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Temperaturkompensation an permanenten Magneten, insbesondere an Bremsmagneten
für Wattstundenzähler. Die Erfindung bezieht sich auf die Kompensation von Temperaturfehlern
an Dauermagneten, insbesondere an solchen, wie sie als Bremsmagnete bei Induktionswattstundenz
ihlern Verwendung finden. Bei derartigen Magneten tritt bekanntlich bei einem Temperaturwechsel
eine Änderung des Kraftlinienflusses ein, und zwar derart, daß sich der Kraftlinienfluß
annähernd proportional mit der Temperatur ändert. Diese Erscheinung
ist
umkehrbar, derart, daß, wenn der Magnet nach einer Erhitzung wieder auf seine ursprüngliche
Temperatur abgekühlt wird, sich auch die ursprüngliche Kraftlinienstärke wieder
einstellt. Es ist ferner festgestellt, daß clie Triebkraft eines Wechselstrom-Induktionswattstundenzählers
sich mit der Temperatur ändert, und zwar derart, daß sich bei Temperaturerhöhung
ein größeres Drehmoment einstellt. Diese Änderung der Triebkraft ist aber kleiner
als die Änderung, die der Kraftlinienfluß des Bremsmagneten erfährt.
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Diese Erscheinungen machen sich bei genauen Messungen sehr störend
bemerkbar. Es sind nun bereits Anordnungen bekannt geworden, bei denen der Bremsmagnet
mit einem magnetischen Nebenschluß versehen ist, dessen Permeabilität bei steigender
Temperatur sinkt. Als Material für diesen Nebenschluß hat man Nickelstahl verwendet.
Dies ist aber sehr ungeeignet, da seine Permeabilität erst bei Temperaturen von
mehreren ioo° nennenswert abnimmt. Es kommt also praktisch für Zähler nicht in Frage.
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Hervorragend geeignetes Material stellen dagegen die Kupfernickellegierungen
dar, die gemäß unserer Erfindung für den Nebenschluß verwendet werden.
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An Hand der beiliegenden Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert
werden.
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Abb. i zeigt eine schaubildliche Ansicht eines Wattstundenzählers,
Abb.2 und 3 die besonderen., bei diesen Zählern verwendeten magnetischen Nebenschlüsse.
Abb. q. und 5 stellen Kurven dar, welche den Einfluß der Temperatur auf den Zähler
erkennen lassen. Abb. 6 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung.
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In der Abb. i ist io die Triebscheibe, ii der Spannungskern, 12 der
Stromkern und 13 und 14. die Bremsmagnete. Die' Spannungsspule wird zweckmäßig so
ausgeführt, daß der Ohmswhe Widerstand derselben im Verhältnis zur Reaktanz verhältnismäßig
klein wird. Dies hat, insbesondere wenn man noch die Bremsscheibe recht dünn ausführt,
den Vorteil, daß durch Temperaturschwankungen eine schädliche Phasenverschiebung
zwischen den durch die Spannungsspulen und den durch die Stromspulen erzeugten Kraftlinienflüssen
nicht eintreten kann und somit ein hierdurch bedingter Fehler vermieden wird. Infolgedessen
kann man die durch die genannte Wahl der Abmessungen bedingte Vergrößerung der Spannungsspulen
ohne weiteres in Kauf -nehmen. Die Bremsmagnete werden durch eine Klammer i5 in
ihrer Stellung festgehalten. 16 ist der magnetische Nebenschluß, der die Form eines
kegelstumpfförmigen Klotzes besitzt und der so groß 'bemessen ist, daß er knapp
zwischen die angrenzenden Pole der permanenten Magnete 13 und 14 paßt. Eine solche
Form des magnetischen Nebenschlusses ist in der Abb. 2 gesondert dargestellt. Bei
den gebräuchlichen Zählern hat dieser Kegelstumpf zweckmäßig eine Grundfläche von
etwa 12 X 2o mm. Es läßt sich dann ohne weiteres einrichten, daß bei Temperaturschwankungen
zwischen 2o und ioo° die Änderung des Kraftlinienflusses ¢ Prozent nicht übersteigt.
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Der magnetische 'Nebenschluß besteht aus einer Kupfernickellegierung,
die beispielsweise 70 Prozent Nickel und 30 Prozent kupfer enthält.
Auch ein kleiner Prozentsatz von Eisen ist sehr vorteilhaft, aber nicht unbedingt
notwendig. Eine Legierung, die etwa 313 Prozent Eisen enthält, hat sich als besonders
brauchbar erwiesen. Die Eigenschaften eines solchen Nebenschlusses lassen sich aus
der Abb. q. entnehmen. In dieser Abbildung sind auf der Abszisse die Temperaturschwankungen
und auf der Ordinate die Kraftflußdichte des magnetischen Nebenschlusses für eine
bestimmte magnetisierende Kraft dargestellt. Die Kurve E zeigt, in welcher Weise
sich die Permeabilität des Nebenschlusses 16 mit der Temperatur verändert.
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In Abb. 5 sind wieder auf der Abszissenachse die Temperaturschwankungen
dargestellt, während auf der Ordinate die prozentualen Veränderungen der Bremskraft
(rechts) und die prozentualen Veränderungen der Zählergeschwindigkeit (links) aufgetragen
sind. Die Kurve J zeigt, wie die Bremskraft mit zunehmender Temperatur abnimmt.
Die Kurve A zeigt, wie infolge dieser Abnahme der Bremskraft bei konstanter Belastung
die Geschwindigkeit des Zählers anwächst. Die Kurve B zeigt, wie bei konstanter
Last die Triebkraft unter dem Einfluß des Temperaturanstieges größer wird. Daraus
ergibt sich der resultierende Temperaturfehler, der der Summe der Fehler A und B
gleich ist und durch die Kurve C dargestellt ist. Es ist einleuchtend, daß man durch
einen Magneten, dessen Kraftfluß mit wachsender Temperatur ansteigt, nicht nur den
Fehler entsprechend der Kurve A vermeiden, sondern auch darüber hinaus den durch
die Kurve B bedingten Fehler kompensieren kann. Dies geschieht dadurch, daß die
Dämpfungsmagnete 13 und 14 etwas stärker als gewöhnlich gebaut werden und ein kleiner
Teil des Flusses so über den Nebenschluß 16 abgelenkt wird, daß er die Scheibe nicht
durchsetzen kann. Dieser Nebenschluß muß einen negativen Temperaturkoeffizienten
haben, derart, daß der Fehler bei allen Temperaturen verschwindet, so daß die Fehlerkurve
D mit der Abszissenachse zusammenfällt.
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In besonderere Fällen, z. B. bei Temperaturen
unter
2o°, wird die Charakteristik des magnetischen Nebenschlusses, wie in Abb. q. dargestellt
ist, nicht mehr linear mit der Temperatur sich ändern. Es*wird daher bei Instrumenten,
die niedrigen Temperaturen ausgesetzt sind, ein Nebenschluß verwendet werden müssen,
wie er in Abb. 3 dargestellt ist. Dieser besteht aus zwei zusammengesetzten Teilen
16' und 17 von annähernd gleicher Stärke. Der Teil 16' hat dieselbe Charakteristik
wie die Kurve E der Abb. q., und der Teil 17, der z. B. aus 6o Prozent Nickel und
.Io Prozent Kupfer besteht, hat eine Charakteristik wie sie durch die Kurve F der
Abb. 4. dargestellt ist. Wie man daraus erkennt, verschwindet die Permeabilität
des Teiles 17 bei 13° C nahezu vollständig. Die resultierende Wirkung der beiden
parallelen Nebenschlüsse 16' und 17 ergibt nun die gewünschte resultierende Permeabilitätskurve
R für niedere Temperaturen.
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Man kann die Charakteristik des Nebenschlusses durch Änderung der
Zusammensetzung der verwendeten Stoffe sowie der Anzahl und der Dimensionen der
Nebenschlußeisen beliebig verändern. Es können z. B. die sogenannten Monelmetalle,
welche 67 Prozent Nickel, a8 Prozent Kupfer und 5 Prozent andere nicht genau bekannte
Metallteile enthalten und auch die sogenannten Huesler-Legierungen, die Kupfer,
Aluminium und Mangan enthalten, für die Zwecke der Erfindung gute Dienste leisten.
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Abb. 6 zeigt die Anwendung der Erfindung auf einen. einfachen Bremsmagneten.
Die außerhalb der Triebscheibe 1g befindlichen Ecken der Magnetpole des Magneten
18 sind durch einen Nebenschluß 2o überbrückt. Gibt man diesem Nebenschluß 2o wieder
einen ähnlichen Temperaturkoeffizienten, wie dies vorhin ausführlich beschrieben
ist, so ruft dieser Nebenschluß bei Temperaturanstieg eine Vergrößerung der die
Zählerscheibe ig schneidenden Kraftlinien hervor. Der Dämpfungseffekt ist im wesentlichen
für eine gegebene Geschwindigkeit konstant. Falls die Zählerscheibe einen Temperaturkoeffizienten
von o besitzt, wird bei Temperaturvergrößerung der magnetische Nebenschluß nur das
natürliche Schwinden des Bremsmagnetismus kompensieren. Sobald die Zählerscheibe
einen positiven Temperaturkoeffizienten erhält, muß die Legierung des Nebenschlusses
so gewählt werden, daß dieser einen kleinen negativen Temperaturkoeffizienten besitzt.
Die Erfindung ist nicht nur anwendbar auf Dämpfungsmagnete an Zählern, sondern sie
kann auch für die Temperaturkompensation von Magneten an anderen Meßinstrumenten
Verwendung finden.