen jeweils einen die gesamte Wicklungsanordnung festhaltenden Befestigung-. flansch 19 auf. Die seitlich der konzentrischen Scheibe 4 <--n--:aordneten Befestigungsflansche 19 sind schwach und weisen zwecks einer besseren Befestigung einen großen Durchmesser aui..

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Me äußeren iinden 20 der Stutzen 18, 18a stehen im Eingriff mit den kleinen Stutzen 7 und arretieren dabei die Scheiben 5 und 6. Außerdem besitzen die otutzen 18, 18a einen Durchmesser, der genau zur Befestigung der Impulsspulen 17, 17a erforderlich ist, die sich von der konzentrischen Scheibe 4 bis zu einem Abstand f au den Scheiben 5 und 6 erstrecken. Mese Spulen sind zwischen zwei entsprechend ausgebildeten Anlagen gehalten, wobei ihre Dicke so weit wie möglich reduziert wird. Die aus isolierendem, synthetischem Werkstoff bestehenden und mit Schrauben 22 an der konzentrischen Scheibe befestigten zylindrischen Teile 21, 21a, weisen jeweils zwei runde Hohlkehlen 22, 23 und 22a, 23a auf, in welchen die Primärwicklungen 24 und 24a, sowie die .Sekundärwicklungen 25 und 25a vorgesehen sind. Die Anordnung dieser Wicklungen kann beliebig erfolgen. Die Primärwicklungen können seitlich der feststehenden Scheibe und sogar zusammen mit den Impulsspulen angeordnet werden, welche in diesem .Falle von dem Primärstrom und den Impulsen durchströmt werden, und die Sekundärspulen -,"erden dann seitlich der beweglichen Scheiben oder umgekehrt angeordnet, vorausgesetzt, daß die Symmetrie der Stellung der zv/ei Meßkörperwicklungen in Bezug auf die konzentrische Scheibe 4 eingehalten wird, und daß die entsprechenden Wicklungen der zwei Meßkörper die gleiche Windungszahl und Wicklungsart aufweisen.

Wie in Fig. 1 und 6 gezeigt, werden die zwei Primärspulen 24, 24a, hintereinandergeschaltet und von einem doppelten leiter 28 wieder zusammengeführt, und zwar über den Widerstand 20 eines kleinen Transformators 84 am Ende der Sekundärspule 30, die verschiedenphasig an dem Potentiometer eines Transformators 31 angeschlossen ist. Wie mit den punktierten Linien in i'ig. 1-gezeigt, können die Impulsspulen 17, 17a auch als Primärspulen· dienen, und die Spulen 24, 24a sind dann neutralisiert. Der Transformator 84 speist die Synchronisierungseinrichtung des Impulsgenerators 58.

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Die zv/ei Sekundär spulen 2^, 25a sind hintereinandergeschaltet und werden von einem Leiter "ό'λ mit einer Kasse 1.1 verbunden, wohingegen die zwei anderen Einführungen dieser Sekundärspulen von abgeschirmt en leitern 33, 34, i-iit einer doppelten elektrischen Brücke (Pig. ö).3r> verbunden werden. In gewissen i'ällen kann die elektrische Brücke einfach ausgebildet sein. !Der erste Verteiler dieser Brücke weist zwei Viaerstände 36, 37, sowie einen Potentiometer 38, auf, weicher'den geringstmöglichen ^T//iderstand besitzt und neben einer sehr guten Empfindlichkeit, eine sehr gute Linearität besitzen soll, wobei diese drei Elemente alle mit einem gleichen, einen niedrigen Temperaturkoeffizienten aufweisenden Lletaxl umwickelt sind. Eine Kapazität 39 verzweigt sich als Nebenschluß von dein Potentiometer, und eine Kapazität 39a verzweigt sich zwischen dem Punkt B und dem Schleifkontakt 4o des Potentiometers. Lie Brücke weise außerdem eine Seibstinduktionsspule 40 und einen Ergänamgspotentiometer 41 iait geringem Wert auf. Der Widerstand 37 besitzt einen der Summe der Widerstände 3ö und des Potentiometers 38 gleichen Wert. Die Kapazitäten 39 und 39a und die Selbstinduktionsspule 40 bilden ein G-anzes, um eine kleine Phasenverschiebung auszugleichen, bevor die von der Sekundärseite des aktiven Lleßkörpers verursachte Spannung auftritt, wenn die spannung s erhöhend en Kräfte angesetzt werden. Der zv/eite Verteiler der Brücke 35 v/eist zwei identische Widerstände 42. und 43 auf, welche einen sehr hohen Wert besitzen (mindestens ein Tausendfaches des Widerstandes des Potentiometers), und vorzugsweise aus einer metallischen , einen niedrigen !Eemperaturkoeffizienten aufweisenden Membran bestehen, oder es wird stabilisierter Kohlenstoff verwendet, um die Schwankungen während des Betriebes zu vermeiden. Der gemeinsame Punkt dieser beiden Widerstände ist durch einen kurzen abgeschirmten Draht 44 mit der Einführung 45 eines unten beschriebenen Verstärkers verbunden.

Die aus den Widerständen, der Selbstinduktionsspule und dem Kondensator der doppelten Brücke 35 bestehende Gesars«einrichtung wird durch einen Schutzbelag abgeschirmt. Der Schleifkontakt des

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Potentiometers 58 iüt auf einer Welle 47 angeordnet, welche am einen* Ende einen auo einer vor einer Skalenscheibe 49 befindlichen Isrädel bestehenden Zeiger 48 betätigt. Me Yf eile 47, welche auch, falls erwünscht, eine nicht gezeigte Druckvcrricntung betätigen kann, ist durch einen mechanischen Reduktionsmechanißmus und eine magnetische Bremse 50 mit der VeIlG 51 eines bervo-Iiotors 52 gekoppelt, dessen feststehende Spule 55 von dem r;etäanschluß S gespeist wird. Die Steuerungsspule 54 nimmt nach der Verstärkung die zwischen dem gemeins_aiiien Punkt der ./iderstänae 42, 43, und der !,lasse auf der elektrischen Brücke 55 gewonnene Spannung auf.

Die Spulen i7, 17a, v/elohe aus mehreren in ',/indungen geordneten Drahtschichten bestehen, sind imprägniert und exakt befestigt; sie bedecken gleichmäßig einen Großteil der Oberfläche der lleßkrörper 1a, ib. Diese einander ähnlichen Spulen 17_} 17a, v/erden in Reihen von dem Strom eines Krafttransistors 57 und eines in i'^!ig. 8 gezeigten ir-pulsgenerators 58 gespeist. Die Röhre 62 des 'jenerators 58 soeist ein Relais 59 und bewirkt, falls erwünscht, die Uiikeiirung des Stromes, reicher von swei gut isolierten una abgeschirmten Leitern 60, fci den Llefikörpern la, 1b, übertragen wird. Der Impulsgenerator 58 (Fig. 8), welcher fünf ui pr-elte Tricdenröhren, drei üelaissteuerungsröhren, einen Impulsverstärker (eine Röhre und ein Transistor) aufweist, nimmt mit Hilfe seines Transformators die 1;etaspannung über einen aus gesättigtem Eisen bestehenden Regler 65 (i'ig. 1) auf.

Die Verstärkung erfolgt mittels eines in Pig· 7 besonders dargestellten Verstärkers 55·

Der in Pig. "_: gezeigte Verstärker 55 ist an einem metallischen, nichtmagnetischen Rahmen befestigt. Die Eingangsröhre 72 ist eine E80S-Röhre, weiche an einem Elektrometer befestigt ist, von der Brücke polarisiert und von einer.· reduzierten Gleichstrom geheizt wird, um den Gregeiistrora. der Zwischenelektrode auf ein I.iinimu::i -u beschränken, dawit durch die Hin- una Herbewegung des auf sehr kurze Impulse SBine Spannung nachlassenden und seine

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Zwischenelektrode in die Masse einführenden Relais 65 dem Servo-Motor keine Stronistösse abgegeben werden. Ein Widerstand 45 a, der nur die Hälfte des Ohmwertes des Widerstandes 42 besitzt, trägt zu dieser v7ir3fcung bei. Die Röhren 72 und 72a werden von einer gesonderten Hochspannungsquelle KT gespeist, darauf folgt ein harmonischer Filter 64, eine phasenverschiebende, eine Gegentaktstufe aufweisende Röhre und schließlich ein den Kondensator 68 nebengeschalteter Ausgangsübertrager 67.

Der Ausgang 69 des Verstärkers ist durch Leiter 70 mit dem Servo-Motor 52 verbunden.

Das iießgerät arbeitet folgendermaßen:

Die in Pig. 7 gezeigten Verstärkerstufen v/erden mittels eines nicht dargestellten Schalters unter Spannung gesetzt, ohne daß die Primärspulen 24, 24a, gespeist werden. Der Servo-Lotor braucht nicht betrieben zu werden, sobald die Verstärkerstufen gespeist v/erden. Wenn sich der Iiotor dreht und dabei den aus einen Zeiger 48 bestehenden Gewichtsanzeiger verschiebt, zeigt dies an, daß durch die Eetzinduktoren verursachte Störströme in den doppelten Ließkörper fließen, wenn dieser nicht ausgeglichen ist, oder daß sie in schiecht abgeschirmte Drähte gelangen. Bei dem erfindungsgemäßen Gerät bewirken die Abschirmung und die Symmetrie der beiden Ließkörper, daß die ötcrfeider in die Sekundärspulen nur schwache, gleichmäßige elektcrmotcrische Kräfte induzieren können, die sich durch den Widerstand in der Brücke aufheben.

Beim Schließen des Schalters 71 (Pig. 6) werden die Primärspulen 24, 24a, hintereinander mit dem hohen Widerstand 29 gespeist, sei es vom Stromnetz S aus oder von einem von diesem Hetz gespeisten Oszillator aus. Der in diesen Spulen mit geringem Widerstand fließende Strom bewirkt in dem Iießgerät einen Wechselstrom, welcher sich, durch die Streuung an den äußeren Enden der Spulen verursachte starke Entmagnetisierung abgeschwächt, linear mit der Stärke dieses Stromes ändert, und dies in großem Umfang.

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Die Wirkungsweise des Meßgerätes hängt in gewissen G-renzen von der Stabilität des der Primärspule zugeführten Stromes ab, welcher nicht mehr als 1/200 variieren darf (wenn man eine Zeigerstandablesungsstabilität von 1/2000 wünscht). Der aus gesättigtem Eisen hergestellte Regler 63 gewährleistet diese Stabilität. Ein zwischen dem Netzanschluß S und der 'Primärspule 73 des [Transformators 31 angeordneter Filter 74 beseitigt die von dem Hegler 63 erzeugten Harmonischen.

Sobald die Priraärspulen gespeist sind, erzeugt deren Wechselstromfeld in jedem Meßkörper einen direkten magnetischen Kraft- - fluß 0_Q und einen Übertragungsstrom 0 .. Die Richtung der Verbindungen verläuft derart, daß die Ströme in der gleichen Richtung in die zwei Meßkörper geleitet werden.

Die elektromotorischen Kräfte Es, welche von den Strömen 0 · und 0^ in .jede Sekundärspule 25, 25a, induziert werden, speisen die "doppelte elektrische· Brücke 35 in Reihe. Wenn Es1 und Es2 gleiche Amplitude und Phase auf v/eisen, rückt der lineare Potentiometer 38 in eine entsprechende Stellung oder R1 = R2 + R , wobei R2 für den Widerstand 36, R1 für den Widerstand 37 und R für den gesamten Widerstand des Potentiometers 38 eingesetzt wird. In dieser Stellung hat der Schleifkontakt des Potentiometers das Potential null. Er überträgt dem Verstärker keine Spannung und der Servo-Motor 52 befindet sich in Ruhestellung. Dies tritt ein, wenn die zwei Komponenten Es1 und Ss2 gleiche Amplitude und Phase aufweisen.

Dies wird erreicht durch die hintereinandergeschaltete Stromzuführung der zwei Primärspulen, die lOrmgleichheit der zwei Meßkörper, deren gleichen .Magnetzustand (woiiurch die Verwendung der Impulse gewährleistet wird), sowie duidi die Ähnlichkeit der Spulen, deren Qualität und deren in Bezug auf die konzentrische Schei be 4 symmetrische Lage.

Wenn die Primär- und Sekundärspulen auf jedem Spulenblock korrekt befestigt und die Scheiben 5 und 6 in gleicher länge angeordnet sind, rückt der Potentiometer fast auf null. Das Einstellen auf

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null erfolgt durch Drehen des Zusatzpotentiometers 4-1 oder durch eine sehr leichte Verschiebung des Scheibe 6 des Kon-,trollgerätes, welches erst endgültig nach dieser Einstellung befestigt wird. Am Ausgang des Verstärkers kann eine Viertelspannung auftreten, wodurch der Hotor nicht in Bewegung gesetzt, sondern gebremst wird. Diese Viertelspannung kann durch Uachstellen der Selbstinduktionsspule 40 unterbunden werden.

Wenn jedoch der Y/echselstrom nicht sehr hoch ist, ist der erreichte Nullwert nicht konstant. Wenn die dann neutralisierten J) Meßkörper Belastungen, Stössen oder verschiedenen Magnetfeldern unterv/orfen v/erden, ist ihr Magnetzustand nicht mehr der gleiche und, da die in den Sekundärspuleri gesammelten elektromotorischen Kräfte nicht mehr gleich sind, kann der Nullwert nicht wieder gefunden werden. Die teilweise Korrektur dieses Fehlers durch vorherigen erhöhten Antrieb ist in der Praxis nicht durchführbar.

Wenn man jedoch andererseits eine in Pig. 2 als Pfeil i¹.. gezeigte Kraft ausübt, welche das Gewicht eines zu wiegenden und mit Hilfe einer Schaltung übertragenen Gegenstandes sein kann, wird der Ileßkörper 1a in seiner Achse gedrückt, welche aufgrund ihrer Anordnung vertikal gehalten ist. Durch die Ausübung dieses Axial-" druckes ändert sich die radiale, umkehrbare Durchlässigkeit des magnetischen Metalls und 0 und 0_Λ . Die elektromotorische Kraft

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Es1 wird vermindert oder verstärkt, je nach dem, ob das Metall eine positive oder negative Magnetkontraktion aufweist. Die Brücke wird nicht mehr ausgeglichen und eine schwache elektromotorische Kraft u mit 50 Perioden tritt am Eingang des Verstärkers .auf, dessen Ausgang den Polen des Servo-Motors eine gegenüber den Polen 53 um 90° phasenverschobene elektromotorische Kraft vorn oder hinten zuführt, je nachdem, ob die Kraft F₁ stärker oder schwächer wird. Der Servo-Motor 52 dreht sich, wobei der den Schleifkontakt des Potentiometers und den Zeiger der Skalenscheibe bis in die Stellung bringt, bei v/elcher u annulliert wird und er nach einer schwachen, durch die oben beschriebene magnetische Bremse 50 abgeschwächten Oszillation eine Ruhestellung einnimmt.

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Diese Stellung bestimmt" den Y/ert von ϊ\ mit unzureichender Genauigkeit; die nachfolgenden i-iessungen ergeben verschiedene Ablesungen (mechanische Hysterese) , besonders in Bezug auf den Druck. Im übrigen sind die Verschiebungen des Zeigers nicht den Gewichten linear proportional und es tritt eine wesentliche, veränderliche Phasenverschiebung zwischen Es1 und I¹JQi.- auf, wobei der IJotor gebremst wird. Außerdem nimmt der Zeiger nach jeder lies sung erst nach einem langen Antrieb seine Ausgleichsstellung ein. Bei Verwendung von hohlen Meßkörpern, ist es möglich, diese Fehler abausteilen. LIit einem genügend starken V/echselstrcmfeld erzielt man Llomentanmessungen ohne Hysterese, die Linearität reicht jedoch nicht aus, um eine Reihe von Ablesungen mehrerer eine Brücke tragender MeßkÖrper IjU gestatten. Diese Unzulänglichkeiten haben bewirkt, daß man bis jetzt kein genaues ließgerät schaffen konnte, welchem eine I.Iagnetwirkung sugrundeliegt. Hit dem Anmeldungsgegenstand erhielt man eine vollkommene Stabilität des Eullwertes und der -Ablesungen, indem man während einer sehr kurzen Zeitspanne sehr starke, gleichmäßige und in der gleichen Richtung mit den Meßkörpern verlaufende Längsfelder schafft, welche von den zwei in umgekehrter Richtung verlaufenden Impulsreihen erzeugt werden, wobei die Messung beim AüSSETZEE DIESER Impulse vorgenommen wird mit schwachen Y/echselstromf eidern. Die Linearität wird durch Befestigung zwischen bestimmten Lir.gnetisierungsgrenzen an dev Hensnenii Ir erreicht, welche von einem äquivalenten, in den Ließkörpern während der Messungen, d.h. zwischen den Impulsen bestehenden PeId Hr, abgegrenzt wird. Da der Magnetkreis halboffen ist, wird ein Aufladungsfeld Hr vorgesehen, welches der Magnetisierung im offenen Kreis überlagert ist.

Die Längsfelder werden gleichzeitig von den Spulen 17, 17a erzeugt und neutralisiert, welche von den Impulsen von ungefähr 1/10 Sekunde gespeist werden, die ihnen von dem in Fig. 8 gezeigten Impulsgenerator 58 zugeführt werden. Die Inensität und Dauer der Impulse müssen das fast völlige Schwinden der Grenze des magnetischen Heßbereichs des Meßkörpermetalls gestatten und die Frei

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gäbe der Atome in einer im Zwischenraum sich befindlichen Legierung (Kohlenstoff im Fenit) oder in einer Ersatzlegierung (Eisen-Nickellegierung oder Eisen-Siliziumlegierung) gewährleisten. In Pig. 10 ist der fortlaufende Kreislauf dieses Generators gezeigt. In der Zeit 0 unterbricht daa Relais 65 den Eintritt des Verstärkers, weichen er wieder in der Zeit to unter Einfluß eines konstanten Schwingers 80 schließt; im gleichen Augenblick θ wirkt der konstante Üchwinger 88 auf das Relais 89 während der zur V/eiterleitung der zwei Impulse erforderlichen Zeit tp, ein.

Das Ende des ersten Impulses löst den konstanten Schwinger 89 aus, welcher auf den V/echselschalter 90 bis zum Ende des zweiten Impulses einwirkt.

Der variable Schwinger 87 steuert die Zeit T des in der Regel 1 Sekunde andauernden Zyklus. Er wird von dem variablen Schwinger 86 synchronisiert, welcher die Zeit t., der Impulse und der Intervalle t₉ zwischen den beiden Impulsen gibt.

Der variable Schwinger 86 wird selbst von den rechteckigen Impulsen mit 50 Perioden Z. und Z„ synchronisiert, die von der Röhre 85 ausgehen und von dem Strom mit 50 Perioden gesteuert werden, den sie von dem kleinen Transformator 84 erhält.

In Fig. 10 zeigt IVp ^die Zuführung des zweiten umgekehrten Impulses an, während TIi die Ablesungszeit anzeigt.

Die Spannungen dieser Röhren werden untereinander ausgeglichen und von Neonröhren, welche in Fig. 8 nicht gezeigt sind, stabilisiert.

Es ist möglich, die Dauer des Zyklus durch Verwendung von Meßkörpern 1a und 1b zu verringern, welche hohl sind oder mehrere feine, radiale, der Achse folgende Einschnitte aufweisen, wodurch unter Eliminierung der Verzögerungswirkungen der Foucaultströme, ermöglicht wird, die Breite der Impulse zu vermindern.

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Die starke Magnetisierung, welche den Meßkörpern im Impulsspulenbereich vermittelt wird, bewirkt mit Hilfe peripherer Elektronen die Verlagerung magnetischer Energie auf die Schei- ■ ben und die Abschirmung, welche erforderlich ist, um ein schnelles Nachlassen der Ungleichmäßigkeiten der Durchschnittsmagnetisierung zwischen den verschiedenen Bereichen zu bewirken.. An der Skala des Meßbereiches überragen die Grenzen das Potential:.: (Neel'sche Gegenphase), wobei die in der legierung enthaltenen Atome veranlaßt v/erden, lagen einzunehmen, welche der gleichmäßigen Magnetisierung in dem Meßbereich parallel sind, ungeachtet der Energien oder der vorn befindlichen Felder, wobei die Verschiebungslagen deutlich am meisten bevorzugt werden. Wenn das Meßkörpermetall in diesem Augenblick mechanischen Kräften unterworfen wird, erfolgt die Entspannung schnell in den gestörten Bereichen, wobei die Diffusion verstärkt oder verringert wird, je nach dem, ob man einen Antrieb oder einen Druck in der llagnetisierungsrichtung ausübt,

Diese Wirkungsangabe der Kräfte auf die Diffusion der Kohlenstoffatome, welche mit dem Alpha-Eisen legiert sind, kann aueh für die Diffusion der Atome in der Ersatzlegierung in den magnetischen legierungen Eisen-Nickel und Eisen-Silicium, u.s.w., geltend gemacht werden.

Bei der Neutralisierung der Impulsfelder neigen die diesem Feld unterworfenen Bereiche der Meßkörper dazu, ihre Magnetisierungsrichtung γόη der Axialrichtung abzulenken, um in den wahrscheinlicheren Gesamtzustand größerer Ungleichheit zu gelangen} die anderen magnetisieren Bereiche widersetzen sich dem jedoch (Scheiben 4, 5, 6, Zylinder 2) und üben auf den Meßkörper eine Entapannungswirkung aus, die man mit der Wirkung eines entsprechenden axialen, positiven Feldes Hr vergleichen kann, wenn diese» in der Richtung des Impulsfeldes verläuft.

Gleichzeitig tritt eine Stabilisierungsenergie auf, welohe die Verschiebung der Grenzen bei 90° in den Meßbereichen 0 begünstigt, deretwillen die Magnetisierung sich der Axialrichtung zu nähern

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versucht, während sie bei 90° die Grenzen der Meßbereiche A blockiert, deren Magnetisierung von dieser Richtung abzuweichen versucht. Wenn das PeId Hr einen geeigneten Wert aufweist, werden alle Grenzen G freigegeben und alle Grenzen A blockiert, und dies unter großer Belastung. Unter diesen Umständen zeigt der Heßstrom A.C. den Belastungen linear proportionale Variationen an.

Es ist nicht möglich, diese linearität zu bewirken, wenn man als Meßstrom einen hohen, die Entspannung gewährleistenden Strom A.C. verwendet, da dies die Impulse beseitigen würde.

Durch eine Wärmebehandlung zur Stabilisierung kann die geeignete Blockierung des Meßbereichs A und G in Gegenwart eines hohen Stromes A.C. bewirkt werdent

a) der Meßkörper wird einige Stunden bei einer Temperatur von 700° bis 400° je nach dem verwendeten Metall behandelt, während ein hoher Gleichstrom die Achse des Körpers durchläuft, wordurch ein Magnetfeld entstehtϊ in Gegenwart dieses Feldes läßt man den Körper schnell erkalten.

b) Der Meßkörper wird einer Wärmebehandlung, wie oben beschrieben, unterzogen, jedoch ohne PeId, wobei der Körper ungefähr 1/3 der maximalen Belastung unterworfen wird, die er v/ährend des Betrag fees trägt} in Gegenwart dieser Belastung läßt man den Körper schnell abkühlen.

c) Der Meßkörpar wird einer Y/ärmebehand3.ung, wie oben beschrieben, unterzogen, während ein starker Gleichstrom die Wicklung durchläuft? in Gegenwart dieses Feldes läßt »an den Körper schnell abkühlen. In diesem Falle jedoch entstehen durch die Stabilisierung eine starke Asymmetrie der Ausgangswechselspannung und starke, nicht zu beseitigende Harmonische^

Ea ist andererseits möglich, ohne Impulse gut® Ergebnisse zu eraielan, wenn man ein sehr schwaches Meöfeld verwendet, welches nur schwache UakehrverSchiebungen der Grenzen bei 180° bewirkt, wobei die Jordan'sehen Verlustvariationen meßbar sind.

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Diese Behandlung ist auch angebracht bei der Verwendung von verdrehten Ileßkörpern.

Kurz vor dem ersten Impuls sperrt das Relais 65 den Verstärker, wodurch der bervo-Motor stillgesetzt wird. Bs handelt sich hierbei um ein Relais mit hoher Frequenz, welches ganz nahe der Eingangsröhre 72 angeordnet sein kann, vorausgesetzt, daß alle üblichen Abschirmungs- und Antimikrophonievorkehrungen getroffen wurden. Außerdem ist diese Röhre, um zu vermeiden, daß deren Betrieb eine Störung der Potentialen Zwischenelektrode der Röhre 72 verursacht, wodurch der Motor einen Stromstoß erhält, an einem Elektrometer befestigt, und der Widerstand 45a, % welcher nur den halben Wert eines der Widerstände 42 oder 43 aufweist, wird parallel zu ihrer Zwischenelektrode angeordnet, während der Unterbrechung seiner Verbindung mit der Brücke. Das Relais 65 wird ungefähr 'i/iü Sekunde nach dem Ende des zweiten Impulses freigegeben, was genügend Zeit ist, damit der magnetische, durch den Widerstand der zwei Sekundärspulen und die kurze Dauer der Impulse stark reduzierte Antrieb keine Verschiebung äes Seigers bewirkt. Unter diesen Bediigingen verbleibt der Poxentiometer, wenn keine Kraft seit dem Ende der vorhergehenden Impulsreihe ausgeübt wurde, genau in der Ausgleichsstellung. Wenn eine Kraft oder eine Belastung zugeführt wird, verändert sich die Durchlässigkeit, welche von dem Vfechselstromf eld der Sekundärepulen gemessen v.-ird, einerseits proportional der Verformung ™ des kristallinischen Kettengliedes (sofern ein Teil der Ließbereiche an der Grenze Ü nicht während des negativen Wechsels blockiert wird) und andererseits proportional der Atomteilung der.Legierung in den Grenzen der Meßbereiche bei 90° (Verlustfaktor nach Jordan). Diese Wirkungen sind aufeinander bezogen; die erste ist beim Antrieb positiv und bei Ausübung eines Drukkes negativ oder umgekehrt, je nach dem Vorzeichen der Magnetkontraktion des Metalls; die zweite (Verluste) ist immer negativ und verstärkt oder vermindert sich proportional bei einem Druck oder einem Antrieb, d.h. dem Verhältnis der in der Axialrichtung blockierten Atome entsprechend. Die Zuführung einer Be-

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Tastung erzeugt also eine Veränderung, die der elektromotorischen Kraft (EMK) EsI der Sekundärspule des Heßkörpers pro- ■ portional ist, und der Schleifkontakt des Potentiometers, v/elcher «ine neue Ausgleichsstellung einnimmt, verschiebt den Zeiger der Belastung entsprechend. Diese Stellung, welche genau die zugeführte Belastung o'der das Gewicht bestimmt (ungeachtet der Stösse oder Belastungen, welche der eine oder andere Meßkörper vorher tragen mußte), ist weitgehend von Temperatur Schwankung en unabhängig, deren Wirkung auf die Gegenphase durch die Befestigung der beiden Meßkörper ausgeglichen wird, wobei eine starke Stabilität des Heßwechselstromes sowie eine vollkommene Synchronisierung des Endes dieser Impulse durch diesen Strom, diese Eigenschaften verbessern.

Wenn das Gerät nach einer längeren Ruhepause wieder in Gang gesetzt wird, kann der liullwert leicht verstellt sein und erst nach einigen Minuten wieder in seiner Stellung zurückkehren. Diese Zeit ist insofern weit verkürzt als die zy/ei Impulse in größerem Maße die gleiche Amplitude aufweisen und die Hagnetkreise weniger tote Enden besitzen. Ilit dem Zusatzpotentiometer 41 k&.nn man eventuell den Zeiger 48 wieder in die Kullstallung auf der Skalenscheibe bringen.

Aufgrund dieser Stabilität konnten Bedingungen geschaffen v/erden, welchen die Herstellung dieses Gerätes gerecht werden muß, damit eine vollkommene Linearität der L:essungen in großen Belastungsintervallen bewirkt wird.

Daher muß die Komponente, welche auf die Meßkörperachse des Stromes B. genormt ist, der durch die Streuung am Ende der Impulsspulen auf die äußeren Scheiben zu verursacht wird (Bereich A in Fig. 9) sehr k^lein sein gegenüber dem Gegenstrom B₁₁, welcher durch übertJ^gung von dem Meßkörper auf die Scheiben gelangt und sich durch die Abschirmung 2 ohne nennenswerten Eisenspalt schließt. Derart wird vermieden, daß auf der Remanenz in dem aktiven Meßkörper Magnetlinien auftreten, deren Winkel bei der

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Durchführung durch die Meßkörperluft sich aufgrund der Magnetkontraktion mit den Gewichten ändern würde, wodurch ein entmagnetisiertes, sich auf die linearität nachteilig auswirkendes Feld entstünde. Ebenso muß die Komponente 0_Q des Streuungsstromes der Primärspulen klein sein gegenüber dem Übertragungsstrom 0^ . Damit dieser Fehler vermieden wird, muß die Entfernung f (Mg. 2) zwischen dem Ende der Wicklungswindungen oder der Orimärspule "17 oder 17a und der äußeren Scheibe größer als der Durchmesser dieser V/icklungen s'ein.

Bei diesen Eisen, Stahlarten und Legierungen, welche 0,05 bis 0,1^ Kohlenstoff oder Stickstoff in fester Legierung enthalten, ■ erzielt man die Linearität, wenn in dem Meßkörper nur parallel zur Achse verlaufende Magnetlinien sind.und nur Kräfte ausgeübt v/erden, die der Achse folgen (was durch die meßbänische Befestigung und das Nichtvorhandensein von !Federungsteilen erreicht wird). Der Zusammenschluß in eine bestimmte Richtung einer Magnetisierungsrichtung und nicht-paralleler Kräfte bewirkt, daß eine Veränderung der Kraft eine Veränderung der Kurven der Magnetilinien zur Folge hat, und die Veränderung des entmagnetisierten Feldes, welche dadurch hervorgerufen wird, verleiht, indem sie sich der linearen Veränderung der Durchlässigkeit überlagert, dem Viereck eine Gesetzmäßigkeit.

Der Variationsgehalt verringert sich, wenn der Gehalt der sich in fester Legierung befindlichen Atome wächst, während' die Grenzbelastung der Linearität wächst. Bei einem Gehalt von aufgelösten Atomen ist der Gehalt maximal, wenn die Remanenz Jr ungefähr die Hälfte der Remanenz eines Kreisringes aufweist? er fällt bei einer in Impulsrichtung oder umgekehrten Richtung (v/elche durch einen übergelagerten Gleichstrom erzeugt wird) gerichteten Remanenz, aufgrund des verschiedenartigen Verhaltens der Grenzen A \ und C bei 90° und des variablen Verhältnisses der Anzahl dieser ' nicht blockierten Grenzen.

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Die Ablesungsstabilität am Ende eines Impulses ist bei einer positiven Remanenz besser. Der Y/ert derselben hängt von den Eisenspalten und den Streuungen ab, sowie von der Übereinstimmung des Meßkörperbereiches mit der Überfläche der Übertragung des Stromes in den Scheiben, Vielehe der Einheit benachbart sein muß.

Die erzielten Ergebnisse aeigen an, daß der Gehalt von der geringsten Belastung an, linear r/ird und die ohne jedes Auswandern wieder erzeugbaren Kurven bei weniger als I/IOOO in einem Belastungsintervall, den man z. B. durch Dosierung des Kohlen-r stoffes verlängern kann, linear sind. Ein Gehalt von ungefähr 0,01$ ergibt eine gute Linearität zwischen 0 und 10 kg/mm bei einer Durchlässigkeitsveränderung von 20$, v/obei die Abweichung

der Linearität bei I/IOOO unerheblich bleibt. Um die Stabilität des Gehaltes von Kohlenstoff in einer Legierung zu gewährleisten, verwendet man am besten Stäilarten mit Nickel-Chrom. Dieser Gehalt hängt von der Abkühlung nach dem Glühen ab. Die Meßkörper werden nach der Rohbearbeitung mit einem größeren Durchmesser als dem endgültigen Durchmesser ausgeglüht, damit während der Abkühlung eine Diffusion des Kohlenstoffs auf die Mitte zu, vermieden wird, wobei der Oberflächenbereich, welcher den aktiven Teil bildet, seine Atome in der Legierung verliert. Der Haximalgehalt wird durch ein schnelles Abkühlen unter 700° erreicht.

Es entsteht ein störender Phasenunterschied der elektromotorischen Kraft Ea1 in Bezug auf Es2, welcher durch die Veränderung des Jordan'sehen Verlustwinkels bei der Verteilung der Legierungsatome und durch den Strom 0 , welcher sich auf #L verschiebt, verursacht wird. Die Wirkung von 0 wird reduziert, wenn man die Sekundärspule von der Primärspule entfern* und eratere im Bedarfsfalle zwischen die Scheiben 5 oder 6 und öie Impulswicklung anordnet. Dieser Winkel von einigen Graden ist beinahe konstant, seine Wirkung wird jedoch völlig durch die Kondensatoren 39 und 39a der Brücke in fig. 6 aufgehoben.

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Die Ablesungsstabilität erfordert, daß der Primärstrom bei 1/2000 stabilisiert wird, daß das Ende des zweiten Impulses synchronisiert wird und, daß der eine Durchschnittsstabilität erfordernde Impulsstrom sättigend ist. Die Symmetrie der i'orm aller dieser Elemente der beiden Meßkörper bewirkt die Stabilität des Gerätes. Die Scheiben 5 und 6 dürfen nur wenig in gleicher Höhe in den Zylinder 2 eingedrückt v/erden, damit leichte Verstellungen des Zeigers zwischen zwei Impulsreihen vermieden werden. Der Eisenspalt e, welcher ungefähr 1/100 m breit ist, darf keine mechanische oder magnetische Umformung erfahren; seine Stabilität wird durch dünne Scheiben, welche ^ die Scheiben und Zylinder miteinander verbinden, gewährleistet oder durch feine selbstsciimierende, aus bekannten Werkstoff bestehende, i:n Handel unter dem Hamen "ΐδί'ΐοη" bekannte, in erhitztem Zustand befestigte und geschliffene Ringe bewirkt; die Wicklungen v/erden genau angepaßt.

Unter diesen Bedingungen vird der Wert Hr der Remanenz durch die Konstruktion gent.u bestimmt. Damit dieser Wert präzise gesteuert und evtl. der Gehalt angeglichen werden kann, v/erden die zwei Wicklungen 17, 17a, mit einem schwachen Gleichstrom besciiickt, welcher von deia Potentiometer 41a (Fi₁;. 6) gesteuert wird und einen ausreichend hchen und unbch?,ltbarcn Widerstand besitzt, wobei der Stromverlaui" magnetisierenu oder entmagnetisierend wir- ™ ken kann. Dieser Strom wird bei der Prüfung des Gerätes bestimmt, derart, daß die Linearität auf der gesamten Gewichtsskala eintritt. Diese Regelung ist nicht sehr schwierig, weshalb außerdem mit diesem Potentiometer aas Verstellungsverhältnxs des gewichtanzeigenden Zeigers eingestellt v/erden kann.

In Bezug auf das Wägen mit der Brücke ist eine Hintereinanderschaltung verschiedener linearer Iießkörper gleichen Gehalts, sehr einfach, vorausgesetzt, daß sie zusammen ausgeglüht wurden, wobei alle Wicklungen für diese Hintereinanderschaltung zur Verfügung stehen, unter Verwendung einer gemeinsamen potentiometrischen Brücke. Die Breite der Eisenspalte im Bundbereich 19 kann evtl.

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auch bis zu. 1/1O mm verstärkt werden, damit der mit dem iliserispalt in Verbindung stehende Bereich der Scheibe erweitert v/ird und die Primär- und Sekundär spul en in vorteilhafter ',/eise angeordnet v/erden können.

Uni Remanenzveränderungen zu vermeiden, welche bei Ingangsetzung oder Abschalten des Gerätes von falschen Strömen hervorgerufen werden können, bewirkt eine Unterbrechungsvorrichtung oder eine drei Relais aufweisende Impulskreiseinrichtung 81, daß der letzte Impuls vor der Unterbrechung oder der erste Impuls nach der Spannungszufuhr, immer eine bestimmte Richtung haben.

Im Vorstehenden wurde vor allem die Verwertung des Meßgeräteα als Gerät zum Abwägen behandelt, es £ann jedoch auch zum iuessen anderer Kräfte verwendet Y/erden.

Wenn das Gerät als Waage verwendet v/ird, kann die Rotation der Welle 47 auch zur Steuerung von Einrichtungen zum Übertragen der Angaben aus der Entfernung ausgenutzt werden.

Das gezeigte und im einzelnen beschriebene Ausführungsbeiapiel kann auch verschiedentlich modifiziert werden, ohne Beeinträchtigung des Umfangs der Erfindung. Insbesondere kann ein Meßkörper einer Torsionskraft unterworfen werden, wobei er dann Impulse von einem Querfeld erhalten muß, da das Heßfeld longitudinal ist. Eine Kombination von Impulsen aus einem Querfeld und einem Längsfeld kann auch in dem beschriebenen Gerät verwirklicht werden.

- Patentansprüche -

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Claims (7)

1. Patentansprüche

   Elektronisches Gerät zum Messen von Kräften, insbesondere Gewichten, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät zwei identische, hohle oder mit Hippen versehene, aus einem Stück

   bestehende Heßkörper (1a, 1b) aufweist, wobei jeder Körper die Verlängerung des anderen bildet und diese Körper, an deren äußeren Enden (Scheiben 5» 6) angeordnet sind, im In- ^ neren eines geschlossenen Gehäuses von einer konzentrischen Scheibe (4) gehalten werden, und einer der Meßkörper (1a), welcher mit Hilfe eines entsprechenden llechanismus eine der zu messenden Kraft proportionale Energie empfängt, als Meßeinrichtung dient, während der andere (ib) die Kontrolleinrichtung darstellt, wobei jedes dieser beiden !Teile eine Primärseite (-24, 24a) aufweist, die von einem \7echselstrom unter Niederspannung gespeist wird, sowie eine Sekundärseite (25, 25a) und eine sich überfeinen Großteil längs der Meßkörper (1a, 1b) erstreckende Wicklung, welche vorzugsweise die Primärwicklung bildet und von aus einem Generator stammenden Impulsen durchströmt wird, wobei die Sekundärseiten mit einer doppelten elektrischen Brücke (35) verbunden sind, ™ welche einen Potentiometer (38) aufweist, dessen Schleifkontakt (46) unter V/irkung eines von einem Empfangsverstärker (55) gesteuerten Servo-Hotors (52) verschoben wird, wobei die elektrische Brücke Ströme verursacht, die abhängig sind von den Änderungen der auf den Meßkörper ausgeübten Kraft, wobei durch die Verschiebung des Schleifkontaktes (46) des Potentiometers (38) der Zeiger einer, der gemessenen Kraft entsprechend in Einheiten aufgeteilten Skalen«cheibe (49) in Bewegung gesetzt wird.

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2. 2. Elektronisches Gerät nach Anspruch "ι, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßkörper (1a, 1b) aus magnetischem Werkstoff bestehen,
3. 3. Elektronisches Gerät nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Bildung der Iueßkörper (1a, 1b) vorgesehene magnetische Metall einer Yfärmebehandlung (Ausglühen) unterzogen ist.
4. 4. Elektronisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an den äußeren Enden der doppelten Meßkörper (1a, 1b) angeordneten Scheiben (5, 6) mit diesen ein Stück bilden oder mit derselben spielfrei verbunden sind.
5. 5» Elektronisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben (5, 6) innen an einem ein Stück mit den Meßkörpern bildenden oder mit diesem über einen Eisenspalt verbundenen Zylinder (2) fest, jedoch geringe axiale Verschiebungen zulassend, anliegen.
6. 6. Elektronisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßkörper (1a, 1b) außerhalb der Zeigerstandablesungszeit Impulse empfangen, welche ihre magnetische Stabilität und

   die Wiedergabe der Messungen gewährleisten.
7. 7. Elektronisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die linearität der Angaben der Skalenscheibe (49) durch entsprechende Formgebung, Werkstoffauswahl sowie entsprechende elektrische und magnetische Merkmale des Gerätes gewähr- ' leistet ist.

   2, AugUBt 1965
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