DE528515C - Vibrationsgalvanometer - Google Patents

Description

• Vibrationsgalvanorneter Für gewisse Zwecke ist es wünschenswert, in den elektrischen Kreis eines Vibrationsgalvanometers außer Selbstinduktion und Widerstand einen Kondensator einzuschalten. Die Diskussion der Differentialgleichungen, durch die die elektrischen und mechanischen Schwingungsvorgänge in diesem Falle dargestellt werden, ergibt, daß es unter Umständen möglich ist, für den Winkelausschlag des beweglichen Galvanometersysterns in -,#£bbängigkeit von der Frequenz des erregenden Stroms Resonanzkurven zu erhalten, die in einem größeren Frequenzbereich konstante Höhe oder zwei weit auseinander liegende Maxima hat. Derartige Resonanzkurven gestatten Verwendungsarten des Vibrationsgalvanometers, wie sie bei einer normalen Resonanzkurve, die nur ein scharfes Maximum hat, nicht möglich sind.
• Die Theorie zeigt aber weiter, daß der geschilderte Fortschritt nur erzielt werden kann, wenn folgende Bedingung erfüllt wird: Bezeichnet man mit a, b und c drei für das Instrument und seine Schaltung charakteristische Größen derart, daß co" die Eigenfrequenz, K das Trägheitsmoinent, p die Dimpfung des Galvanometersvsterns, L die Selbstinduktion, R der elektrische Widerstand des elektrischen Kreises und A die Galvanometerkonstante (Drehmoment pro Stromeinheit) ist, so muß in erster Annäherung sein. Da der Wert von durchVorschaltselbstinduktion nicht beliebig vergrößert werden kann, bedeutet die aufgestellte Bedingung auch für die Selbstinduktion L und den Widerstand R der Wechselstromwicklung des Galvanometers selbst ohne Vorschaltselbstinduktion eine gewisse Anforderung. Praktisch muß wenigstens Bei den bisher gebräuchlichen Vibrationsgalvanometern ist diese Bedingung nicht erfüllt.
• Um sie zu verwirklichen, kann man bei Nadelgalvanometern z. B. folgende Mittel anwenden: Erstens gibt man dem Eisenkern, auf den die Galvanometerspulen geschoben sind, einen an sich unnötig großen Querschnitt, so daß man konische Polschuhe verwenden kann, deren kleine Endflächen der Größe der Galvanometernadel entsprechen. Dadurch wird das Feld im Luftspalt erheblich größer als die Induktion im Eisen innerhalb der Spulen. Zweitens kann man die Wirkung der Polschuhe noch durch Aufbringung von Polschuhwicklungen verbessern, durch die das Austreten von Kraftlinien aus den konischen Seitenflächen verhindert wird. Dieser Zweck wird besonders gut erreicht, wenn man die Polschuhwicklung aus Teilen mit verschiedener Drahtstärke herstellt, so daß die durch diese verschiedenen Teile erzeugte Feldstärke nach der Endfläche der Polschuhe hin zunimmt. Drittens kann man zur Vergrößerung von c die Nadel des Galvanometersystems aus einer der neuerdings erfundenen Stahlsorten mit besonders hoher Remanenz herstellen, die bisher für Vibrationsgalvanometer nicht verwendet wurden, weil die dabei erzielte Vergr5ßerung der Empfindlichkeit nicht von besonderer Bedeutung ist, während hier alles darauf ankommt, die Konstante c zu vergrößern. Ein viertes Mittel, um geeignete Galvanometerkonstanten zu erhalten, besteht darin, daß man den Spulenquerschnitt der Wicklung und damit das hiervon abhängige Verhältnis groß macht.
• Wird statt eines Nadelvibrations-alvanometers ein Spulenvibrationsgalvanometer verwendet, so liegen die Verhältnisse ganz ähnlich, nur daß sich die Verwendung der Polschuhe, des großen Eisen- und Spulenquerschnitts und eines besonderen Materials mit hoher Retnanenz auf den zur Erzeugung des konstanten Hilfsfeldes dienenden permanenten oder Elektromagneten und die Drehspule bezieht.
• Ein Anwendungsfall für die neuartigen, im vorhergehenden gekennzeichneten Vibrationsgalvanometer bezieht sich z. B. auf folgendes - Bei der bisher üblichen Verwendungsart der Vibrationsgalvanometer ist es vielfach sehr störend, daß der Ausschlag des Galvanometers bei geringer Schwankung der Frequenz des erregenden Stromes sich stark verändert. In gewissen Grenzen kann man diesen Mangel verringern durch Vergrößerung der Dämpfung des Galvanometersysteins, wobei aber die Wechselstrornempfindlichkeit unverhältnismäßig stärker als die Unempfindlichkeit gegen Frequenzschwankungen sinkt und sich trotzdem kein Gebiet ergibt, in dem der Ausschlag einigermaßen unabhängig von der Frequenz wird, da die Form der Resonanzkurve denselben Charakter behält.
• Bei Verwendung der neuartigen Galvanometer ist es im Gegensatz zu bisher Bekanntem möglich, sogar unter Vermehrung der Empfindlichkeit, den Ausschlag in einem großen Bereich für praktische Zwecke völlig frequenzunabhängig zu machen, wobei die Resonanzkurve einen tischförmigen Verlquf annimmt.
• Es *läßt sich dies dadurch erreichen, daß in den Vibrationsgalvanometerkreis Kapazität und Selbstinduktion derart eingeschaltet wird, daß man einen Schwingungskreis erhält, dessen Resonanzfrequenz a), bei inechanisch festgehaltenem Galvanometersystern in der Nähe der Resonanzfrequenz üj" des Galvanoinetersystems liegt. Die Frequenzdifferenz (»,- co#, die Dämpfung des elektrischen Kreises, die durch Einschaltung von Widerstand in denselben variiert werden kann, sowie die Art der Einschaltung von Selbstinduktion und Kapazität können dabei in verschiedener Weise so eingestellt werden, daß der Ausschlag in einem gewissen Frequenzb#ereich konstant wird, wobei je nach der Art der Schaltung usw. die Größe des Frequenzbereiches und die Empfindlichkeit verschieden ausfällt. Die Herstellung des frequenzunabhängigen Bereichs gelingt ,%owohl, wenn die erregende Spannung konstant ist, wie wenn sie von der Frequenz abhän 'gig ist. Voraussetzung für die Wirksamkeit der geschilderten Maßnahmen ist aber, daß die Konstanten des benutzten Galvanometers den oben angegebenen Bedingungen genügen. Mit den bisher üblichen Galvanometern läßt sich die Tischform der Resonanzkurve auch bei Einschaltung von Kapazität nicht erreichen.
• Welche praktischen Ergebnisse man bei Anwendung des geschilderten Verfahrens erzielt, ist für einige Beispiele in Abb. i bis 3 dargestellt, die sich auf Versuche mit einem den erörterten Bedingungen entsprechend gebauten Nadelvibrationsgalvanorneter beziehen. In dem Fall der Abb. i war vor das Galvanometer nur eine Kapazität sowie ein Widerstand von 1400 fi vorgeschaltet. Die Lage von co, und to, ist in die Abbildung ein-U --en. Die erregende Spannung war pro-"etrag b portional co. Man sieht, daß man ein Gebiet von 17,5 Hertz erhält, in dem der Ausschlag"r"ntiruml/,"/"schwankt. Abb.2, bezieht sich auf den Fall, daß noch eine zusätzliche Selbstinduktion vor das Galvanometer gelegt wird. Man erhält dann die ausgezogene Kurve, während die gestrichelte Linie gilt, falls die zusätzliche Selbstinduktion fortgelassen ist. Man sieht, daß der Bereich, in dem der Ausschlag konstant ist, etwas weniger breit wird. Man gewinnt aber den Vorteil, daß man einen Eingangstransformator mit hoher Selbstinduktion der Sekundärseite, als welche dann die Vorschaltselbstinduktion dient, verwenden kann, wodurch eine erhebliche Steigerung der Empfindlichkeit erzielt wird. Zur Aufnahme der in Abb. 3 dargestellten Kurven wurde auß-.r der Kapazität vor dem Galvanorneter noch eine SelbstinduktionLp mit Widerstand Rp parallel zum Galvanometer gelegt; und zwar sind die Resonanzkurven für verschiedene Werte von Lp und geeignet gewählte zugehörige Werte des Vorschaltwiderstandes R, eingetragen, zum Vergleich auch die Resonanzkurve ohne Vorsclialtkapazität (C = CXD) und ohneVorschaltwiderstand (Rv = o), wie man sie bei der gewöhnlichen Verwendungsart der Vibrationsgalvanometer erhält. Man sieht, daß bei Lp = 1,18 Henry das Maximum des Ausschlags größer ist als für C = co und Rz, = o, obwohl noch ein beträchtlicher Frequenzbereich vorhanden ist, in dem der Ausschlag konstant bleibt.
• In anderen Schaltungsarten lassen sich nach dem angegebenen Verfahren ganz ähnliche Formen der Resonanzkurven erreichen.
• Ein anderer Anwendungsfall des neuen Vibrationsgalvanorneters besteht darin, daß man mit seiner Hilfe wieder unter Einschaltung von Kapazität und eventuell von Selbstinduktion oder Widerstand oder von allen dreien in den Galvanoineterkreis Resonanzkurven mit zwei ziemlich weit auseinander liegenden ausgesprochenen Maximalstellen des Ausschlags herstellt. Es wird dadurch möglich, das Galvanometer ohne Änderung an ihm für zwei verschiedene erregende Frequenzen bei nahezu gleicher Empfindlichkeit zu benutzen.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. \'ibrationsgalvanometer (Nadel-oder Spulengalvanorneter) mit besondersartigen Konstanten, dadurch gekennzeichriet, daß das doppelte Produkt aus Selbstinduktion (L) und dem Quadrate der Galvanometerkonstante (12) dividiert durch Trägheitsmornent (K) des beweglichen Systems mal dem Quadrate des Widerstandes (R2) der #V-echselstromwicklung größer als o,i ist.
2. 2. Nadelvibrationsgalvanonieter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet daß der Eisenkern der Galvanometerwicklung einen Querschnitt aufweist, der größer ist, als dvn Dimensionen des beweglichen Magnetsysterns entspricht, und an ihm konische Polschuhe angesetzt sind, deren Endflächen der Größe des Magnetsysterns angepaßt sind, so daß das Feld zwischen den Polschuhendflächen sehr viel größer ist als die Induktion im Eisen innerhalb der Spule. 3. Nadelvibrationsgalvanometer nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß auf die konischen Polschuhe eine Polschuhwicklung aufgebracht ist, um die Kraftlinien möglichst auf den Raum zwischen den Endflächen der konischen Polschuhe zusammenzudrängen. ,4. Nadelvibrationsgalvanometer nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Galvanometernadel aus einer Stahlsorte von besonders hoher Remanenz besteht. 5. Nadelvibrationsgalvanoineter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Wicklungsquerschnitt der Galvanometerspulen genügend groß ist. 6. Nadelvibrationsgalvanonieter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß von den in Anspruch 2 bis 5 angegebenen Mitteln je zwei, je drei oder alle vier gleichzeitig vorgesehen sind. 7. Spulenvibrationsgalvanometer nach Anspruchi, dadurch gekennzeichnet, daß ein Elektromagnet oder Stahlmagnet mit konischen Polschuhen oder ein Stahlmagnet mit besonders hoher Remanenz oder ein Elektromagnet mit konischen Polschuhen und Polschuhwicklung und großem Spulenquerschnitt oder eine Drehspule mit erhöhter Windungszahl oder mehrere dieser Hilfsmittel gleichzeitig vorgesehen sind. 8. Meßverfahren mit Hilfe eines Vibrationsgalvanometers nach Anspruch i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines in gewissem Bereich praktisch frequenzunabhängigen Ausschlags in den Kreis des Vibrationsgalvanometers Kapazitäten und eventuell Selbstinduktionen oder Widerstände oder alle drei gleichzeitig eingeschaltet werden, so daß ein elektrischer Schwingungskreis entsteht, der bei festgehaltenem Galvanometersystem eine Eigenschwingungszahl besitzt, die in der Nähe der Eigenschwingungszahl des Galvanometersystems liegt. g. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Schwingungskreis allein aus der Selbstinduktion des Vibrationsgalvanometers, einer vorgeschalteten Kapazität und einem Vorschaltwiderstande besteht, derart, (laß sich die größte Breite des frequenzunabhängigen Gebietes ergibt. io. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß außer der Selbstinduktion des Vibrationsgalvanometers noch weitere Selbstinduktion ein-,oleschaltet wird, uni eine hohe Eingangstransformation und damit eine hohe Spannungsempfindlichkeit zu erzielen. ii. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Galvanometer Selbstinduktion oder Kapazität oder Widerstand oder eine Kornbination von diesen eingeschaltet wird, um die Breite des frequenzunabhängigen Teils der Kurve kleiner zu machen, die Empfindlichkeit wesentlich zu erhöhen. i?. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Vor- und Parallelschalten von Selbstinduktion zum Galvanometer gleichzeitig erfolgt. 13. Meßverfahren mit Hilfe eines Vibrationsgalvanoi-neters nach Anspruch i bis -, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung von zwei oder mehr Maximalstellen des Ausschlags auf der Resonanz-.kurve Kapazität und eventuell Selbstinduktion oder Widerstand oder alle drei gleichzeitig in den Galvanometerkreis eingeschaltet werden, so daß das Galvanometer ohne Veränderungen mit nahezu gleicher Empfindlichkeit für zwei oder mehr Frequenzen der erregenden Spannung benutzbar wird.