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Astatisches Magnetsystem für störungsfreie Galvanometer oder rüagnetometer.
Die früher zur Strommessung allein gebräuchlichen Nadelgalvanometer sind in neuerer
Zeit mehr und mehr verlassen worden, weil sie durch die Schwankunge:i des äußeren
Feldes beeinflußt werden, insbesondere durch die von den jetzt fast überall in Gebrauch
befindlichen Starkstromanlagen hervorgerufenen Störungen. Die an ihrer Stelle jetzt
fast ausschließlich benutzten Drehspulgalvanometer sind zwar von diesen äußeren
Störungen so gut wie völlig frei, doch erreichen sie im allgemeinen nicht
die Empfindlichkeit, wie man sie mit den Nadelgalvanometern erzielen kann.
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Vollkommen astatische '; adelsystenie sind (lein Einfluß jener Störungen
gleichfalls entzogen; auf die Herstellung solcher Systeme ist die deutsche Patentschrift
92,103 der Klasse 21e von Siemens & Halske gerichtet, durch die es bereits
bekannt geworden ist, die bei entgegengesetzt gerichtetenMagneten stets noch vorhandene
kleine magnetische Resultante durch Hilfsmagnete, die nach Größe und Richtung variiert
«erden können, zu kompensieren. Doch sind Galvanometer, bei denen solche vollkommen
astasierten Systeme benutzt werden, nicht in den Handel gekommen, vermutlich deshalb,
weil es nach diesem Verfahren sehr schwierig ist, in der Praxis vollkommen astasierte
Systeme herzustellen. In neuerer Zeit hat man daher unter Verzieht auf innere Astasierung
meist den Panzergalvanometern den Vorzug gegeben, bei denen das Erdfeld durch weiches
Eisen abgeschirmt wird und eine künstliche Richtkraft zur Verwendung kommt.
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Andererseits ist es durch einen Vorschlag von S t e p h a n (W ied.
Ann. 17, 935; 1882)
bekannt geworden, bei einem astatischen Nadelsystem die
Richtkraft der stärkeren Nadel durch Umgebung mit einem dünnen, verstellbaren Eisenring
entsprechend abzuschwächen, um die Wirkung beider :adeln gleichzumachen. Diese Maßnahme
genügt aber nicht, weil die 'neiden Magneten 1V1 und 11b1' (vgl. Abb. i) stets einen
kleinen Winkel d miteinander bilden werden, so daß auch bei völliger Gleichheit
der beiden Magneten senkrecht zur Hauptrichtung ein magnetisches Moment Ni resultiert,
das der Einwirkung des äußeren Feldes (in Abb. i gestrichelt gezeichnet) nicht entzogen
ist. Tatsächlich beobachtet man denn auch, daß, wenn man bei einem astatischen System
in der angegebenen Weise (oder durch irgendeine andere analoge Vorrichtung) die
Wirkung des äußeren Feldes in der Hauptrichtung zum Verschwinden bringt, dann das
System sich senkrecht zur Richtung des äußeren Feldes einstellt. Erst wenn man diese
senkrechte Komponente durch eine zweite Operation beseitigt, gelingt es, ein der
Wirkung des äußeren Feldes vollkommen entzogenes 'Magnetsystem zu schaffen.
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Also nur durch zwei voneinander weitgehend unabhängige Einstellungen
in zwei zueinander senkrechten Richtungen läßt sich - und dies ist das wesentlich
'Neue der vorhegenden Erfindung - i°1 zweckmäßiger Weise vollkommene innere Astasierung
erzielen. Dies kann nun auf zwei verschiedenen Wegen geschehen. Am einfachsten natürlich,
indem man die beiden genau gleichen benutzten Magnete so lange gegeneinander verdreht,
bis die magnetischen Achsen in die, gemeinsame Richtung der magnetischen Momente
der beiden Nadeln fallen und daher das magnetische Moment verschwindet. Man hat
also in der Tat zwei Operationen auszuführen, erstens die magnetischen Momente beider
Nadeln einander gleichzumachen und sodann die beiden Nadeln genau parallel zu stellen.
Diese Operationen sind ausführbar, doch wird man sie in der Praxis schon aus dem
Grunde seltener verwenden, weil nachträglich sowohl der Magnetismus der beiden Nadeln
sich ein wenig verändern kann, wie auch die kleinste Verdrehung der beiden Nadein
gegeneinander
wiederum dem äußeren Felde und damit allen seinen Störungen einen Angriffspunkt
liefert.
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Wie Versuche gezeigt haben, führt folgendes 'Verfahren sicher und
einfach zum Ziele. Man verwendet ein aus zwei nahe gleichen Nadeln I und II (Abb.
z) gebildetes astatisches System; senkrecht dazu bringt man eine kleine Hilfsnadel
III an, deren magnetisches :Moment in der Richtung liegt, daß es die senkrechte
Komponente des Hauptsystems (s. Abb. i) merklich überkompensiert. Durch eine!i größeren,
verstellbaren Eisenring R (irr Querschnitt gezeichnet) schwächt man die Wirkung
des äußeren Feldes auf die stärkere der beiden Hauptnadeln (z. B. die obere) und
durch einen kleineren verstellbaren Eisenring r- seine Wirkung auf die Hilfsnadel
so weit ab, daß das System der Richtkraft des äußeren Feldes vollkonrmen entzogen
ist. Da beide Einstellungen weitgehend, aber nicht vollkommen voneinander unabhängig
sind, so müssen sie abwechselnd erfolgen, bis vollkommene innere Astasierung erzielt
ist. Nachträgliche kleine .,Änderungen des Systems, sei es bezüglich der Stärke
der Magnetisierungen, sei es bezüglich der Richtung der magnetischen Achse der beiden
Hauptnadeln gegeneinander, können dann, ohne das aufgehängte System zu berühren,
durch mikrometrische Herstellung der beiden Eisenringe sehr einfach immer wieder
unschädlich gemacht werden.
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Ein derartig der Wirkung äußerer Felder @ ollkommen entzogenes magnetisches
System besitzt natürlich außer der Torsion des Aufhängefadens oder der Federn u.
dgl. keine Direktionskraft mehr, seine Schwingungsdauer wird überaus groß. Es ist
aber sehr leicht, nach erfolgter Justierung (was wesentlich ist), nötigenfalls durch
kleine, von außen angebrachte Hilfsmagnete, die inlromogene Felder erzeugen, eine
geeignete Direktionskraft und damit eine geeignete Schwingungsdauer zu erzielen.
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Das soeben beschriebene Verfahren empfiehlt sich besonders für die
Herstellung hochempfindlicher Galvanorneter,' die an Störungsfreiheit die in neuerer
Zeit viel benutzten Panzergalvanometer übertreffen und zudern --on manchen Unzuträglichkeiten
derselben frei sind.
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Ein anderes Zerfahren besteht darin, zwei kleine Hilfsnadeln zu verwenden,
von denen die eine in Richtung der beiden Hauptnadeln liegt, während die zweite
senkrecht dazu montiert ist. Durch Drehen der beiden kleinen Nadeln um eine horizontale
Achse lassen sich ihre :magnetischen Momente in horizontaler Richtung so lange verändern,
bis den beiden eingangs aufgestellten Bedingungen genügt wird.
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Die Störungsfreiheit bezieht sich natürlich nur auf solche Störungsfelder,
die innerhalb der. Dimensionen des benutzten Magnetsystems als homogen gelten können.
Für nichthomogene Felder können nach Patent 92103 drei Magnete verwendet werden
(s. auch Abb.3), und zwar ein größerer I und zwei gleich starke und gleichgerichtete
Magnetnadeln II und III, die dem größeren Magneten entgegengerichtet sind, vorausgesetzt,
daß durch Hilfsnadeln oder in einer anderen beschriebenen Weise den beiden Hauptbedingungen
genügt wird.
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Daß den Systemen r_aclr der Erfindung eine für die Messungen geeignete
Dämpfung (Luftdämpfung o. dgl.) leicht in üblicher Weise erteilt werden kann, bedarf
keiner näheren Ausführung. Ebenso ist klar, daß die Magnetsysteme in Magnetometern
Verwendung finden können.