-
Elektrodynatnometer Während das Präzisionsmeßgerät für Gleichstrom,
das Deprez-Instrument, eine proportionale Skalenteilung besitzt, ist dies bei dem
Wechselstrom-Präzisionsmeßgerät, dem Elektrodynamometer (soweit es sich nicht um
Leistungsmesser handelt), nicht der Fall. Bei einem Betriebsspannungsmesser, wofür
jedoch ein Dynamometer kaum in Frage kommt, würde dies nicht stören, da die Netzspannung
praktisch konstant ist. Jedochbei Spannungsmessern, die im Prüffeld und Laboratorium
benutzt werden sollen, und bei Strommessern ist eine gleichmäßige Teilung der Skala
durchaus anzustreben. Es sind daher auch schon vor längerer Zeit Dynamometer mit
ziemlich gleichmäßig unterteilter Skala bekannt geworden. Diese Meßgeräte weichen
jedoch in ihrer Konstruktion zum Teil ganz erheblich von den normalen Ausführungen
ab, wodurch sich der Preis für diese Instrumente sehr hoch stellt. Ein Dynamometer,
das bis auf die besondere Gestaltung der festen Feldspulen ein ganz normales Meßwerk
besitzt und dabei eine fast gleichmäßig geteilte Skala aufweist, ist der Gegenstand
der nachstehend beschriebenen Erfindung.
-
Bei den elektrodynamischen Strom- und Spannungsmessern ist der Strom
in der beweglichen Spule dem Strom in den festen Spulen entweder genau gleich oder
ihm proportional. Da nun das von der festen Spule erzeugte Feld proportional dem
Strom ist und andererseits das auf die bewegliche Spule ausgeübte Drehmoment proportional
Strom mal Feld ist, so ist für eine bestimmte Stellung des beweglichen Organes das
ausgeübte Drehmoment proportional dem Quadrat der zu messenden Größe. Wird die Richtkraft
durch eine Feder bewirkt und ist die senkrecht zur Bewegungsrichtung der beweglichen
Spule stehende Komponente des festen Feldes über den ganzen Bewegungsbereich konstant,
so ist die Skalenteilung eine quadratische. Abweichungen von dieser Teilung entstehen,
wenn die Feldverteilung eine andere ist als die genannte. Soll die Skalenteilung
bei Federrichtkraft gleichmäßig sein, so ist dies, wenn ein normales bewegliches
System verwendet wird, nur durch geeignete Verteilung des Feldes der festen Spulen
möglich. Die Gesetzmäßigkeit, nach der sich in diesem Fall die wirksame Komponente
des festen Feldes für die verschiedenen Stellungen des beweglichen Systems ändern
muß, ergibt sich aus der folgenden Überlegung. Das von der Feder ausgeübte Drehmoment
Df ist proportional dem Verdrehungswinkel u, also Df= a . u,
worin a die Federkonstante
ist. Zwischen der zu messenden Größe (z. B. Strom i) und dem Verdrehungswinkel soll
die Beziehung i=c.x erzielt werden, worin c eine Konstante ist. Man denke sich nun
den Strom i,= C ' u1 konstant gehalten und das System in die Stellung ca, gebracht.
Beim Strom i.'-c#a,
wäre dann, da für Gleichgewichtslage des beweglichen
Systems sich der Zeiger auf den Ausschlag a, einstellt, das elektrisch erzeugte
Drehmoment D,-Df-a.a, Ist nun der Strom nicht c - u." sondern c -
a1, so ist dann das elektrisch erzeugte Drehmoment in der Stellung arm, entsprechend
dem Quadratgesetz,
Hierin bedeutet D1_ das Drehmoment in der Stellung a" bei dem Strom il und A eine
Konstante. Dann ist - D.:rl . A.
-
Dies ist die Gleichung einer gleichseitigen Hyperbel und besagt, daß,
um eine gleichmäßig geteilte Skala zu erhalten, das elektrisch ausgeübte Drehmoment
für konstanten Strom und damit die wirksame Feldkomponente der festen Spulen nach
einer gleichseitigen Hyperbel mit der Verdrehung des beweglichen Systems abnehmen
muß. Hieraus ergibt sich, daß es unmöglich ist, ein Dynamometer (soweit es sich
um Strom- und Spannungsmesser handelt) mit ganz gleichmäßiger Teilung von Nullstellung
bis Endstellung zu erhalten, sondern die Skala wird in der Nähe der Nullstellung
immer zusammengedrückt sein, da es ummöglich ist, in der Anfangsstellung des beweglichen
Systems ein Feld von unendlich großer Stärke zu erzeugen.
-
Bei gewöhnlichen Dynamometern mit einer Spulenanordnung nach Fig.
z ist die wirksame Feldkomponente der festen Spulen für die verschiedenen Stellungen
des beweglichen Systems ziemlich die gleiche. Um nun die obenerwähnte, nach einer
gleichseitigen Hyperbel verlaufende Feldverteilung zu erzielen, ist eine entsprechende
Gestaltung der festen Spulen zu wählen. Eine solche ist beispielsweise in Fig.@5
dargestellt. Die der Anfangs- und der Endstellung der beweglichen Spule entsprechenden
beiden Spulenseiten A und E sind nicht gleich ausgebildet, sondern die Anordnung
ist so getroffen, daß ein großer Teil der Windungen der festen Spulenseite E, die
der Endstellung der beweglichen Spule entspricht, auf einer Fläche b verteilt sind,
die sich zweckmäßigerweise sehr eng an die von der beweglichen Spule beschriebene
Rotationsfläche anschließt. Dadurch ist die Zahl der auf das bewegliche System wirkenden
Amperewindungen in der Anfangsstellung am größten und nimmt nach der Endstellung
hin ab. Um die Skalenteilung möglichst gleichmäßig zu gestalten, ist es nötig, die
Anzahl der auf den Spulenteil b verteilten Windungen größer zu wählen als für den
Teil c, wobei es günstig ist, die Windungszahl pro Längeneinheit (gemessen von der
Pfeilrichtung, Fig. 2) an der Stelle u am größten zu machen und nach v hin abnehmen
zu lassen. Zur Erzeugung des hohen wirksamen Feldes in der Anfangsstellung ist es
außerdem angebracht, die Spulenseite A, die der Anfangsstellung entspricht, so zu
gestalten, daß die von ihr erzeugten Kraftlinien senkrecht zur Bewegungsrichtung
der beweglichen Spule verlaufen. Die bewegliche Spule kann dabei normale Form haben
oder auch eine Flachspule sein. In ähnlicher Weise läßt sich die feste Spule gestalten,
wenn sie innerhalb der beweglichen angeordnet werden soll.