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Publication number: DE166606C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

JVI 166606
KLASSE 21 e.

Bei- elektrischen Meßvorrichtungen, hei denen die Wirkung des durch den zu messenden Strom erzeugten magnetischen Feldes zur Bestimmung der Stromstärke benutzt wird, kommt es darauf an, daß die Stärke dieses magnetischen Feldes sich· genau in gleichem Verhältnis mit der Stromstärke ändert. Nun trifft diese Bedingung nur dann genau zu, wenn die Feldspulen kein Eisen enthalten

ίο hezw. wenn das Feld bloß in Luft erzeugt wird, während dies bei Verwendung von Eisen bekanntlich nicht der Fall ist. Fig. ι zeigt die diese Verhältnisse darstellenden Schaulinien, und zwar entspricht die Linie .1

.15 den Verhältnissen für Luft, die Linie B für Schmiedeeisen und die Linie H dem Falle, wo die Kraftlinien teils in Eisen, teils in Luft verlaufen. Die Abszissen entsprechen der Zahl der Amperewindungen und die Ordinaten den betreitenden Feldstärken. In dieser letzteren Linie H entspricht bloß die Strecke x-y annähernd den' Proportionalitätsbedingungen. Da der' Meßbereich der Vorrichtungen nach, oben stets abgegrenzt ist, lassen sich die Verhältnisse so wählen, daß nach oben der Punkt y nicht überschritten wird. Nach unten läßt sich jedoch der Meßbereich , insbesondere bei Stromverbrauchsmessern, nicht so weit begrenzen, daß er innerhalb· des Punktes .ν verbleibt, da der Punkt.ν wesentlich höher liegt als diejenigen geringsten ' Stromstärken, die für den praktischen Gebrauch bereits in Betracht kommen. Auch ist die Empfindlichkeit der Meßvorrichtung unterhalb der Proportinnalitätsgrenze eine bedeutend geringere Der Gcnauigkeitsfehler geht noch auffallender aus der Fig. 2 hervor, die die Schaulinie der Änderung des' Koeffizienten der Meßvorrichtung mit der Stromstärke · darstellt. Die Abszissen bedeuten Stromstärken, die Ordinären das Verhältnis des erregten Feldes zur Stromstärke, also die gewöhnlich als Instrumentenkonstante oder Ablesefaktor bezeichnete Größe. Die gestrichelte Fläche veranschaulicht die Abweicluing vom idealen Zustande, bei . dem der Ablesefaktor für 'das ganze Meßbereich eine konstante Zahl wäre.

Dieser l'mstand führte, insbesondere bei Gleichstromverbrauchsmessern, dazu, von der Anwendung des'Eisens ganz abzusehen, wodurch das Feld jedoch sehr geschwächt wird 'bezw. eine große Anzahl von Amperewindungen zur Erzeugung des Feldes von der erforderlichen Stärke erforderlich sind.

Bei Wechselstrom Verbrauchsmessern konnte in der Regel die Verwendung des Eisens nicht vermieden werden., weshalb man zur Verminderung des Fehlers große Luftzwischenräume in dem magnetischen Kreislauf anordnete, wodurch das Feld bedeutend geschwächt wurde, ohne jedgciruen Fehler in zufriedenstellender Weise zu beseitigen.

Den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet- nun eine ■ Einrichtung zur Erreichung der Proportionalität bis zum niedersten Teil des Meßbereiches bei Anwendung von Eisen im Felde und besteht in der Anordnung

1.CCG0G

eines z\\(iten magnetischen K rei-lau Ie^. de-S'-n Sättigungsgrenze ungeiahr hei dem Werte der Stromstärke erreicht wird, hei welchem die annähernd gleichmäßig'·' ['roportional
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in der die Abszissen den Amperewindungen und die Ordinaten den ίο Feldstärken entsprechen. // ist der untere '!"eil der Schaulinie des Hauptfeldes, .v ist die untere Proportionalitätsgrenze desselben. Wie aus der bekannten Schaulinie hervorgeht, bildet diese unterhalb- der unteren Proportionalitätsgrenze χ eine konkave krumme Linie, so daß im Falle eines Stromverbrauchsmessers bei Stromstärken, die unter χ liegen, • ein bedeutend geringerer Stromverbrauch verzeichnet wird als der tatsächliche.
(jemäß vorliegender Erfindung wird nun ein zweiter', durch einen paramagnetischen Stoff geführter, auf das Meßmittel wirkender magnetischer Kreislauf vorgesehen, welcher als Korrektionsfeld bezeichnet werden soll und dessen Verlauf durch die Schaulinie C veranschaulicht wird.

Wie bereits oben erwähnt, sind die Verhältnisse in diesem magnetischen Korrektionskreislauf derart gewählt, daß dieses Feld berei.ts gesättigt oder annähernd gesättigt ist bei jener Stromstärke (annähernd i x), welche der unteren I'roportiorialitätsgrenze .v des Hauptfeldes H entspricht.

Diese beiden Felder setzen sich nun zu einem resultierenden F'elde Ii zusammen, dessen Proportionalitätsgrenze x_r bereits ganz in der Nähe des Nullpunktes liegt. Sollte diese letztere Proportionalitätsgrenze noch immer innerhalb des in Betracht kommenden Meßbereiches liegen, so läßt sich diese durch Anordnung eines zweiten Korrektionsfeldes, dessen Sättigung bereits bei einer etwa der Proportionalitätsgrenze x_r entsprechenden Stromstärke eintritt, noch weiter herabsetzen. I^rür die meisten praktischen Fälle ist die Anordnung eines Korrektionsfeldes hinreichend. Die praktische Ausführung des Erfindungsgegenstandes ist in der Zeichnung in mehreren Ausführungsbeispielen dargestellt, und zwar in den Fig. 4 bis 9 für Wechselstromverbrauchszähler mit Induktionsscheibe und in Fig. 10 für einen Gleichstromverhrauchsniesser mit Trommelanker.

In Fig. 4 ist 1 der Elektromagnet, der das Hauptfeld erzeugt, während das Korrektionsfeld durch den Elektromagneten 2 erzeugt wird. Die Sättigung des Korrektionsfeldes hei verhältnismäßig niederen Stromstärken wird, durch Einengung des Querschnittes des Eisenkernes an einzelnen Stellen 3 erreicht. Dlirch geeignete Wahl des Materials i\i·^ l'.lektroinapneikeni.- j. de- < Uier-.lüün- m:d der Länge der Stege,^, der 'jröt.lc der IOi ■ flächen 4 \\ni\ der <jrö|.ic de- Luitzw ischen rauiiies zwischen den Poiiläehen 4 kann -<]r·; Verlauf der Korrcktionsfe'dkurve C · Fi:/.!^'' den günstigsten Verhältnissen entsprechen'! bestimm! werden.

Wie aus den übnge.n Hguren ersichtlich. können die Spulen und der Elektromagnet kern des .Hauptfeldes bei der Erzeugung des Korrektionsrcldes mitbenutzt werden.

In Fig. 5 wird das Korrektionsfeld durch Winkelblechc 5 gebildet, die an den Polen de.-Hauptmagneten befestigt sind. Die als JOl ilächcn 4 wirkenden wagerechten Schenke! sind mittels der'schmalen Stege 3 mit den lotrechten Schenkeln verbunden. Die Sättigungsgrenze und der Querschnitt dieser Stegebedingt die Stärke des zwischen den PnL !lachen 4. 4 entstehenden Korrektionsfcldes C, dessen W irkung sich zur Wirkung des Hauptfeldes H addiert.

1'ie beiden l'elder können nicht nur neben einander, sondern auch übereinander gelagert werden, wie dies in den Fig. 6 bis 10 der !•'all ist.

In Fig. '> ist das Plättchen 4 mit einem dünnen Stege 3 an der l'ollläche des Elektromagneten ι angebracht. Dje Plättchen 4 können an einer oder an beiden Polflächen angeordnet werden. Wie in Fig. (1 an der unteren Polllächc mit punktierten Linien angedeutet ist. kann das Korrektionsfeld auch durch ein in das Hauptfeld gebogenes Winkelblech 5 (ähnlicher Form wie in Fig. 4) gebildet werden.

I'm trotz der sehr geringen Stärke der Stege 3 die 'nötige Festigkeit zu erzielen. Kann man eine Einlage aus indifferentem Material benutzen, wie dies in Fig. 7 ersichtlich ist, wo sich zwischen den Polflächen ']e> l'.lektromagneten .. und den betreuenden Korrcktionspolflächcn 4 1 !locke ό aus irgend einem magnetisch indifferenten Material, z. B. Messing, Kupfer, Vulkanfiber o. dgl., befinden.

Es kann ferner das Korrektionsfeld bei .Anordnungen des fiauptstrommagneten, bei denen die magnetischen Kraftlinien an zwei oder mehreren Stellen durch Luftzwischenräume gehen, wie dies z. B. in Fig. 8 und 9 veranschaulicht ist, durch Überbrückung eines dieser Luftzwischenräume mittels eines oder mehrerer dünner magnetischer Stege gebildet werden.

In der Fig. S und t> geschieht dies z. 1». durch eine Brücke 7 aus Eisenblech, in welcher durch Ausnahme des Loches X die Stege 3 hergestellt sind.

Wenn in den Fig. 5 bis 9 der eine der Stege ^ derart bemessen wird, daß derselbe das Korrektionsfeld C hervorbringt, welches

75

80

85

yo

95

105

sich über das Hauptfeld lagert, so kann der zweite Steg 3 derart (kürzer und dünner), be^ messen werden, daß derselbe das oben erwähnte Korrektionsfcld zweiter Ordnung hervorruft, welches sich über die beiden ersteren Felder lagert. In .Fig. 8 ist z. B. der linksseitige Steg 3 bedeutend stärker und länger als der rechtsseitige. Steg 3 und ist crstcrer dem Korrektionsfelde erster Ordnung und letzterer dem Korrektionsfelde zweiter Ordnung entsprechend bemessen.

Da sich die Stege aus Eisen in manchen Fällen so dünn ergeben würden, daß dieselben praktisch nicht herstellbar wären, kann man sich zur Herstellung desselben oder zur Heiv stellung des ganzen Ansatzes bczw. der Brücke eines anderen magnetischen Materials mit geringerer Permeabilität, z. B. des Nickels oder Kobalts, oder der in neuerer Zeit bekannt gewordenen parsmagnctischen ] ,cgierimgen bedienen.

In Fig. 10 ist der Trommelanker 0 eines Gleichströmverbrauchsmessers mit Feldspulen 10,10 dargestellt, in welchen Eisenkerne 11 angeordnet sind. Vor den Polflächcn der Eisenkerne sind die Korrektionspqlplätteh.4 angeordnet, die mit den Eisenkernen durch die dünnen Stege 3 in Verbindung stehen.

Claims

. Patent-Ansprüche:

I. Einrichtung zur Vergrößerung der Empfindlichkeit und Erhöhung der Genauigkeit von elektrischen Meßvorrichtungen, bei denen ein der Stromstärke proportiönales.eisenhaltiges magnetisches Feld zur Hervorbringung der Meßwirkung be-, ■ nutzt wird, durch Anordnung eines durch „den "zu messenden oder von diesem abgeleiteten Strom erzeugten, auf den bewegliehen Anker wirkenden zweiten bezw. /weiteren magnetischen Kreislaufes, cla-. ■" ' durch1 gekennzeichnet, daß die Sätligüngs-.. .grenze dieses Kreislaufes ungefähr mit demjenigen Werte der Stromstärke zu-[iariiVneiifällt, bei Welchem die annähernd näßige Proportionalität des ursprüngliche^ unkorrigierten Feldes, mit der erregenden^ Stromstärke bereits eintritt, zu dem Z\\\i:&kc,_v, die Proportionalität des Feldes und der Stromstärke auf die kleinsten in Betracht kommenden Werte auszudehnen und die Empfindlichkeit

you

Meßvorrichtung für geringere Stromstärke zu erhöhen.
2. Einrichtung nach Anspruch 1 . da-' durch gekennzeichnet, daß die Sättigung

gg

des Korrektionsiekles bei der gewünschten, verhältnismäßig geringen Stromstärke durch .Einschaltung eines bczw. mehrerer eingeschnürter'Stellen

Korrck-

den magnetischen Kreislauf des
tionsfcldes erzielt wird.'
3. Die Erzeugung des Korrektionsfeldes bei einer Einrichtung nach An- s])ruch ι und 2, gekennzeichnet durch inner-' oder außerhalb des Hauptfeldes angeordnete, mittels dünner Stege mit dem paramagnetischen Kern des Hauptfeldes in der Nähe der Pole desselben verbundene Polplatten aus Eisen öder aus anderem paramagnetischen Material, zu dem Zwecke, den Kern und die Erregerspule des Hauptfeldes bei der Erzeugung des Korrektionsfeldes zu benutzen.
4. ■ Die Erzeugung des Korrektionsfeldcs bei einer Einrichtung nach Anspruch ι und 2 mit zwei oder mehreren Luftzwischenräumen im Hauptfelde, gekennzeichnet durch einzelne diese Luftzwischenräume überbrückende Streifen, Drähte o. dgl. aus paramagnetischem Material, welche bereits bei der erforderlichen geringen Stromstärke gesättigt sind, zu dem Zwecke, sowohl den Kern und die Erregerspulen als auch die Polflächcn. des Hauptfeldes zur Erzeugung' dcV Korrektionsfeldes zu benutzen.

Hierzu ι Blau Zeichnungen.