-
Schaltungsanordnung für Kreuzspuleninstrumente Für die Messung kleiner
Quotientenverhältnisse verwendet man bekanntermaßen Kreuzspuleninstrumente mit einem
möglichst kleinen Kreuzungswinkel, da in diesem Falle die Empfindlichkeit am größten
ist, d. h. die zu schaffenden Meßbereiche kleinstmöglich sind. Man kann jedoch den
Kreuzungswinkel nicht beliebig klein machen, so daß man bisher als kleinsten Kreuzungswinkel
einen solchen von 5 bis io° für Kreuzspuleninstrumente als kleinste Werte noch anwenden
konnte. Es macht sich nämlich hierbei störend bemerkbar, daß man einen bestimmten
Winkel, d. h. ein bestimmtes Quotientenverhältnis nur mit großer relativer Ungenauigkeit
erreicht. Ferner wird bei kleinen Kreuzungswinkeln die Gefahr, daß ein Verziehen
der beiden Spulen gegeneinander eine Veränderung der Eichung bewirkt, besonders
groß.
-
Es ist bereits ein Kapazitätsmesser bekannt, bei welchem ein Meßgerät
mit unter einem Winkel von 9o° gekreuzten Drehspulen vorgesehen ist. Die eine der
beiden Spulen ist zur Verkleinerung des Kreuzungswinkels der magnetischen Felder
in besonderer Weise in Abschnitte -unterteilt. Außerdem ist bei dieser Einrichtung,
die nur für Wechselstrombetrieb geeignet ist, die eine der beiden Kreuzspulen in
den Stromkreis des Feldelektromagneten eingeschaltet. Die Erfindung bezweckt, den
Gedanken der Unterteilung der einen Spule eines Kreuzspuleninstrumentes in zwei
Abschnitte und die Einschaltung des einen Abschnittes in den Stromzweig der zweiten
Spule zur Messung kleiner Widerstandsverhältnisse nutzbar zu machen, wofür sich
der bekannte Kapazitätsmesser nicht ohne weiteres verwenden läßt Dies wird gemäß
der Erfindung dadurch erreicht, daß zwei einen Winkel von höchstens 2o° einschließende
und in je zwei Abschnitte unterteilte Kreuzspulen in einem unabhängig von den sie
durchfließenden Gleichströmen erregten Magnetfeld angeordnet sind und je ein Abschnitt
von jeder Spule in den Stromzweig des Prüfwiderstandes und in den Stromzweig des
Vergleichswiderstandes eingeschaltet ist. Dabei kann die schaltungstechnische Aufteilung
der Kreuzspulen entweder in der Weise geschehen, daß ein Teil der einen Spule parallel
oder in Reihe zu der anderen Spule oder zu einem Teil derselben geschaltet wird.
Man erhält eine besonders günstige Ausführung, wenn die Windungs- oder Amperewindungszahlen
der in dem einen Stromzweig liegenden Teile beider Kreuzspulen sich untereinander
möglichst viel unterscheiden. In diesem Falle kann man nämlich die eine der beiden
Spulen neben der anderen ohne Schwierigkeiten anordnen und
ist nicht
auf die erheblich unvorteilhaftere Ineinanderordnung -der - -Kreuzspulen angewiesen.
-
Auf der--Zeichnung--ist-ein Ausführungsbeispiel der neuen Anordnung
dargestellt. Abb. i zeigt ein Schaltbild, Abb. a ein mathematisches Schaubild und
Abb. 3 eine besonders zweckmäßige konstruktive Ausbildung eines Kreuzspuleninstrumentes.
-
Bei der Anordnung nach Abb. i sind die beiden in einem nicht gezeichneten
#Magnetfelde angeordneten Kreuzspulen a und b in der bekannten Weise untereinander
parallel und in Reihe zu einem Vergleichswiderstand c und zu einem Prüfwiderstand
d an die Stromquelle e angeschlossen. Werden nun, wie dargestellt, beide Spulen
a und b mit Anzapfüngen versehen und ihre so entstehenden Teile a,
und a2 sowie b1 und b2 unter bestimmter Bemessung der Windungszahlen der einzelnen
Teile mit den entsprechenden Teilen der anderen Spule verbunden, so kann dadurch
eine künstliche Verkleinerung des wirksamen Vektorenwinkels gegenüber dem Spulenwiilkel
erzielt werden. Der besseren Übersichtlichkeit halber sind die in den gleichen Stromzweig
geschalteten Teile der beiden Kreuzspulen unterscheidbar gezeichnet. Die mit vollen
Linien gezeichneten Teile a; der einen Kreuzspule und b2 der anderen Kreuzspule
sind in dem Beispiel in Parallelschaltung in den den zu messenden Widerstand d enthaltenden
Stromzweig eingeschaltet, während die gestrichelt gezeichneten Teile a1 und b1 der
beiden Kreuzspulen in dem Stromzweig des Vergleichswiderstandes c liegen.
-
In Abb. a ist das Drehmoment des Spulenteiles a= durch den Vektor
AZ veranschaulicht und das Drehmoment des Spulenteiles b2 durch B.,. Der Winkel
zwischen den beiden Vektoren AZ und B2 entspricht dann dem Kreuzungswinkel der Spulen.
Die Resultierende der Drehmomente a2 und b2 ist mit X bezeichnet. Das Drehmoment
des Spulenteiles a1 ist mit Al bezeichnet und das Drehmoment des Teiles b1 mit B1,
so das sich als Resultante für diese beiden DrehmomenteAl und B1 der Vektor 3' ergibt.
Man erkennt dabei, daß man durch passende Wahl der Größe der Vektoren, d. h. praktisch
durch die geeignete Anordnung der Anzapfungsstellen an beiden Spulern eine erhebliche
künstliche Verkleinerung des für den Ausschlag wirksamen Vektorenwinkels erzielen
kann. Wie ersichtlich, ist der Winkel zwischen den beiden Vektoren X und I' erheblich
kleiner als der Winkel zwischen den beiden Spulen. Nach der bekannten Formel für
den Ausschlagswinkel eines Kreuzspuleninstrumentes ergibt sich somit, daß durch
die künstlich hervorgerufene Verkleinerung des Winkels zwischen den Vektoren
X und Y die Sinusfunktion dieses Winkels ebenfalls kleiner und damit
die Tangensfunktion des halben Ausschlagswinkels vergrößert wird. Dies bedeutet
praktisch eine Empfindlichkeitssteigerung. Als Winkel zwischen den Vektoren X und
Y wird hier stets der Supplementwinkel bezeichnet. Der eigentlicheWinkel zwischen
den wirksamen Drehmomenten muß bekanntlich nahezu ißo Winkelgrade sein.
-
Besonders zweckmäßig ist es, die Windungs- oder Amperewindungszahlen
der in einem Stromzweig liegenden Teile beider Kreuzspulen unter sich möglichst
stark verschieden zu machen, z. B. die Spulenteile a1 und b1 und auch die Spulenteile
a2 und b. so zu bemessen, daß die Spulenteile cal und a. erheblich, beispielsweise
zehnmal mehr Windungs- bzw. Amperewindungszahlen haben als die Teile b1 und b2.
In diesem Falle gelingt es nämlich, die aus den Teilen b1 und bz gebildete Spule
b ganz erheblich kleiner zu machen als die die Teile dl und d. enthaltende Spule
a. Man kann in diesem Falle nämlich, wie in Abb.3 dargestellt ist, die beiden Spulen
a und b nebeneinander anordnen und erhält dann eine wesentlich vorteilhaftere Konstruktion,
da der Luftspalt zwischen dem Eisenkern und den Polschuhen wesentlich kleiner wird.
In Abb. 3 ist der feststehende Kern der Kreuzspulen mit f bezeichnet, während die
am besten elliptisch ausgebohrten Polschuhe des die Kreuzspulen a und b durchsetzenden
Magnetfeldes mit g1 und g2 bezeichnet sind.