DE269257C

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Publication number: DE269257C
Application number: DENDAT269257D
Authority: DE

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

eines magnetischen Kreises. .

Wie in elektrischen Stromkreisen neben der Größe der treibenden E. M. K. die Kenntnis der Spannung zwischen einzelnen Punkten des elektrischen Stromkreises notwendig ist, so ist es auch in magnetischen Kreisen außerordentlich wichtig, neben der durch die erregende Amperewindungszahl gegebenen magnetomotorischen Kraft auch die sogenannte magnetische Spannung zwischen irgend zwei Punkten eines ίο magnetischen Kreises auf einem beliebigen Wege messen zu können. Die magnetische Spannung zwischen zwei Punkten ι und 2 eines Magnetfeldes ist bekanntlich durch das Linienintegral
2

/■& 'äs .
ι

über die magnetische Feldstärke ξ> längs einer beliebigen, zwischen diesen beiden Punkten gezogenen Linie bestimmt. Hierbei bedeutet s die auf der Achse der Spule gemessene Weglänge. Bisher mangelte es in der Meßtechnik an einer Vorrichtung, mit welcher magnetische Spannungen gemessen werden können.

Gemäß der Erfindung wird diese sehr wichtige Aufgabe in technisch einwandfreier Weise durch ein auf der folgenden Überlegung beruhendes Meßverfahren gelöst: Bringt man eine Spule in ein veränderliches magnetisches Feld, so wird in ihr eine E. M. K. induziert.

Bezeichnet man mit Φ den Induktionsfluß durch die von einer Windung umschlossene Fläche von der Größe F und die Normale zu dieser Fläche mit s, so ist

Φ =

F,

wobei SS« die Normalkomponente der magnetischen Induktion bedeutet. Wird des ferneren mit N die Windungszahl pro Längeneinheit bezeichnet, so ist Nds die Anzahl der Windungen, die sich auf dem Stück der Spule von der Länge ds befinden, und es ist die in diesem Stück der Spule induzierte

E. M. K. =-

dt

Mithin ist die in der ganzen Spule induzierte E. M. K. gegeben durch die Gleichung:

dt

(ι)

Aus dieser Gleichung geht hervor, daß, falls die Windungszahl N pro Längeneinheit und der Querschnitt F der Spule längs der ganzen Strecke konstant sind, wenn ferner die Flächei⁷ zeitlich unveränderlich ist, für die induzierte E. M. K. auch die Gleichung gesetzt werden kann:

ds = -N-F ---- I μ ξ>, ds dt

(2)

Hieraus folgt, daß

Wenn μ, die Permeabilität des die Spule ausfüllenden Mediums, - im ganzen Innern der Spule konstant und zeitlich unverändeiiichist, dann ist

— S% ds =

i- "NF

Eat.

Das Zeitintegral für die induzierte E. M. K. gibt daher unter den angegebenen Voraussetzungen ein unmittelbares Maß für die magnetische Spannung.

Das neue Verfahren zur Messung der zwischen beliebigen Punkten für einen beliebigen Weg herrschenden magnetischen Spannung besteht darin j daß eine Spule, bei der die Windungszahl pro Längeneinheit und der Spulenquerschnitt an jeder Stelle konstant sind, mit beiden freien Enden an die Stellen des magnetischen Feldes gebracht wird, zwischen denen die magnetische Spannung gemessen werden soll. Vorausgesetzt, daß der zu untersuchende Magnet mit Gleichstrom erregt ist, so legt man an die Enden der Spule beispielsweise ein ballistisches Galvanometer. Kommutiert

. man den Erregerstrom, so wird $_s in — $_s verändert, und es wird durch das Galvanometer ein Zeitintegral der E. M. K. angezeigt, daß

/Edt = —

ist, woraus sich ergibt:

— -^=-■— \Edt,

μ NF 2 '

worin J E dt der am Meßgerät abgelesene Wert ist. An Stelle der Kommutation des den magnetischen Kreis erregenden Stromes kann auch von einer Unterbrechung oder einem Schließen des Stromes Gebrauch gemacht werden, vorausgesetzt, daß Meßfehler durch remanenten Magnetismus nicht zu befürchten sind.

Ist der zu untersuchende magnetische Kreis mit Wechselstrom erregt, so legt man an die Spule zweckmäßig einen Oszillographen. Dieser zeichnet den zeitlichen Verlauf der in der Spule induzierten E. M. K. E auf. Aus dem Oszillogramm kann das j'Edt auf dem Wege der Integration gewonnen werden.

Auf der Zeichnung ist in den Fig. 1 und 2 eine Ausführungsform der Erfindung in Längsund Querschnitt dargestellt und in Fig. 3 die Anwendungsweise des magnetischen Spannungsmessers in einem Beispiel angedeutet. Auf dem beispielsweise aus Gummi oder sonstigem biegsamen Stoff hergestellten Kern k in Form eines flachen Bandes von elliptischem Querschnitt ist eine Wicklung w in einer oder mehreren Lagen angeordnet. Bei Verwendung mehrerer übereinander angeordneter Windungslagen kann' die Wicklung zweckmäßig bifilar hergestellt sein; es ist nur stets Bedingung, daß die Windungszahl pro Längeneinheit konstant ist.

Das die Spule ausfüllende Medium kann aus einem Stoff beliebiger Permeabilität bestehen, der die Eigenschaft hat, daß seine Permeabilität an allen Stellen die gleiche und zeitlich unveränderlich ist. Am zweckmäßigsten wählt man eine nicht magnetisierbare Substanz, also eine solche mit μ =ΐ. Wünscht man eine größere Empfindlichkeit zu erzielen, so kann man einen magnetisierbaren Stoff verwenden.

Fig. 3 zeigt, in welcher Weise der magnetische Spannungsmesser Anwendung finden kann. Es sei e ein Eisenkörper, der beispielsweise einen Teil einer elektrischen Maschine bildet. Zur Ermittlung der magnetischen Spannung zwischen den beiden Stellen ι und 2 des Eisens legt man die freien Enden des magnetischen Spannungsmessers stumpf gegen diese Stellen derart an, daß die Mittellinie der Spule einen Winkel von 90⁰ mit der Auflagefläche einschließt, und mißt an dem Meßinstrument m die Größe der magnetischen Spannung.

Da das Linienintegral

längs zweier Wege zwischen den Punkten 1 und 2 konstant ist, falls die von den beiden Wegen begrenzte Fläche nicht von Erreger-Amperewindungen durchdrungen ist, so wird durch den magnetischen Spannungsmesser in der Tat die magnetische Spannung im Eisenkörper zwischen den beiden Punkten gemessen, genau so, wie in elektrischen Stromkreisen durch Anlegen eines Voltmeters die Spannung zwischen zwei Punkten des Leiterkreises gemessen wird. -■■■■

Wird dagegen die Fläche zwischen dem magnetischen Spannungsmesser und einem Wege innerhalb des Eisens e von Erreger-Amperewindungen durchdrungen, so ist bekanntlich das Linienintegral der magnetischen Feldstärke über den geschlossenen Weg von Punkt ι über den Spannungsmesser nach Punkt 2 und im Eisen e nach Punkt 1 zurück bis auf einen konstanten Faktor gleich der Anzahl der diese Fläche durchdringenden Amperewindungen. Die von dem magnetischen Spannungsmesser angegebene Spannung wird daher nicht gleich der gesuchten magnetischen Spannung zwischen den Punkten 1 und 2 im Eisen sein, sondern wird von dieser um die mit der erwähnten Konstanten multiplizierten Erreger-Amperewindungszahl, die die Fläche durchdringt, verschieden sein. Da sich diese letzte Größe aber durch andere Messungen leicht ergibt, so kann' auch in diesem Falle

mit Hilfe des magnetischen Spannungsmessers die magnetische Spannung zwischen den beiden Punkten ι und 2 im Eisen leicht ermittelt werden.

Aus der letzten Bemerkung geht ohne weiteres hervor, daß man mit dem magnetischen Spannungsmesser auch die Amperewindungszahl elektrischer Strombahnen bestimmen kann. Man braucht nämlich nur den magnetischen Spannungsmesser um die stromführenden Windungen herumzulegen und beide Enden des Spannungsmessers zu vereinigen, um so das Linienintegral über die magnetische Feldstärke längs eines geschlossenen, die Erreger-Amperewindungen umschließenden Weges messen und damit die Amperewindungszahl bestimmen zu können.

Claims

Patent-Ansprüche:

i. Verfahren zum Messen der magnetischen Spannung zwischen beliebigen Punkten eines magnetischen Kreises auf einem beliebigen Wege, dadurch gekennzeichnet, daß an diese Punkte die Enden einer an ein elektrisches Meßgerät angeschlossenen Spule von konstantem Querschnitt und konstanter Windungszahl pro Längeneinheit angelegt und der bei Wechselstromerregung des magnetischen Kreises unmittelbar, bei Gleichstromerregung in bekannter Weise durch Kommutierung oder Unterbrechung des Erregerstromes erhaltene Ausschlag am Meßgerät abgelesen bzw. aufgezeichnet wird.
2. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekenn-* zeichnet, daß die an das Meßgerät angeschlossene Spule auf einem derart biegsamen Kern aus zweckmäßig unmagnetisierbarem Stoff angeordnet ist, daß man die Spule mit den Kernenden senkrecht gegen irgendwelche Flächen anlegen kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.