DE204692C

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KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

- M 204692 KLASSE 21 e. GRUPPE- M 204692 CLASS 21 e. GROUP

Patentiert im Deutschen Reiche vom 29. August 1907 ab.Patented in the German Empire on August 29, 1907.

F er rar is-Meßgeräte, bei denen das Drehmoment dadurch erzielt wird, daß man von einem Wechselstrom in einem Eisenkern ein magnetisches Primärfeld und von diesem wiederum mit Hilfe von sekundären Spulen oder" sogen. Kurzschlußringen ein zweites, in .der Phase verschobenes Sekundärfeld hervorrufen läßt und diese beiden Felder räumlich so anordnet, daß sie ein auf den metallenen Drehkörper wirkendes Drehfeld bilden, haben im . allgemeinen den Nachteil, daß ihre Angaben sowohl mit der Temperatur als auch mit der Periodenzahl des Wechselstroms schwanken.F errare gauges in which the torque is achieved by moving from an alternating current in an iron core, a magnetic primary field and from this in turn with the help of secondary coils or "so-called short-circuit rings a second, in .der Can cause phase-shifted secondary field and these two fields are spatially arranged in such a way that that they form a rotating field acting on the metal rotating body, have im. general the disadvantage that their information fluctuate both with temperature and with the number of periods of the alternating current.

Man hat nun verschiedene Mittel versucht, um diese Abhängigkeiten zu beseitigen. So will man z, B. durch -Herstellung des Drehkörpers aus Material, welches in bestimmter Weise mit der Temperatur seinen Widerstand ändert, die Abhängigkeit von der Temperatur beseitigen. Auch zur Beseitigung der Abhängigkeit der Angaben von der Periodenzahl hat man verschiedentlich Mittel versucht.Various means have now been tried to eliminate these dependencies. So if one wants, for example, by -producing the rotating body from material, which in certain Way with the temperature its resistance changes, the dependence on the temperature remove. Also to eliminate the dependency of the information on the number of periods one has tried various means.

Im nachfolgenden ist dagegen ein Mittel beschrieben, welches sich sowohl für die Beseitigung von Temperaturfehlern als auch zur Beseitigung von solchen Fehlern, welche durch veränderliche Periodenzahl erzeugt werden, eignet.In the following, however, a means is described, which is both for the elimination of temperature errors as well as to eliminate errors caused by variable number of periods are generated, is suitable.

Es besteht nämlich die Tatsache, daß man durch Veränderung des ohmschen Widerstandes der Sekundärwicklung eines solchen Ferraris-Meßgeräts sowohl eine positive als auch eine negative Abhängigkeit von Temperaturschwankungen und ferner auch eine positive und auch eine negative Beeinflussung der Angaben. durch die Periodenzahl erhalten kann. Es gibt daher auch für jede dieser Beeinflussungen einen solchen Widerstandswert des Sekundärkreises, daß die Abhängigkeit der Angaben in weiten Schwankungsgrenzen Null wird. Den günstigsten Widerstand herzustellen, -ist Aufgabe des das Instrument Eichenden. Der Vorgang läßt sich etwa in folgender Weise erklären. There is namely the fact that by changing the ohmic resistance the secondary winding of such a Ferraris meter has both a positive and a negative dependence on temperature fluctuations and also a positive and also a negative influence on the information. can be obtained by the number of periods. It there is therefore a resistance value of the secondary circuit for each of these influences, that the dependency of the information is zero within wide limits of fluctuation. Establishing the cheapest resistance is the task of the person calibrating the instrument. The process can be explained roughly in the following way.

Der Eisenkern des Instruments mit den Wicklungen stellt eine Art Transformator dar. Der Primärstrom erzeugt ein primäres Feld, und dieses induziert in der Sekundärwicklung eine elektromotorische Kraft, welche entgegen dem ohmschen Verlust und entgegen dem Selbstinduktionsverlust des Sekundärkreises einen Sekundärstrom hervorbringt. In dem Diagramm (Fig.) sind diese Verhältnisse dargestellt. Der Radiusvektor J₁ gibt den Primärstrom, gegen diesen, infolge der Hysteresis um einen kleinen Winkel α rückwärts verschoben, liegt das primäre Feld F₁. Auf diesem senkrecht in Richtung der Verzögerung steht die in. der Sekundärwicklung erzeugte elektromotorische Kraft E, und gegen diese, um einen bestimmten Winkel β verzögert, liegt der sekundäre Strom J₂. Der Winkel β ergibt sich aus der Größe des ohmschen Verlustes E₁ und derjenigen des Selbstinduktions-The iron core of the instrument with the windings represents a kind of transformer. The primary current generates a primary field, and this induces an electromotive force in the secondary winding, which creates a secondary current against the ohmic loss and against the self-induction loss of the secondary circuit. These relationships are shown in the diagram (Fig.). The radius vector J ₁ gives the primary current, against this, shifted backwards by a small angle α due to the hysteresis, the primary field F ₁ lies. The electromotive force E generated in the secondary winding is perpendicular to this in the direction of the deceleration , and the secondary current J ₂ lies against this, delayed by a certain angle β . The angle β results from the size of the ohmic loss E ₁ and that of the self-induction

Verlustes E₂, da beide unter einem bestimmten Winkel zueinander stehen und in ihrer geometrischen Summe die elektromotorische Kraft E darstellen müssen. Nimmt man nun vorerst an, daß der Primärstrom konstant gehalten wird, so ist bei gleichbleibender Periodenzahl auch die sekundäre elektromotorische Kraft E konstant, da die. sekundäre Windungszahl konstant ist. Es hängt daher der SekundärstromLoss E ₂ , since both are at a certain angle to each other and must represent the electromotive force E in their geometric sum. If one assumes for the time being that the primary current is kept constant, the secondary electromotive force E is also constant if the number of periods remains constant, since the. secondary number of turns is constant. It therefore depends on the secondary current

ίο und damit die Größe des ohmschen Span- - nungsabfalles .E₁ und diejenige des Selbstinduktionsverlustes E₂ bei gleichbleibender Pe-. riodenzahl lediglich von der Größe des ohmschen Widerstandes im Sekundär kreis ab. Da nun der Sekundärstrom J₂ gegeben ist durchίο and thus the size of the ohmic voltage drop .E ₁ and that of the self-induction _{loss E 2} with a constant Pe-. The number of periods only depends on the size of the ohmic resistance in the secondary circuit. Since the secondary current J ₂ is now given by

worin W der ohmsche Widerstand und λ ω der Selbstinduktionswiderstand ist, so wird zwar J₂ mit größer werdendem W kleiner und mit kleiner werdendem W größer, die Änderung von J₂ muß aber- geringer sein als die von W, weil W nur als Addend mit der konstanten Größe λ ω unter dem Wurzelzeichen im Nenner des Bruchs, vorkommt. Es muß mithin bei größer werdendem W der ohmsche Verlust E₁ steigen und der Selbstinduktionsverlust Zi₂ fallen. Hierdurch wird aber eine Veränderung der Phase zwischen J₂ und E bedingt, und zwar wird die Phasenverschiebung β kleiner ,mit steigendem und größer mit fallendem Widerstand W. Würde der Widerstand W sehr groß, so daß λ ω ihm gegenüber sehr klein wäre, so würde J₂ ebenfalls klein und auf annähernd gleicher Phase mit E sein. Würde dagegen W sehr klein sein, so daß es gegen λ w nicht in Betracht kommt, so würde J₂ verhältnismäßig groß und um nahezu 90 ° gegen Zt verschoben sein. Das Drehmoment eines Ferraris-Instruments ist nun gegeben durch die Formelwherein W is the ohmic resistance and λ ω of the self-induction of resistance, so Although J ₂ is greater smaller with increasing W and decreasing F, the change of J ₂ must be but- lower than that of W because W only as an addend with of constant quantity λ ω under the root sign in the denominator of the fraction. As W increases, the ohmic loss E _{1 must} increase and the self-induction _{loss Zi 2} decrease. However, this causes a change in the phase between J ₂ and E , namely the phase shift β becomes smaller, with increasing and larger with decreasing resistance W. If the resistance W were very large, so that λ ω would be very small compared to it, then it would be J _{2 must} also be small and on approximately the same phase with E. If, on the other hand, W were very small, so that it does not come into consideration with respect to λ w , then J ₂ would be relatively large and shifted by almost 90 ° with respect to Zt. The torque of a Ferraris instrument is now given by the formula

D = C · J₁ · J₂ · η · sin ψ, D = C J ₁ J ₂ η sin ψ,

worin C eine Konstante, J₁ der Primär- und J₂ der Sekundärstrom, η die Periodenzahl und ψ der Winkel der Phasenverschiebung zwischen dem Primär- und dem Sekundärfeld ist. Dieser Winkel ψ ist dann, wenn man annimmt, daß das Primärfeld und das Sekundärfeld infolge von Hysteresis um gleiche Winkel α gegen die sie erzeugenden Ströme versetzt ist, gleich dem Winkel zwischen J₁ und J₂. Eine Verkleinerung von J₂ und damit eine Verkleinerung des Winkels β durch Vergrößerung von W bringt mithin eine Vergrößerung von sin ψ hervor; diese Änderung ist um so größer, je größer β ist, und um so kleiner, je kleiner β ist. Da man also durch die Wahl der Größen-Ordnung von W auch die Größe von ,6 wählen kann, so hat man hierdurch ein Mittel dafür gefunden, daß eine Änderung von W eine Änderung Von sin ψ hervorbringt, die umgekehrt wie die Änderung von J₂ ist und je nach der Größenordnung von W größer oder gleich oder kleiner als die Änderung von J₂ sein kann. Ist W aus einem Material hergestellt, dessen Widerstandsgröße von der Temperatur abhängig ist, so bringt eine Änderung von W durch die Temperatur die oben erörterten Größenänderungen von J₂ und sin Φ hervor, und man kann W von solcher mittleren Größe wählen, daß die Änderung von J₂ durch die Änderung von sin ψ kompensiert wird. Würde man den Mittelwert von W kleiner machen, so tritt eine Uberkompensation der Änderung von J₂ durch die von ■ sin ψ ein. Ein größeres W würde eine Unterkompensierung hervorbringen. Da das Drehmoment auf den Drehkörper des Instruments auch noch von der Widerstandsänderung des Drehkörpers durch die Temperatur abhängig ist, so kann man den Widerstand W von solcher mittleren Größe wählen, daß sowohl die Änderung des Stromes J₂ als auch die Änderung der Wirbelströme durch die Widerstandsänderung im Drehkörper in ihrer Gesamtheit durch die Änderung von sin ψ kompensiert wird. Bei. einem Voltmeter, bei dem auch der Primärstrom /j infolge von Temperaturschwankungen nicht mehr ganz konstant ist, kann man auch diese Änderung durch die Größenwahl von W mitkompensieren.where C is a constant, J ₁ the primary and J ₂ the secondary current, η the number of periods and ψ the angle of the phase shift between the primary and the secondary field. This angle ψ is then, if one assumes that the primary field and the secondary field are offset by the same angle α from the currents that generate them due to hysteresis, equal to the angle between J ₁ and J ₂ . A decrease in J ₂ and thus a decrease in the angle β by increasing W therefore results in an increase in sin ψ; this change is greater, the greater β is, and the smaller the smaller β is, the smaller it is. Since one can also choose the magnitude of .6 by choosing the order of magnitude of W , a means has thereby been found that a change in W brings about a change in Sin ψ, which is the opposite of the change in J ₂ and, depending on the order of magnitude of W, may be greater than, equal to or less than the change in J ₂ . If W is made of a material whose resistance value depends on the temperature, then a change in W due to the temperature brings about the changes in size of J ₂ and sin Φ discussed above, and W can be selected to be of such an average size that the change in J ₂ is compensated by the change in sin ψ. If the mean value of W were made smaller, the change in J _{2 would} be overcompensated by that of ■ sin ψ. A larger W would result in undercompensation. Since the torque on the rotating body of the instrument is also dependent on the change in resistance of the rotating body due to the temperature, the resistance W can be selected to be of such an average size that both the change in the current J ₂ and the change in the eddy currents due to the change in resistance is compensated in its entirety by the change in sin ψ in the rotating body. At. a voltmeter, in which the primary current / j is no longer completely constant due to temperature fluctuations, this change can also be compensated for by choosing the size of W.

Bezüglich des Einflusses der Periodenzahl liegen die Verhältnisse etwa wie folgt:With regard to the influence of the number of periods, the ratios are roughly as follows:

Nimmt man vorerst wieder an, daß der Primärstrom konstant ist, was bei einem Amperemeter zutreffen würde, so muß sich die elektromotorische Kraft E des Sekundärkreises direkt mit der Periodenzahl .ändern, desgleichen ist der Selbstinduktionswiderstand des Sekundärkreises direkt von der Periodenzahl abhängig. Der Strom J₂ ist wiederum gegeben durchIf one assumes again for the time being that the primary current is constant, which would apply to an ammeter, the electromotive force E of the secondary circuit must change directly with the number of periods, and the self-induction resistance of the secondary circuit is also directly dependent on the number of periods. The current J ₂ is again given by

_ '' ^E _ '' ^E.

worin ω, da es die Winkelgeschwindigkeit darstellt, direkt mit der Periodenzahl η sich ändert. ■where ω, since it represents the angular velocity, changes directly with the number of periods η . ■

Dieser Ausdruck läßt sich nach dem Vorhergesagten auch schreiben:This expression can also be written after what has been said before:

τ _ τ _

² ~ ² ~

Man sieht hieraus, daß J₂, wenn W so groß ist, daß λ u) dagegen nicht in Betracht kommt, sich annähernd mit η ändert. Is't.dagegen W so klein, daß λ ω stark überwiegt, so wird J₂ fast von der Periodenzahl unabhängig. Für zwischen diesen Größen liegende Werte von W ist J₂ wesentlich weniger als. in der erstenIt can be seen from this that J ₂ , if W is so large that λ u), on the other hand, does not come into consideration, changes approximately with η . If, on the other hand, W is so small that λ ω strongly predominates, then J _{2 is} almost independent of the number of periods. For values of W lying between these quantities, J _{2 is} significantly less than. in the first

Potenz von η abhängig. Die Tangente des Winkels β ist annähernd bestimmt durch den QuotientenPower of η dependent. The tangent of the angle β is approximately determined by the quotient

sie ändert sich also ungefähr .mit der ersten Potenz der Periodenzahl, d.h., es wird der Winkel β mit steigender Periodenzahl größerso it changes roughly with the first Power of the number of periods, i.e. the angle β increases with increasing number of periods

ίο und mit fallender kleiner. Es wird mithin der Wert sin ψ mit steigender Periodenzahl kleiner und mit fallender Periodenzahl größer. Auch hier wird wieder die Änderung von sin ψ von der mittleren Größe des Winkels β bzw. von der Größe von W abhängig sein, und es wird je. nach der Größe von W sich sin ψ schneller oder gleich oder weniger als J₂ ändern können. Da die Periodenzahl in dem Ausdruck für das Drehmoment des Ferraris-Instruments unmittelbar vorkommt, wird man nicht nur die Änderung von J₂ mit der Periodenzahl, sondern auch noch den direkten Faktor η durch die Änderung von sin ψ bzw. durch die Wahl von W. kompensieren müssen.ίο and with falling smaller. The value sin ψ therefore becomes smaller with increasing number of periods and larger with decreasing number of periods. Here, too, the change in sin ψ will depend on the mean size of the angle β or on the size of W , and it will ever depend. according to the magnitude of W , sin ψ can change faster than or equal to or less than J ₂ . Since the number of periods occurs directly in the expression for the torque of the Ferraris instrument, one becomes not only the change in J ₂ with the number of periods, but also the direct factor η by changing sin ψ or by choosing W. have to compensate.

Bei Voltmetern, bei denen auch noch die Primärstromstärke J₁ mehr oder weniger von Schwankungen ,der Periodenzahl beeinflußt wird, ist die Kompensation mit Hilfe von W noch leichter zu erreichen, weil der Primär strom mit wachsender Periodenzahl kleiner wird., Der Primärstrom ist hierbei bestimmt durch eine Summe von Widerständen, nämlich durch den ohmschen Widerstand des Primärkreises, ferner durch den Selbstinduktionswiderstand desselben Kreises und durch einen Widerstand, welcher durch die gegenseitige Induktion des Sekundärstromes auf den Primärkreis hervorgerufen wird. Da die letzteren beiden Widerstände mit der Periodenzahl wachsen, so muß der Primärstrom fallen, und es wird sich dementsprechend der Sekundärstrom J₂ bei Voltmetern weniger mit der Periodenzahl ändern als bei Amperemetern, bei denen der Primärstrom konstant ist.In voltmeters where the primary current J _{1 is} more or less influenced by fluctuations in the number of periods, the compensation with the help of W is even easier to achieve, because the primary current becomes smaller as the number of periods increases., The primary current is determined here by a sum of resistances, namely by the ohmic resistance of the primary circuit, further by the self-induction resistance of the same circuit and by a resistance which is caused by the mutual induction of the secondary current on the primary circuit. Since the latter two resistances increase with the number of periods, the primary current must fall, and accordingly the secondary current J ₂ in voltmeters will change less with the number of periods than in ammeters where the primary current is constant.

Man kann es durch geeignete Wahl von W so weit bringen, daß der Sekundärstrom bei Voltmetern fast unabhängig \^on der Periodenzahl ist. In diesem Falle hätte man durch die Änderung von sin ψ nur den in der Gleir chung für das Drehmoment direkt vorkommenden Faktor η und die veränderliche Größe J₁ ■zu kompensieren.By a suitable choice of W it can be brought so far that the secondary current in voltmeters is almost independent of the number of periods. In this case one would only have to compensate for the factor η which occurs directly in the equation for the torque and the variable quantity J _{1 ■ by changing sin ψ.}

Es ist nun wünschenswert, für gewisse Zwecke die Angaben solcher Ferraris-Instrumente sowohl von Temperaturschwankungen als auch von Schwankungen der Periodenzahl unabhängig zu machen. Versuche haben gezeigt, daß man die Wicklungsverhältnisse so wählen kann, daß bei ein und demselben mittleren Widerstand W die Angaben, des Instruments in praktischen Grenzen sowohl von Temperaturschwankungen als auch von Periodenschwankungen unabhängig gemacht werden können. Wenn auch durch Veränderung des Widerstandes W mit der Temperatur der Widerstandswert von W nicht immer genau mit demjenigen Wert übereinstimmt, für welchen die Kompensation auf Periodenschwankungen am besten erreicht ist, so sind diese Abweichungen doch nicht so bedeutend, daß die Angaben des Instruments gegenüber denjenigen von Apparaten ohne diese Einrichtung nicht als praktisch unabhängig von Periodenschwankungen bezeichnet werden könnten.It is now desirable, for certain purposes, to make the details of such Ferraris instruments independent of both temperature fluctuations and fluctuations in the number of periods. Experiments have shown that the winding ratios can be chosen so that, with one and the same average resistance W, the information of the instrument can be made independent of both temperature fluctuations and period fluctuations within practical limits. Even if the resistance value of W does not always correspond exactly to the value for which the compensation for period fluctuations is best achieved due to the change in the resistance W with the temperature, these deviations are not so significant that the information provided by the instrument compared to those of Apparatus without this facility could not be described as practically independent of period fluctuations.

Claims

Patent-To sayings .:

1. Ferraris measuring instrument in which the current in primary windings as a result of induction in secondary windings causes secondary currents, characterized in that, that the resistance of the secondary circuit, which varies with temperature, is of such magnitude that the data of the instrument are not influenced by temperature fluctuations within practical limits.

2. Ferraris measuring instrument where the current in primary windings as a result of induction in secondary windings causes secondary currents, characterized in that, that the resistance of the secondary circuit, which varies or does not change with temperature is of such magnitude that the indications of the instrument are not within practical limits of fluctuations in the number of periods to be influenced.

3. F err ar is measuring instrument in which the current in primary windings as a result induces secondary currents from induction in secondary windings, characterized in that that the resistance of the secondary circuit, which varies with temperature, is of such magnitude that the information of the instrument within practical limits, if possible, neither from temperature can still be influenced by period fluctuations.

1 sheet of drawings.