-
Meßinstrument mit einer auf sein drehbares System wirkenden Direktionskraft,
bei welchem die Empfindlichkeit verändert oder durch Regulierung eines Hilfsfeldes
änderbar ist Bei allen Instrumenten mit drehbarem System werden die Empfindlichkeit
und die Schwingungsdauer mitbestimmt durch die Direktionskraft.
-
Bei Geräten mit an einem Draht oder Faden aufgehängtem Meßsystem ist
aber die Empfindlichkeit des Instrumentes abhängig von der mechanischen Direktionskraft,
die mit wachsendem Ausschlag ansteigt. Die Empfindlichkeit läßt sich steigern, sofern
lange und dünne Drähte oder Fäden zur Aufhängung benutzt werden. Eine Grenze ist
hierbei jedoch durch die große Zerbrechlichkeit des Gehänges und ferner durch die
leichte Veränderlichkeit des Nullpunktes bei solchen Geräten gegeben.
-
Es ist aber auch bereits ein Gerät bekannt, das sich die Vorteile
eines dünnen Fadens mit ganz geringer Direktionskraft zunutze macht und bei welchem
die Nullage durch sowohl an dem Aufhängefaden des Meßsystems als auch zu beiden
Seiten dieses Systems angebrachte astatische Nadelpaare eindeutig bestimmt ist und
durch geeignete Wahl der Magnete das magnetische Feld so kräftig gewählt werden
kann, daß ihm gegenüber die mechanische Direktionskraft verschwindend klein wird,
also praktisch die Direktionskraft des Systems durch die magnetische Richtkraft
ersetzt wird. Derartige Geräte eignen sich jedoch nur für Messungen, bei denen ganz
geringe Kräfte in Frage kommen, nicht aber für Betriebsmessungen, bei denen kräftige
Geräte mit großen Verstellkräften benötigt werden, die außerdem im Gebrauch einer
robusten Behandlung unterworfen sind.
-
Die Erfindung betrifft nun ein solches Instrument, das so gebaut ist,
daß es den an Betriebsinstrumente zu stellenden Anforderungen vollauf genügt und
doch hinsichtlich der Meßgenauigkeit sehr empfindlich ist, obwohl für die Aufhängung
des Systems ein relativ kräftiger Draht bzw. Faden benutzt wird. Die solchen Drähten
anhaftende Eigenschaft, daß ihre mechanische Direktionskraft mit wachsendem Ausschlag
steigt, läßt sich durch eine zusätzlich angebrachte magnetische Direktionskraft
beeinflussen.
-
Man hat schon vorgeschlagen, durch Anordnung eines sich in einem Magnetfeld
bewegenden, an dem Aufhängedraht des Systems befestigten, magnetisierbaren oder
magnetisierten Stäbchens die Empfindlichkeit von Meßinstrumenten zu beeinflussen.
Es ist jedoch bei Verwendung eines aus Eisen oder Stahl bestehenden, zur Erzeugung
einer zusätzlichen magnetischen Direktionskraft dienenden Körpers wegen des remanenten
Magnetismus
nicht mit dem gewünschten Erfolg zu rechnen.
-
Erfindungsgemäß wird diese Direktionskraft durch para- oder diamagnetische
Körper erzeugt, die sich in einem magnetischen Felde bewegen, oder aber durch leitfällige
Körper, die sich iii einem elektrischen Felde bewegen und an dem drehbaren System
aufgehängt sind: Je nachdem wie der para- oder diamagnetische Körper in dem Felde
angebracht wird, tritt eine Verringerung oder Verstärkung der Direktionskraft des
Systems ein. Bei Anordnung der Stäbchen senkrecht zu den horizontalen Kraftlinien
des Feldes und beispielsweise bei Verwendung paramagnetischer Körper tritt eine
Sbeigierung der Empfindlichkeit dadurch ein, daß die magnetischen Kraftlinien des
Feldes von sich aus bestrebt sind, die Stäbchen im Sinne des Ausschlages und damit
in Richtung der Kraftlinien weiter zu bewegen, w ,odurch die inechanische Direktionskraft
des Aufhängefadens zum Teil ausgeglichen wird. Bei Verwendung paramagnetischer Körper
ist aber ein einwandfreies Arbeiten nur dann gewährleistet, wenn die mechanische
Direktionskraft des Drahtes oder Fadens stets größer ist als die maximale, drehende
Kraft desselben.
-
Wird der paramagnetische Körper im Hauptfelde des Systems angebracht,
also im Felde der Drehspule, dann ist die Empfindlichkeit des Meßsystems eine bestimmte
und nicht mehr änderbar.
-
Wird aber der paramagnetische Körper in einem Hilfsfelde angebracht,
dann ist durch entsprechende Regulierung der Stärke dieses Hilfsfeldes die Verringerung
oder Verstärkung der mechanischen Direktionskraft in weiten Grenzen änderbar und
damit auch die Empfindlichkeit des Gerätes.
-
Dä sich mit der Direktionskraft die Schwingungsdauer des drehbaren
Systems ändert, kann diese durch entsprechende Wahl auf jeden beliebigen Wert eingestellt
werden, so kann z. B. die Schwingungsdauer mit der Periode des anzuzeigenden Wechselstroms
in Übereinstimmung gebracht und auf diese Weise durch Einstellung auf Resonanz eine
maximale Empfindlichkeit erreicht werden.
-
Es ist aber auch ohne weiteres möglich, ein Instrument zu bauen, das
für kleine Ausschläge viel empfindlicher ist als für größere. Diese Wirkung
läßt sich noch' dadurch erhöhen, daß das zusätzliche Magnetfeld inhomogen ausgebildet
wird. Solche Instrumente sind insbesondere als Nullinstrumente brauchbar.
-
Die Erfindung ist im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels
erläutert, welches auf der Zeichnung dargestellt ist. Fig. i zeigt ein Drehspulensystein,
in dem ein paramagnetisches Stäbchen k senkrecht -.zur Spule in einem Magnetfeld
st" s1 ange-:bvacht ist.
-
"::-- Fig. 2 zeigt eine Einrichtung ohne Regulier-1>ärkeit der Direktionskraft,
bei der das magnetische Stäbchen im Hauptfelde angeordnet ist.
-
Hierin bedeutet Sp eine Spule, z. B. die eines Galvanometers, welche
in der üblichen Weise zwischen zwei dünnen Metallfäden a und b aufgehängt ist. Die
Drahtenden der Spule sind oben und unten bei c. und d an feine Kupferstäbchen e
auf f angelötet, und an diese ist dann das Aufhängesystem ebenfalls angelötet. An
dem Stäbchen e ist ein kleiner Spiegel g befestigt. Die Spule schwingt zwischen
den Polschuhen N und .S eines Magneten.
-
Fließt ein elektrischer Strom durch dio Spule, so dreht sich diese
aus dem Magnetfelde heraus und verdreht dabei das Aufhängesystem (die Fäden a und
b). Wird der Strom ausgeschaltet, so dreht sich die Spule infolge dieser
Torsion des Aufhängesystems wieder in ihre ursprüngliche Lage zurück.
-
An einem der Kupferstäbchen ist ein weiteres Stäbchen lt aus
para- oder diamagiietischein Material von einigen Millimeter Länge und einigen Zehntelmillimeter
Dicke befestigt, z. B. senkrecht zu der Ebene der der Spule. Um das Stäbchen 1a
ist ein zweites Magnetfeld ial, s1 vorgesehen. Das Stäbchen muß aus magnetischem
Material hergestellt sein. Eisen kann wegen seines reinanenten Magnetismus nicht
verwendet werden, da bei jeder Drehung der Eigenmagnetismus des Stäbchens ein anderer
wäre. Deshalb muß (las Stäubchen aus einem paramagnetischen ,Material, wie Palladium,
oder diamagnetischen Material, wie Kupfer, gemacht werden.
-
Wird infolge Stromdurchgangs die Spule Sp aus dem Felde herausgedreht,
so wird das Stäbchen, wenn es aus paramagnetischem Material besteht, aus seiner
Mittellage in das Hilfsfeld ial, s1 hineingedreht und von dieseln Felde weiter hineingezogen.
Dabei wird die ursprüngliche Direktionskraft um das Drehmoment des Stäbchens verringert.
Um welchen Betrag die Direktionskraft verringert wird, hängt neben der Ausbildung
und dem Material des Stäubchens von der Stärke des Hilfsfeldes n1, si ab. Man hat
also mit der Regelbarkeit dieser Feldstärke die Veränderung der Direktionskraft
in der Hand.
-
Um eine stabile Gleichgewichtslage zu erhalten, muß das Hilfsfeld
so gewählt sein, z. B. durch geeignete Formgebung der Polschuhe, daß das Moment
der Richtkraft des Fadens in jeder Lage größer ist als das vom Magnetfeld herrührende
Moment.
In der Nullage ist das Moment der Direktionskraft sowie
das magnetische Moment gleich Null. Beide entstehen erst bei einem Ausschlag. Mit
der Form der Polschuhe kann das Magnetfeld gerichtet «erden, z. B. bei Verwendung
flacher Polschuhe homogen gemacht werden. Die Länge des Stäbchens soll etwa mit
der Breite des Magnetfeldes übereinstimmen.
-
Es können sowohl dia- als auch paramagnetische Körper verwendet werden:
Während paramagnetische Körper zur Verringerung der Direktionskraft in der Nullage
senkrecht zum Felde stehen müssen, müssen diamagnetische Körper in der Richtung
des Feldes angeordnet «-erden.
-
Wenn auf Regulierbarkeit der Direktionskraft verzichtet wird, kann
(las magnetische Stäbchen auch in dem Hauptfeld N, S angebracht, z. B. in
der Spule selbst befestigt werden.
-
Die Einrichtung gemäß der Erfindung ist ebenfalls anwendbar auf andere
Instrumente, z. B. auf geologische Instrumente, wie Seismographen und Torsionswaagen.
-
An Stelle eines para- oder diamagnetischen Körpers in einem Magnetfeld
kann auch ein leitender Körper in einem elektrischen Felde verwendet werden. Diese
Kombination arbeitet in prinzipiell ähnlicher Weise wie ein Elektrometer.