DE648727C - Drehmagnet-Instrument mit vorzugsweise waagerecht angeordnetem, als Drehfahne ausgebildetem Drehteil - Google Patents

Drehmagnet-Instrument mit vorzugsweise waagerecht angeordnetem, als Drehfahne ausgebildetem Drehteil

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DE648727C
DE648727C DEA75155D DEA0075155D DE648727C DE 648727 C DE648727 C DE 648727C DE A75155 D DEA75155 D DE A75155D DE A0075155 D DEA0075155 D DE A0075155D DE 648727 C DE648727 C DE 648727C
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R5/00Instruments for converting a single current or a single voltage into a mechanical displacement
    • G01R5/14Moving-iron instruments
    • G01R5/16Moving-iron instruments with pivoting magnet

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Description

  • Drehmagnet-Instrument mit vorzugsweise waagerecht angeordnetem, als Drehfahne ausgebildetem Drehteil Die Erfindung betrifft ein Dreheiseninstrument, das durch die besondere Ausbildung seines Dreheisenteiles sowie durch dessen Anordnung gegenüber dem feststehenden System außerordentlich einfach und widerstandsfähig im Aufbau und trotzdem verhältnismäßig leicht und hoch empfindlich wird. Ferner läßt sich gegenüber dem Gewicht ein verhältnismäßig hohes Drehmoment erreichen unter gleichzeitig verminderter Auslegung der Amperewindungen. Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht in einer größeren Skalenlänge und einer nahezu gleichförmigen Skala. Außerdem kann mit einem Instrument gemäß der Erfindung der wahre Mittelwert des Stromes angezeigt werden.
  • All dies wird gemäß der Erfindung durch einen quermagnetisierten Dreheisenteil erreicht, der aus einer Legierung hoher Koerzitivkraft besteht und so zwischen den. Polen eines Elektromagneten angeordnet ist, daß sich eine besonders günstige Kraftverteilung ergibt. Die Joche des oder der Elektromagneten bestehen vorzugsweise aus einem Material hoher Permeabilität.
  • Bisher hat man bei in ähnlicher Weise wirkenden Dreheisenmeßgeräten, deren Drehteil aus Weicheisen besteht, die im äußeren Magnetkreis auftretende Ouermagnetisierung durch Lamellierung des Magneten zu unterdrücken versucht. Die störenden Querfelder, welche sonst bei -der Ouermagnetisierung auftreten, können beim Gegenstand der Erfindung keinen Einfluß ausüben, da einmal der äußere Magnetkreis unabhängig von dem quermagnetisierten Drehteil gestaltet ist und beispielsweise aus hochpermeabilem Stoff besteht, während zum anderen der Drehteil selbst in seiner Querrichtung magnetisiert ist, was mit der sonst auftretenden Quermagnetisierung nichts zu tun hat. Die Möglichkeit, den Drehteil in seiner kürzesten Achsrichtung zu magnetisieren, ist im wesentlichen durch die Eigenschaften des dabei zu verwendenden Magnetstoffes gegeben.
  • Die. Erfindung ist im folgenden an Hand mehrerer Ausführungsbeispiele, die in der Zeichnung wiedergegeben sind, beschrieben.
  • Abb. r stellt die grundlegende Anordnung des Meßsystems gemäß der Erfindung dar. Abb. 2 ist eine schaubildliche Darstellung des Meßsystems eines Instrumentes gemäß der Erfindung.
  • Abb. 3 bis 5 zeigen weitere Ausführungsbeispiele eines Dreheiseninstrumentes gemäß der Erfindung. Abb.6 und 7 stellen zwei Ausführungsbeispiele in Gestalt von Verhältnisanzeigern dar.
  • Abb. 8 und 9 sind abgeänderte Einzelheiten zu einem Gcrät gemäß Abb. 6.
  • Gemäß Abb. i bis 3 und 5 bis 7 besteht der Dreheisenteil im wesentlichen aus einer eizentrisch zur Drehachse angeordneten magnetischen Fahne i i, welche sich von dem bisher Bekannten dadurch unterscheidet, daß sie quer zur Fläche, also in Richtung ihrer Dicke, magnetisiert ist. Gemäß Abb. i bildet die Oberfl'.=Iche der Fahne i i einen Südpol und die untere Fläche einen Nordpol.
  • Da sich bekanntlich kurze Magnete verhältnismäßig schnell entmagnetisieren, ist es wichtig, ein Material zu benutzen, welches eine außergewöhnlich hohe Koerzitivkraft besitzt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf irgendein besonderes Material beschränkt; es hat sich aber eine Legierung als besonders zweckmäßig erwiesen, die aus Silber, Aluminium und Mangan besteht. Die Koerzitivkraft einer derartigen Legierung beträgt ungefähr 6ooo Oersted, wodurch sich in ihrer Wirkung und in ihrem Gewicht sehr gute Instrumente herstellen lassen, die vor allem leichter sind als die gebräuchlichen Drelleiseninstrumente. Eine besonders geeignete Zusainmensetzung der Legierung besteht aus angenähert 87 °1; Silber, 4,3 °/° Aluminium und 8,7 °j° Mangan. Diese Prozentsätze lassen sich in weiten Grenzen verändern.
  • Der feststellende Teil des Instrumentes besteht aus einem oder mehreren Paaren von Polen 12 und i3, die einen Luftspalt 14 bilden, in dem die Fahne i i sich bewegen kann. Gemäß Abb. i werden die Pole 12 und 13 von Jochen 15 gebildet, auf die Stromspulen 16 aufgesetzt sind. Die Spulen sind in Reihe geschaltet. Eine entsprechende Anordnung zeigt Abb. 2, gemäß der ein einziges Magnetjoch 15 und ein magnetisches Hilfsglied 17 zur Bildung des Luftspaltes 14 gegenüber den Polen 12 Und 13 angeordnet ist. Dementsprechend ist nur eine Spule 16 vorgesehen. Die @1lagnetteile 15 und 17 bestehen vorzugsweise aus einem Material hoher Permeabilität, beispielsweise einer Nickel-Eisen-Legierung. Die Legierung kann z. B. entweder aus etwa 4.7 °/° Nickel oder 78,5 °/° Nickel und Eisen bestellen, die für diesen Zweck als ausreichend angesehen werden kann.
  • Gemäß der Ausbildung eines Instrumentes nach Abb. 2 ist die drehbare Fahne i i auf einer zwischen Lagern laufenden Achse 18 befestigt, die den Zeiger i9 trägt. der seinerseits über einer Skala 2o spielt. Eine Richtfeder 21 dient zur Festlegung der Null- oder Ruhe-Inge.
  • Gemäß dein in Abb.3 dargestellten Ausführungsbeispiel wird von dem einzigen Magnetjoch 15 und dessen Polen 12 und 13 der Luftspalt 14 gebildet.
  • Die Wirkungsweise dieser Instrumente kann am besten aus der Betrachtung zu :A@b. i verstanden «-erden. Die Spulen 16 sind sö geschaltet, daß die Pole 12 Südpole und die Pole 13 Nordpole werden. Läßt man eines der magnetischen Joche 15 weg, so wird an der Wirkung offenbar nichts geändert, außerdaß etwa der Abstand oder die Anziehung allein das Drehmoment beeinflussen. Der Südpol an der oberen Fläche der Fahne i i wird durch den oberen Südpol 12 abgestoßen und durch den unteren Nordpol 13 angezogen, während die den Nordpol bildende untere Fläche durch den unteren Südpol angezogen und den unteren Nordpol abgestoßen wird, wodurch das Bestreben entsteht, die Fahne i i nach links zum Ausschlag zu bringen.
  • Da die Winkelbeziehung zwischen den magnetischen Feldern des feststehenden und beweglichen Teiles während der Bewegung im wesentlichen unverändert bleibt, ergibt sich eine im wesentlichen gleichmäßige Skala von verhältnismäßig großer Länge. Da die Magnetfahne dauermagnetisiert ist, so gibt die Zeigerstellung im Falle sich schnell ändernder Stromwerte -den wahren Mittelwert des in den Windungen fließenden Stromes an, anstatt von dem quadratischen Mittel abzuhängen, wie es bei Weicheisenfahnen, die vom Meß,strom magnetisiert werden, der Fall ist. Da sowohl für den Magnetweg im feststehenden wie im beweglichen Teil blatt- oder bandförmiges Material Verwendung findet, ergibt sich ein außergewöhnlich leichtes Gerät mit verhältnismäßig hohem Drehmoment bei geringer Amperewindungszahl.
  • Die Anordnung gemäß der Abb. i und 2, bei der sich Anziehung und Abstoßung auf die Fahne bemerkbar machen, haben den Vorteil, daß sich für einen bestimmten Luftspalt eine erhöhte Empfindlichkeit ergibt und das Instrument astatisch wird, d. h. daß es verhältnismäßig wenig durch fremde Felder beeinflußt wird, wie solche durch Erdmagnetisinus oder andere elektrische Maschinen in der Nähe des Instrumentes hervorgerufen werden, und zwar infolge einer gegebenen Änderung in der Magnetisierung des einen magnetischen Joches durch ein Streufeld, welches durch eine entgegengesetzte Änderung im anderen Joch ausgeglichen wird.
  • In Abb. 3 ist eine andere Ausführungsform des Instrumentes gezeigt, das hier gleichfalls eine Dämpfung besitzt. Da die Fahne i i sich im Luftspalt 14 hin und her bewegt, findet offenbar eine Änderung des Flusses im Joch 15 statt. Wenn nun eine kurzgeschlossene Windung von vorzugsweise gut leitendem Material über einen Teil des Joches gelegt wird, so werden in ihr Wirbelströme erzeugt, die einen entgegengesetzt wirkenden magnetischen Fluß hervorrufen. Dementsprechend ist ein Kupferblatt 22 um das Joch gelegt und auf dieses die Spule 16 aus isoliertem Draht gesetzt.
  • In der Anordnung gemäß Abb.4 ist die Achse i8 des beweglichen Teiles selbst magnetisiert. Da, wie bereits erwähnt, die Achse i8 in diesem Falle aus einem Material hoher Koerzitivkraft bestehen soll, ist eine Ouermagnetisierung leicht möglich. Die sich am Umfang, und zwar an gegenüberliegenden Stellen eines Durchmessers der Achse ausbildenden Pole wirken mit den Polenden i2 und 13 des Joches 15 zusammen. Die Anordnung ist so getroffen, daß der Zeiger i9 in der Mittellage gehalten wird. Diese Mittellage kann außerdem, ähnlich wie in Abb.3 dargestellt, durch eine Spiralfeder festgelegt werden. Es läßt sich jedoch auch ein Gegendrehmoment ohne 'Feder ausüben, wenn beispielsweise ein Hilfsmagnet 22 angebracht wird, der in entgegengesetztem Sinne mit seinen Polen 23 und 24 auf die Achse i8 einwirkt, indem er diese in einer bestimmten Lage festzuhalten bestrebt ist. Zur genauen Einstellung der neutralen Lage kann der Magnet z2 mittels einer Schraube 25 und einem kreisförmigen Schlitz 26 einstellbar gemacht sein.
  • Die Dämpfung des beweglichen Teiles läßt sich durch eine kurzgeschlossene Windung auf einem der Magnete 15 oder 22 in der zu Abb.3 beschriebenen Weise erreichen. -Die Dämpfung kann bei der quermagnetisierten Achse iß auch. durch einen sie umgebenden Zylinder27 ergnzt werden. Sobald die Achse schwingt, entstehen in der Schleife 27 Wirbelströme, die den Schwingungen entgegenwirken. Durch Anordnung einer zweiten Schleife 28 aus hochpermeabilem Material kann der in der Schleife 27 entstehende Fluß noch verstärkt werden.
  • Zur Messung von Strömen in beweglichen Leitern ist ein Instrument gemäß Abb. 5 geeignet. Bei dieser Ausführungsform wird das Magnetjoch 15 durch den im Leiter 29 fließenden Strom magnetisiert, indem es eine Schleife 15' um ihn herum bildet.
  • Der Erfindungsgegenstand läßt sich, wie an den Ausführungsbeispielen Abb. 6 und 7 gezeigt, als Verhältnismesser verwenden. Gemäß Abb.6 besteht dieser aus einem Paar feststehender Teile, wie sie in Abb. 3 gezeigt sind. Im Gegensatz zu Abb. i liegen die Spulen 16 in getrennten Stromkreisen. Die zu vergleichenden Ströme fließen also in Spulen 16a und 16b, die so geschaltet sind, daß in den Jochenden 12a und 12b gleiche Pole sowie in den Jochenden i 3a und 13b gleiche Pole entstehen.
  • Die Polarität der Fahne r i ist so gewählt, daß die obere Fläche die gleiche Polarität wie die Pole i2a und 12b und die untere Fläche die gleiche Polarität wie die Pole 13a und 13b aufweist, demnach bewirken die in den Spulen 16¢ und 16b fließenden Ströme magnetische Flüsse, die eine Abstoßung zwischen der Fahne i i und den Polen der Jochei 5a und 15b hervorrufen.
  • Sowie die Fahne von dem einen Polpaar fortgetrieben wird, nimmt die Repulsionskraft ab, und sobald sie sich dem anderen Polpaar nähert, steigt die Repulsionskraft, so daß die Fahne ii in@der einen oder anderen Richtung so weit ausschlägt, bis die abstoßenden Kräfte def Joche 15a und 15b ausgeglichen sind. Die Stellung des Zeigers i9 gibt dann das Verhältnis der in'den Spulen 16a und 16b fließenden Ströme an.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Abb. 6 kann ein erhöhter Bereich von Verhältnissen gemessen werden, wenn nahezu die ganze Fahne i i zwischen das schwächere Polpaar gelangt, und zwar dann, wenn die Feldverteilung von der gemäß Abb.2 abweicht. Dies kann erreicht werden, wenn die Polspitzen 12a, 12b, 13a und 13b zugespitzt werden oder eines der Polpaare 12a und 12b hochgebogen wird, wie es in Abb. 8 gezeigt ist. Eine gleiche Wirkung wird erreicht, wenn man die Gestalt der Fahne gemäß Abb. 9 abändert und die Pole gleicher Polarität weiter auseinander bringt.
  • Zur Dämpfung eines Instrumentes gemäß Abb.6 kann die in Abb.3 gezeigte Ausbildungsform verwendet werden. Abb.6 zeigt jedoch noch eine andere Ausführungsform für die Dämpfvorrichtung. Die konische Lagerspitze 3o@ des unteren Achsenendes i8 ist in einem einstellbaren Lager 31 gelagert, das von einer Hülse 32 umgeben ist. Darin befindet sich eine zähe Flüssigkeit, wie z. B. Biberöl. Diese Flüssigkeit besitzt einen niedrigen Temperaturkoeffizienten in bezug auf ihre Zähigkeit, so daß diese ihr Verhalten innerhalb eines bestimmten Temperaturbereiches, in dem das Instrument angewendet wird, wenig verändert, so daß eine gleichmäßige Dämpfung erzielt wird.
  • Die Ausführungsform gemäß Abb. 7 arbeitet mit zwei feststehenden Gliedern 16a und 16b, die auf zwei kurvenförmig gestaltete Fahnen 11a und ilb einwirken. Diese sind in der angegebenen Weise dauermagnetisiert, besitzen jedoch einen in entgegengesetzter Richtung zunehmenden Radius. Wenn die eine der Fahnen in der einen oder anderen Richtung ausschlägt, ändert sich der wirksame Radius der Polflächen der Fahnen i ia und iib derart, dar bei einem bestimmten Strom in den Spulen 1611 oder iGb das erzeugte Drehmoment entsprechend auf das bewegliche Element einwirkt.
  • In dein dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Pole 1211 und i311 ein Süd- und ein Nordpol, während die obere Fläche der Fahne iia ein Nordpol und die untere Fläche ein Südpol ist. so daß sie angezogen wird, wobei jedoch infolge des sich ändernden Radius die Anziehungskraft zwischen den Polen i211 und i311 und der Fahne iia abnimmt. Die Pole i 2b und i -b sind gleichfalls ein Süd- und ein Nordpol, dagegen ist die Fahne iib umgekehrt magnetisiert und besitzt einen nach rechts zunehmenden Radius, so dal* sich bei einem rechtsseitigen Ausschlag des Zeigers eine .stärker werdende Abstoßung gegenüber den Polen 1211 und 13" bemerkbar macht und das Drehmoment zunimmt. Demnach wird sich zwischen den beiden auf die Achse i8 einwirkenden Drehinoinenten ein Gleichgewichtszustand einstellen, so daß die Stellung des Zeigers icj das Verhältnis der in den Spulen i611 und j(_-,b fließenden Ströme anzeigt.

Claims (1)

  1. PATE\TANSPRi1CHE: i. Drehmagnet-Instrument mit vorzugsweise waagerecht angeordnetem, als Drehfahne ausgebildetem Drehteil, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahne aus einem Material hoher Koerzitivkraft besteht und in Richtung ihrer Dicke bzw. quer zur Richtung ihrer größten Ausdehnung magnetisiert ist. - . Drehmagixet-In,truineiit nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse des Instrumentes selbst den Drehteil bildet und quer zu ihrer Längsrichtung magnetisiert ist. 3. Drehniagnet-Instrument nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, dali der Drehteil aus einer Legierung von etwa 87 °/o Silber, -.,3 °j'o Aluminium und 8,7 °/o Mangan besteht. 4.. Drehmagnet-Instrument nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, dali die Magnetjoche eine zur Dämpfung dienende XIetallhülle tragen, auf der vorzugsweise die stromdurchflossene Spule angeordnet ist. 5. Drehinagnet-Instrument nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Drehteil bildende Achse zur Dämpfung mit einer Windung oder Hülse umgehen ist, durch die bei Drehung der Achse Wirbelströme erzeugt werden. 6. Drehmagnet-Instrument nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Dämpfung der den Drehteil bildenden Achse ein vorzugsweise einstellbarer Magnet vorgesehen ist, der gleichzeitig zur Nullstellung des Instrumentes dient. 7. Drehmagnet-Instruinent nach Art eines Verhältnismessers nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Pole zweier feststehender Magnetsysteme mit von 3leßströinen durchflossenen Spulen so zueinander angeordnet sind und die Meßströme die Spulen so durchfließen, daß der zwischen den Luftspalten der Pole schwingend gelagerte Drehteil von beiden Systemen abgestoßen wird und sich auf einer den Stromwerten entsprechenden Mittellage einstellt. B. Drehmagnet-Instrument als Verhältnisanzeiger nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zwei feststehende, je ein Drehmoment erzeugende Elektromagnetsvstenie mit nebeneinander angeordneten, je einen Luftspalt bildenden Polen vorgesehen sind, in die zwei, etwa spiralförmig begrenzte, auf der Drehachse sitzende Kurvenscheiben mit einander entgegengesetzter Steigung hineinragen, sodaß die Einstellung dem Verhältnis der in den Spulen fließenden Ströme entspricht. 9. Drehmagnet-Instrument als astatisches Instrument nach einem' der Ansprüche i bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen der Elektromagnete so geschaltet sind, daß die zwischen den Polen schwingende Fahne von dem einen Polpaar abgestoßen und vom anderen Polpaar angezogen wird.
DEA75155D 1934-01-26 1935-01-27 Drehmagnet-Instrument mit vorzugsweise waagerecht angeordnetem, als Drehfahne ausgebildetem Drehteil Expired DE648727C (de)

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DE (1) DE648727C (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE975287C (de) * 1951-11-28 1961-11-02 Siemens Ag Anordnung zur Daempfung beweglicher Anzeigeorgane von Messgeraeten, insbesondere Registriergeraeten

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE975287C (de) * 1951-11-28 1961-11-02 Siemens Ag Anordnung zur Daempfung beweglicher Anzeigeorgane von Messgeraeten, insbesondere Registriergeraeten

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