DE46600A - Apparat zum Messen der Leistung eines elektrischen Stromkreises - Google Patents
Apparat zum Messen der Leistung eines elektrischen StromkreisesInfo
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Description
KAISERLICHES
PATENTAMT. \%N
Der den Gegenstand dieser Erfindung bildende Apparat zum Messen der Leistung eines elektrischen
Stromkreises besteht aus einer elektrodynamischen Waage, welche, je nachdem die Stromstärke oder die elektromotorische Kraft
gemessen werden soll, ohne Widerstandskasten oder in Verbindung mit einem solchen in
Hintereinanderschaltung benutzt wird. Der Apparat beruht auf der Wirkung, welche feste,
ringförmige Theile eines Stromkreises auf bewegliche Theile desselben ausüben. Hierzu
sind an den Enden eines Waagebalkens Spulen oder Ringe angehängt und unterhalb und
oberhalb derselben feste Ringe angeordnet, und wird der zu messende Strom durch sämmtliche
Ringe geleitet, und zwar so, dafs er auf derselben Seite des Balkens die beiden festen
Ringe in entgegengesetzten Richtungen durchkreist, also der bewegliche Ring zugleich von
dem einen festen Ring angezogen und von dem anderen festen Ring abgestofsen wird und
das eine feste Paar seinen beweglichen Ring nach unten zu bewegen strebt, während das
andere Paar den betreffenden beweglichen Ring gleichzeitig nach oben bewegt. Um etwaige
Störungen infolge von horizontalen Beanspruchungen durch erd- oder localmagnetische
Kräfte, aufzuheben, werden auch die beiden beweglichen Spulen vom Strom in entgegengesetzter
Richtung durchflossen. Durch Verschieben eines Laufgewichtes oder Hinzufügen
von Einsatzgewichten stellt man den Zeiger des Waagebalkens auf ο zurück und liest dann an
einer Scala die Stromstärke bezw. elektromotorische Kraft direct ab. Die Stromzuführung
zu den festen Ringen erfolgt mittelst Drahtseiles und wird der Strom den beweglichen
Ringen durch den Balken zugeführt, der mittelst leitender, aus einzelnen Drähten zusammengesetzter
Bänder aufgehängt ist und an seitlicher oder in der Längsrichtung erfolgender Verrückung verhindert ist. Das Laufgewicht
ist aus einem eigentlichen Gewichtstheil und einem Führungstheil so zusammengesetzt,
dafs letzterer ersteren nach der Einstellung wieder freiläfst. Die Widerstände bestehen
am zweckmäfsigsten aus Platinoid (einer Legirung aus Neusilber und 1 bis 2 °/0 Wolfram,
welches sich durch hohen specifischen Widerstand und nur geringe Temperaturcorrection
auszeichnet und dadurch hergestellt wird, dafs man metallisches Wolfram und Phosphorcalcium
zusammenschmilzt und das erhaltene Phosphorwolfram mit Kupfer- oder Phosphorbronze,
mit oder ohne Zusatz von Zinn oder Zink legirt).
Der Apparat ist in den Fig. 1 bis 7 in mehreren Modificationen dargestellt. An jedem Ende
trägt der in seiner Mitte möglichst horizontal in nachbeschriebener Weise aufgehängte Balken i
einen möglichst horizontal daran befestigten Ring j oder eine Spule aus isolirtem Draht.
Jeder der beiden Ringe j wird durch einen, am zweckmäfsigsten jedoch ein Paar fixirter Ringe
(Spulen) χ, Fig. 2, 4 und 7, beeinflufst. Die festen Ringe sind conaxial mit ihnen und in
möglichst parallelen Horizontalebenen in solchem Abstande von ihnen befestigt, dafs die
gehörige elektrodynamische Stabilität erreicht wird. Die festen Ringe haben entweder dieselben
mittleren Dimensionen wie die beweglichen, oder sie sind zum Messen sehr kräftiger
Ströme stärker, indem ihr äufserer Durchmesser gröfser, ihr innerer dagegen kleiner ist als die
betreffenden Durchmesser der beweglichen Spulen. Auch bestehen in solchem Falle die
Ringe für die Messung von Gleichströmen zweckmäfsig aus Kupferrippen von solcher
Breite und Dicke, dafs sie das zu messende Strommaximum, ohne schädliche Erhitzung zu
erfahren, leiten können. Bei Wechselströmen stellt man beide Ringe aus einem Kupferseil
her, welches aus so dünnen Drähten zusammengesetzt ist, dafs Störung durch ungleiche
Stromvertheilung über den leitenden Querschnitt vermieden wird; dabei ist der Drill im
Seil derart, dafs in jeder Umwindung des Ringes eine ganze Anzahl von Windungen im
Seil vorhanden ist; der Querschnitt des Seiles kann entweder rund oder rippenförmig flach
sein. Die festen Ringe werden zur Ableitung der Wärme auf massive kupferne oder geeignet
andersmetallische Kerne gewickelt, die auf massiven kupfernen etc. den Fufs und das
Gestell der Waage bildenden Platten y befestigt sind. Bei Instrumenten, welche mit
Wechselströmen benutzt werden sollen, stellt man diese Kerne und Platten entweder aus
nichtleitendem Material her, oder man schneidet sie, wenn aus Metall bestehend, so durch, .dafs
die Circulation von inducirten Strömen um sie herum ausgeschlossen bleibt. Infolge ihrer
grofsen Oberfläche und Wärmeleitungsfähigkeit erleichtern die Kerne und Platten die Ableitung
der in den Ringen durch den Stromdurchflufs erzeugten Wärme und verhüten so aus dieser Ursache durch Dimensionsänderungen
des Waagebalkens oder Luftströmen sich ergeben könnende Fehler.
Der Balken i ist mittelst flacher Bänder ^,
zusammengesetzt aus neben einander in derselben Ebene liegenden feinen Drähten, aufgehängt.
Nach Fig. 4 und 6 sind diese Bänder mit ihren Enden gut an halbcylindrische Stücke αΛ und bl verlöthet, von denen die
unteren b1 mit dem Waagebalken und die oberen al durch Querstücke d1- mit den vom
Gestell^ getragenen Säulchen cl in fester Verbindung
stehen. Um so weite Horizontalbewegung des Waagebalkens in Richtung seiner
Länge zu verhüten, dafs infolge zu starker Krümmung der Bänder % das Nullablesen des
Instrumentes gestört werde,'fassen die Stücke Z?1
mit Stiften f1 in Gabeine1 an den Stücken α1,
Fig. 4 und 5. Die Stifte f1 sind so angeordnet, dafs sie beim Gebrauch des Instrumentes
aufser Berührung mit e1 stehen.
Das Wägen oder Messen geschieht in den Apparaten, Fig. 1, 2, 3 und 4, mittelst Laufgewichtes
h\ welches auf der am Waagebalken festen Führung g1 mittelst Schiebers verschoben
wird. Die Schieber bestehen aus einem starren Bügel 21J welcher mit drei Füfschen jl auf
einer horizontal vor dem Instrument befestigten Schiene g1 gleitet, wobei sich die zwei vorderen
Füfschen in einer V-förmigen Längsnuth in der Schiene führen. In der Bügelbasis ist um
einen Zapfen drehbar ein Rahmen k1 so angeordnet,
dafs er seitwärts umgelegt werden kann, bis er mit seiner betreffenden Seite gegen
die Seite des Bügels trifft; der Rahmen A:1
sitzt ferner auf einer Feder Z1 auf, welche beständig dahin strebt, ihn horizontal zu stellen.
Der Rahmen trägt einen verticalen Stift m1 und fafst dieser lose in einen Ausschnitt im Laufgewicht
ft1. Um letzteres zu verschieben, drückt man den Rahmen kl mit dem Finger
nach der betreffenden Seite, wobei der Stift ml
gegen das Gewicht angelegt wird und so dasselbe fortschiebt. Ist das Gewicht so verschoben,
dafs sich der Zeiger ν wieder auf ο eingestellt hat, so zieht man den Finger zurück
und die Feder Z1 hebt nun den Stift m1
in die senkrechte Stellung zurück, so dafs er das Gewicht frei läfst und die Waage wieder
frei beweglich ist. In den Fig. 3 und 4 ist der Rahmen k1 durch ein Gehänge n1 ersetzt
und der Schieber wird durch entsprechendes Ziehen an den am unteren Theile des Gehänges
angreifenden Drähten o1 nach der einen oder anderen Seite hin bewegt; ist das Gewicht
dann in der gehörigen Lage, so läfst man den Draht los, und indem das Gehänge sich durch Schwerkraft wieder in seine senkrechte
Lage zurückstellt, fällt auch der Stift m1 wieder in die Mitte des Ausschnittes im Gewichte
zurück.
Am rechtsseitigen Ende des Waagebalkens ist ein zweites Gewicht vorgesehen, welches
dem Laufgewicht als Gegengewicht dient, wenn dasselbe in seiner Nulllage steht, und auch ein
passendes Mittel bietet, den Waagebalken in seine Nulllage einzustellen. Hierzu ist indefs
nicht nöthig, den das Gehänge tragenden Rahmen beweglich zu machen, indem dem Gehänge eine genügende Bewegungsweite mitgetheilt
werden kann.
Auf der Laufgewichtsführung gl ist eine
gleichtheilige Scala eingravirt und ebenso eine Folge von feinen Einstrichen, die den Theillinien
einer zweiten Scala p1 entsprechen, die am Gestell oberhalb des Waagebalkens und
auf der Rückseite der Führung g1 befestigt ist. Die Zahlen auf der fixirten Scala p1 sind proportional
den Quadratwurzeln aus den Zahlen der gleichtheiligen Scala; wird also das Gewicht,
um die verschiedenen Strömen verdankte elektrodynamische Kraft zu compensiren, in verschiedene Lagen gebracht, um den Zeiger ν
wieder auf ο einzustellen, so geben gleiche Ab-
lesungsdifferenzen auf der festen Scala gleiche
Stromdifferenzen an, und macht das Instrument also directe Angaben über Stromverschiedenheiten.
Seitliche Bewegung des Waagebalkens wird beim Apparat, Fig. ι und 2, durch Schrauben
q1 verhindert, deren Spitzen so nahe an
die Laufgewichtsführung gl reichen, als ohne Berührung möglich ist. Längsbewegungen
hindern ein Paar ähnliche Schrauben, die am Gestell befestigt und so regulirbar sind, dafs
sie ganz nahe an die halbcylindrischen Stücke bl
für die Aufhängebänder \ herantreten.
In der zum Messen schwacher Ströme bestimmten Form, Fig. 1 und 2, sind die Aufhängebänder
\ langer und leichter und werden mit dem Waagebalken zweckmäisig mittelst
eines runden centralen Zapfens verbunden, der durch ein quadratisches Loch in einem an der
Fufsplatte verstellbar befestigten Säulchen r1 gesteckt ist, um Verticalbewegüng zu verhindern;
oder es sind auf beiden Seiten des Zapfens adjustirbar je eine Schraube und oberhalb
des Zapfens am Gestell Stücke befestigt, um zu hindern, dafs die Bänder \ bei etwaigem
Umdrehen des Instrumentes Schaden leiden.
Sollen statt des Laufgewichtes Waagschalen und Einsatzgewichte angewendet werden, so
ist es zweckmäfsig, an jedem Ende des Balkens zwei Schalen so anzubringen, dafs jede auf
einer Schneide hängt, welche die Verlängerung des Querdurchmessers der Ringe bilden.
So lange, als die Ringe stromlos sind, müssen die Gewichte sämmtlich oder doch zum gröfsten
Theil auf diejenige Schale gesetzt werden, welche sich dem Beobachter zunächst befindet,
und mufs das Gleichgewicht durch Einbringen der nöthigen Gewichte in die entferntere
Schale hergestellt werden. Die Stärke des zu irgend einer Zeit durch die Ringe fliefsenden
Stromes wird dann aus der Gewichtsgröfse entnommen, welche zur Wiederherstellung des
Gleichgewichtes von einem Ende des Balkens nach dem anderen hin versetzt werden mufs.
Die Modification Fig. 7 dient dazu, um mittelst der Bewegungen eines Zeigers über eine verticale
Scala schwache Stromänderungen zu messen. Hier ist nur ein beweglicher Ring j
und nur ein fester Ring χ vorhanden, und fafst mit einem Haken w1 ein bei t1 auf einer
Scheide aufruhender Zeiger s1 an die bewegliche Spule j. Die Scala ist so eingerichtet,
dafs sie die Stromänderungen direct in Procenten angiebt. Die Schwerkraft, welche der
durch den Strom erzeugten elektrodynamischen Kraft entgegengesetzt wirkt, wird durch Hinzufügen
von Gewichten zur beweglichen Spule erhalten, und zwar findet diese Hinzufügung möglichst am Querdurchmesser des Ringes
statt. Für die Praxis besitzen die Gewichte zweckmäfsig die Gestalt von runden Stäbchen
und werden dieselben in einen V-förmigen Einschnitt am äufseren Umfang des Ringes so
eingelegt, dafs sie mit ihrer Länge rechtwinklig zum Waagebalken ruhen.
Letztere Form der Waage ergiebt in Verbindung mit Widerständen einen sehr geeigneten
Voltmesser zur directen Anzeige der Veränderungen des in einem Stromkreise aufrecht
zu erhaltenden Potentiales. In Fig. 7 bedeutet beispielsweise »>2 einen solchen (an der Fufsplatte
befestigten) Widerstand; seine Gröfse hängt von dem zu messenden Potential ab.
Claims (1)
- Patent-Anspruch:Eine elektrodynamische Waage, bei welcher der Balken (i) zum Halten der von festliegenden Spulen χ beeinflufsten Spulen j mittelst biegsamer Bänder % aufgehängt ist, die zugleich die Stromleitung für die beweglichen Spulen j bilden (Fig. 2, 5 und 6).Hierzu 5 Blatt Zeichnungen.
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