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Drehspulmeßgerät von hoher elektrischer Empfindlichkeit.
1 - T m spitzengelagerte Drehspulinstrumente von hoher elektrischer Empfindlichkeit
herzustellen, ohne dabei ihre äußeren Dimensiotien, namentlich die (les-o ermanenten
Mag-ne-P ten, ungewöhnlich zu vergrößern, verringert inan bisher die der elektromagnetischen
Kraft entgegenwirkende Richtkraft. Diese Maßnahine hat aber meistens zur Folge,
daß das Drehmoment im Verhältnis zum Gewicht der Drehspule sehr klein wird. und
das 'Meßgerät in mechanischer Beziehung daher nicht mehr genügend widerstandsfähig
ist, Instrumente
mit geringem Gütefaktor, wie man vielfach den
bezeichnet, arbeiten nämlich vielfach nur iin neuen Zustand und bei sorgfältigster
Behandlung einwandfrei, während sie schon nach kurzer Benutzung ihre ursprünglichen
guten Eigenschaften verlieren und sich Reibungsfehler einstellen, welche die -l#,feßgeiiatii,-1,eit
sehr beeinträchtigen. Durch die Erfahrung ist nun die Niliiidestgröße des Gütefaktors
festgelegt, welcher bei der Konstruktion eines '%,leßgerätes unbedingt einzuhalten
ist, tun es in mechanischer Hinsicht genügend widerstandsfähig zu gestalten. Ohne
diesen Faktor aber unzulässig zu vermindern, besteht bei der derzeitigen Anordnung
der Drelispulinstruinente 1,eiiii2 Möglichkeit einer weiteren erheblichen Steigerung
ihrer elektrischen Empfindlichkeit. -Nachstehende Überlegung, worin die Beziehungen
zwischen Wattverbrauch, mechanischem Gütefaktor und Ab-
messungen der Drellspule
untersucht werden, führt nun zu einem neuen Weg, um mit einem noch zulässigen Gütefaktor.
und zwar unter normalen magnetischen Verhältnissen, ein Instrument mit geringem
Eigenverbrauch herzustellen.
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Wenn TY den Wattverbrauch des Instruinentes bei go' Skalenwinkel darstellt,
so wird 11, == Ri2, worin R dei'i Widerstand und i den Strom in der Drelispule
bedeuten.
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Der \Viderstand der Drehspule ist aber ferner:
worin it der Windun-szahl, c dein spezifischen Widerstand, 1 der
1 änge und q dein Querschnitt einer Windung entsprechen.
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Das Gewicht des Rahmens, und zwar zunächst nur allein (lies der Wicklung,
ist aber: PR= t' - 1-(1-S, s bedeutet bierin (las spezifische
Gewicht oder
setzt man nun ni . =z ait, == einer Aniperewindung, so wird
Das - gesamte Gewicht des drehbaren Teiles ist aber P ==
PP + PA, worin PA das auf Zeiger, Federn, Spitzen u. (Igl. entfallende
Gewicht bedeutet.
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Danach wird das Gesamtgewicht des drehbaren Teiles
Das Drehinoment, welches durch die elektromagnetische Wechselwirkung zw-ischen Feld
und strorndurchflossenein Leiter hervorgerufen wird, ist ferner D = C
- a',',' 11, worin C eine Konstante, r den Hebelarm, an dein
(las Drehinoment wirkt, und li die aktive Länge einer Windung innerhalb des Luftraumes
darstellt.
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Der Gütefaktor k wird demnach nach i und 2
se ist eine Konstante., und zwar bei Aluminium 6,9
» Kupfer
. - 14,2-Bei bekanntem Gütefaktor k besteht (leinnach zwischen dem
Eigenverbrauch TT' und (len Abmessungen der Drehspule folgende Bezeichnung:
Aus der \-orstehenden Gleichung geht nun hervor, (-laß, falls durch geeignete Konstruktion
die -,Möglichkeit bestände, den Hebelarni r, in dein die drehmornentbildende Kraft
angreift, ohne Beeinträchtigung der Windungslange züi vergrößern, eine erhebliche
Steigerung der Empfindlichkeit erreicht werden könnte.
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Vorliegende Erfindung befaßt sieh nun mit einer Konstruktion eine.-,
Drehspulinstrumentes, bei welcher durch eigenartige Anordnung des magnetischen Feldes
obenstehende Bedingung erfüllt wird. Die neue Anordnung hat ferner noch zur Folge,
(laß ein Skalenwinkel von mindestens 27o0 erreicht werden kann, so (laß die "##,blesegenauigleit
des neuen Meßgerätes gegenüber den bisherigen mit einem Skalenwinkel von go' erheblich
verbessert wird.
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Abb. i veranschatflicht das fragliche L\Ießg erit. ä A
bedeutet hierbei einen perrnan enten 'Magneten bzw. ein Magazin solcher Magneten
mit
den beiden Polen bei l\T und S. Diese stehen in Verbindung mit zwei konzentrisch
angeordneten ringförmigen Polschuhen, von denen der äußere den inneren in einer
gewissen Entfernung bis auf einen Winkel von etwa:28o bis 300' umfaßt. Über
dein inneren Polschuh bewegt sich um die Achse G die Drehspule
E. Vermittels der beschriebenen Polschuhe ruft der Magnet im Luftzwischenraum
ein homogenes radiales Magnetfeld von durchweg gleicher Richtung hervor, so daß
die Drehspule bei Stromdurchgang vermöge der bekannten elektromagnetischen Wechselwirkung
eine Drehung vollführt, die bei genügend großem Strom bis zu 270' erreicht.
Mit dieser Anordnung läßt sich nun, wie leicht ersichtlich ist, bei gegebener Magnet-"röße
tr ein weit größeres Drehmoment bzw.
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eine weit größere Empfindlichkeit erreichen als mit den bisherigen
Ausführungen. Der Hebelarm, an dem die elektromagnetische Kraft angreift, in vorliegendem
Falle dargestellt durch den Abstand zwischen Achse G
und der aktiven Windungslänge
der SpuleE, ZD kann hierbei nämlich ohne nennenswerte Gewichtszunahme des drehbaren
Teiles ziemlich groß gewählt werden, so daß sich der zur Drehung des Systems erforderliche
Wattverbrauch entsprechend ermißicrt. Die Vergrößerung des Hebelarmes ist dabei
lediglich durch den magnetischen Eigenwiderstand des permanenten Magneten begrenzt,
indem bei zu großem Polschulidurchmesser die Feldstärke im Luftzwischenraum abnimmt.
Da bei der vorliegenden Ausführung nur eine Seite der Drehspule im Luftzwischenraum
sich bewegt, im Gegensatz zu dem bisherigen Instrument dieser Gattung mit zentral
gelegenem Eisenkern, kann der Luftzwischenraum erheblich kleiner' als bei dem letzteren
- wählt werden. Infolge des kleineren ge Luftabstandes und de§ größeren Querschnittes
des Luftraumes, bedingt durei7 die eigenartigen Polschuhe, läßt sich, der pernlanente
Magnet vollkommen ausnutzen, und das neue Meßgerät wird daher äußerst kompendiös.
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Bei sämtlichen Meßgeräten muß bekanntlich aus technischen Gründen
stets dafür gesorgt werden, daß der Schwerpunkt des be-
weglichen Systems
in die Drehachse fällt. Das Gewicht der Drehspule ist demnach durch ein Gegengewicht
auszugleichen. Falls das Gewicht der Spule einschließlich - der Befestigungsvorrichtung
nur geringen Wert besitzt, genügt zum Ausgleich vielfach das Zeigergewicht, so daß
das gesamte Gewicht bei verlängertem Hebearrn r nur unbedeutend vermehrt wird-.
Falls das Spulengewicht hingegen, um einen ungewöhnlich hohen Empfindlichkeitsgrad
zu erreichen, derart vergrößert werden muß, daß das Zeigergewicht keinen genügenden
Ausgleich mehr bietet, verwendet man, wie in Abb.:2 dargestellt, an Stelle eines
toten Gewichtes F eine zweite, der ersteren diametral gegenüberliegende Drehspule.
Die beiden Drehspulen F und F., welche zur Achse astatisch angeordnet sind, bewegen
sich nun je in einem Polschuhsystem, ähnlich der in Abb. i dargestellten
Form. B und C sowie B, und C, stellen diese beiden ringförmigen Polschuhe
dar. jeder derselben kann mit einem besonderen Magnet in Verbindung stehen, oder
es lassen sich beide, wie in Abb. 2 dargestell - t, an demselben permanenten
Magneten anschließen. Um eine bessere Ausnutzung des Magnetfeldes zu erreichen,
empfiehlt es sich, daß der äußere Polschuh, wie die Zeichnung zeigt, den inneren
nicht allein in achsialer, sondern auch in radialer Richtung umgibt. Von besonderem
Vorteil ist ferner ein äußerer Volschuh, welcher den inneren bis auf einen für den
Drehspulhalter notwendigen Raum allseitig umgibt. Beide Drehspulen, welche entweder
parallel oder hintereinander geschaltet werden, b
befinden sich auf einer
gemeinsamen Achse derart angeordnet, daß ihr Schwerpunkt in die letztere zu liegen
kommt. Der zum Betriebe des Instrumentes notwendige Meßstrom wird dem Spulenpaar
durch die üb-
lichen Zuführungsfedern zugeführt.
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Mit dem beschriebenen Drehspulmeßgerät, insbesondere mit dem mit astatischem
Spulen#paar, kann nun bei äußerst kompendiöser Form eine außerordentlich hohe elektrische
Empfindlichkeit erreicht werden. Außerdem verfügt das neue Meßgerät infolge des
großen Skalenwinkels über eine hohe Ablesegenauigkeit und wird von äußeren magnetischen
Ein--,virkungen nicht beeinflußt.