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Quotientenmesser nach dem Ferraris-Prinzip Es sind Ferraris-Quotientenmesser
bekannt, bei denen auf zwei auf gleicher Achse sitzende, exzentrisch geformte Scheiben
je ein von kreuzweise angeordneten Spulen erzeugtes Drehfeld wirkt, das nach dem
bei Einphaseninduktionsmotoren bekannten Prinzip entsteht. Man kann bei diesem Gerät
die Spulen, die das eine Drehfeld erzeugen, so schalten, daß das an der einen Scheibe
erzeugte Drehmoment dem Quadrat des einen Meßstromes proportional ist und entsprechend
mit den Spulen verfahren, die das zweite Drehfeld erzeugen, so -daß das resultierende
Drehmoment dem Quadrat des Stromquotienten proportional ist. Bei diesem Gerät verläuft
eine große Zahl der erzeugten Kraftlinien überhaupt unmittelbar von der einen Spule
zur anderen, ohne durch die Scheibe hindurchzutreten. Andrerseits muß der Raum zwischen
den einzelnen Spulen sehr groß gestaltet werden, damit sich die Scheibe frei bewegen
kann. Das alles führt zu einer erheblichen Herabminderung des Drehmomentes, was
die Verwendung des bekannten Gerätes für die - Messung des Quotienten kleiner Ströme
wesentlich erschwert. Dieser Nachteil tritt vor allem in Erscheinung, wenn die Drehmomente
dem Quadrat der Ströme proportional sind. Denn dann nimmt beim Absinken des einen
Stromes das eine Drehmoment sehr kleine Werte an, die bereits dem Größenbereich
der Störkräfte angehören. Um das Drehmoment zu steigern, hat man Spulensysteme geschaffen
und diese so zur Scheibe angeordnet, daß die von ihnen erzeugten magnetischen Flüsse
senkrecht zur Scheibenebene in die Scheibe eintreten. Dadurch erzielt man eine wesentliche
Verkleinerung des Luftspaltes und verhindert, daß ein wesentlicher Teil der Feldlinien
von einer Spule zur anderen verläuft, ohne durch die Ferraris-Scheibe hindurchzutreten.
Bei bekannten Geräten dieser Art hat man stets Spulensysteme verwendet, die ein
dem jeweils durchfließenden Meßstrom proportionales Drehmoment erzeugen, indem man
jedes Spulensystem außer mit einer Stromspule noch mit einer Spannungsspule versah,
die den einen der zu jedem System gehörenden beiden magnetischen Flüsse erzeugt,
während der andere magnetische Fluß vom veränderlichen Meßstrom erregt wird.
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Die Erfindung besteht darin, an Quotientenmessern, bei denen die magnetischen
Flüsse senkrecht zur Scheibenebene in die Scheibe eintreten, nur solche Spulensysteme
zu verwenden, die ein dem Quadrat des Meßstromes proportionales Drehmoment erzeugen,
Solche Spulensysteme sind an sich bekannt, z. B. für den Zweck der einfachen Strommessung.
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Den bekannten Quotientenmessern nach dem Ferraris-Prinzip gegenüber
hat der Gegenstand der Erfindung den Vorzug, daß durch eine geringe Änderung im
Werte des
Quotienten eine staike Änderung des Drehinomentes an der
Scheibe hervorgerufen wird, weil sich die Drehmomente mit dem OOuadrat der Meßströme
ändern. Das fällt bei der praktischen Verwendung in mehrfacher Hinsicht vorteilhaft
ins Gewicht. Wird beispielsweise der Quotientenmesser als Gerät zur Übertragung
von Anzeigen eines MeP-instrumentes, z. B. eines Manometers, benutzt, wie dies allgemein
üblich ist, so bedarf es nur einer geringen Änderung der Meßströme, also einer geringen
und mit kleinen Kräften leicht zu bewirkenden Verstellung des Senders, um am Empfänger
einen kräftigen Ausschlag hervorzurufen. Das ist deshalb von Bedeutung, weil die
Ausschläge an dein Meßinstrument, dessen Anzeige übertragen werden soll, häufig
sehr klein sind und weil vielfach nur geringe Kräfte zur Betätigung des Senders
zur Verfügung stehen.
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In der Verwendung als Laboratoriumsgerät zur Bestimmung des Quotienten
beliebiger Wechselströme weist der Quotientenmesser nach der Erfindung den wesentlichen
Vorteil auf, daß eine besondere Erregung durch einen Wechselstrom gleicher Frequenz
und konstanter Spannung fortfallen kann, wie er für die bekannten Ferraris-O_uotienteninesser
zur Erregung der Spannungsspule nötig ist. Dadurch wird nicht nur die Messung vereinfacht,
es wird auch die Genauib keit erhöht, weil die bisher erforderliche Hilfsstromquelle
bei Änderungen der Spannung oder der Frequenz und vor allem dann, wenn die Frequenz
nicht genau finit der der zu messenden Ströme übereinstimmt, Fehlanzeigen liefert.-Durch
die Erfindung werden mithin die Vorteile der bekannten Geräte mit senkrecht zur
Scheibenebene in die Scheibe eintretenden magnetischen Flüssen mit den Vorteilen
der quadratischen Stromabhängigkeit vereinigt. Der letztgenannte Vorteil konnte
bei dem bekannten Gerät mit kreuzweise angeordneten Spulen nicht voll ausgenutzt
werden, weil die Spulenanordnung eine so erhebliche Verminderung des Drehmomentes
zur Folge hatte, daß bei quadratischer Stromabhängigkeit und bei kleinen Stromwerten
das Drehmoment übermäßig kleine Werte annahm.
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Die Zeichnung veranschaulicht in schematischer Darstellung drei einzelne
Ausführungsbeispiele der Erfindung, und zwar zeigen Abb. z und a je eine Ausführung
mit nur einer Scheibe und Abb.3 eine Ausführung mit zwei auf gleicher Achse angeordneten
Scheiben.
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In Abb. r und 2 sind g und B die beiden Spulensysteme, von denen jedes
in an sich bekannter Weise lediglich von dem einen Meßstrom ohne Zuschaltung einer
Spannungsspule erregt wird. Mithin ist das vom Spulensystem A erzeugte Drehmoment
dem Quadrat des einen Meßstromes und das vom Spulensystem B erzeugte Drehmoment
dein Quadrat des anderen Meßstromes proportional. E ist ein Dämpfungsmagnet. D ist
die Achse der Scheibe C. Die linke Hälfte der Scheibe C, auf die das Spulensystem
B wirkt, ist von einem Kreisbogen um die Achse D begrenzt, während der rechte vom
Spulensystem A beeinflußte Scheibenteil eine geeignete Profilierung aufweist.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Abb. a sind beide Hälften der Scheibe
profiliert, wie sich aus der exzentrischen Anordnung der Achse D ergibt. Die geeigneten
Begrenzungslinien können durch Rechnung ermittelt werden.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Abb.3 sind zwei Scheiben C1 und C2 auf
einer Achse D befestigt. In der Zeichnung sind sie der Übersichtlichkeit halber
nebeneinander dargestellt. Auf jede der beiden Scheiben wirkt eines der Spulensysteme,
und zwar weisen beide Scheiben eine Profilierung auf, die so geformt ist, daß die
von den magnetischen Flüssen durchtretene Fläche für das Spulensystem B abnimmt,
wenn sie für das Spulensystem A steigt, und umgekehrt.