DE702595C

DE702595C - e der Richtung konstanter magnetischer Felder

Info

Publication number: DE702595C
Application number: DE1939L0097001
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Gerhard Wolfgang Graf; Dr-Ing Peter Conrad Hermann
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1939-02-01
Filing date: 1939-02-01
Publication date: 1941-02-12

Description

Anordnung zur Anzeige, insbesondere zur Fernanzeige der Richtung konstanter magnetischer Felder Es sind schon eine Reihe von Geräten bekannt, die zur Anzeige der Richtung magnetischer Felder dienen und diese gegebenenfalls auch an entfernten Orten darzustellen erlauben. Diese arbeiten meist entweder in der Art, daß ein mechanisChes Einstellglied unter der unmittelbaren Einwirkung des untersuchten Magnetfeldes sich in eine entsprechende Richtungaeinstellt und daß dessen Winkellage mit Hilfe besonderer Übertragungsmittel eine entsprechende Nachstellbewegung von angeschlossenen Empfängergeräten steuert; oder sie arbeiten derart, daß in einer dauernd rotierenden Induktionsspule elektrische Wechsel ströme erzeugt werden, deren Phasenlage gegenüber einer festen Bezugswechselspannung von der Winkelverdrehung des magnetischen Feldes gegenüber einer festen Bezugsrichtung -abhängt. Einrichtungen der letztgenannten Art sind insbesondere zur Richtungsanzeige des Erdfeldes, also vor allem für die Kompaßfernanzeige gebräuchlich geworden.
Ein Nachteil aller derartigen Geräte ist darin zu sehen, daß sie mit beweglichen Gliedern arbeiten und infolgedessen einer dauernden Wartung oder Kontrolle bedürfen, ganz abgesehen davon, daß für Geräte nach dem Induktorprinzip .außerdem besondere Antriebsquiellen u. dgl. notwendig sind.
Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Anzeige, insbesondere zur Fernanzeige der Richtung von konstanten Magnetfeldern und ist in erster Linie auch als Kompaßernanzeigegerät gedacht. Sie arbeitet lediglich mit ruhenden Elementen, sofern davon abgesehen wird, daß selbstverständlich unter Umständen als Empfinger Geräte mit einem beweglichen Zeiger vorgesehen sein könnn.
Erfindungsgemäß sind an der zu untersuchenden Stelle des konstanten Atagnetfeldes, beispielsweise des Erdfeldes, als Geber der Anzeige und gegebenenfalls Übertragungseinrichtung zwei aus dem gleichen Wechselstromnetz gespeiste Transformatoranordnungen auf zwei aus je einem dünnen Blech mit scharf geknickter Alagnetisierungskurve bestehenden. unter einem festen, vorzugsweise rechten Winkel zueinander geneigten Eisenkernen mit im Verhältnis zur Blechdicke sehr großer Länge vorgesehen und zusammeln gegenüber dem zu untersuchenden Nlagnetfeld drehbar angeordnet, und zur Anzeige dient die mit dem Grad der Vorsättigung veränderliche Phasenverselliebullg der in den Sekundärspulen erzeugten Spannungsspitzen bzw. der Vergleich dieser Phasenverschiebung für die beiden zueinander räumlich geneigten Transformatoranordnungen in einer Empfangseinrichtung, welche die Richtung des untersuchten N-Iagnetfe!des anzeigt. Die Ausbildung dieser Empfangsgeräte kann verschiedenartig sein und soll weiter unten besprochen werden, Zunächst sei an Hand der Zeichnung auf den Aufbau und die ÄVirkungsweise des Gelgergerätes näher eingegangen. In Abb. I ist die Anordnung schematisch dargestellt. Sie besteht aus zwei dünnen Eisenblechen I und 2, deren Länge sehr groß ist im Verhältnis zur Blechdicke und die ferner aus einem Material mit scharfem Sättigungsknick bestehen.
Durch diese Ausbildung wird erreicht, daß ein magnetisches Feld mit seiner in die Längsrichtung des Bleches fallenden Komponente jeweils eine verhältnismäßig starke Vorsättigung in dem Eisenblech erzeugen kann. Die beiden Bleche I und 2 sind vorzugsweise senkrecht zueinander test angeordnet, beispielsweise in gekreuzter Anordnung oder doch nur so weit voneinander entfernt, daß das zu untersuchende l,Iagnetfeld jeweils für beide Bleche die gleiche Richtung hat. Das Blech I trägt eine an das Wechselstromnetz 5 angeschlossene induzierende Wicklung 3 und eine zweite Wicklung 4, in der entsprechende Meßspannungen induziert werden. Ebenso sind auf dem Blech 2 zwei gleichartige Wicklungen 3' und 4' aufgebracht. Die Wicklungen 3 und 3' werden gleichphasig aus dem Netz 5 gespeist.
An die Sekundärspulen 4 und ' sind zweckmäßig Verstärker 6 und 7 angeschlossen und außerdem. wenigstens für gewisse Arten von Empfangssystemen, je eine Filtereinrichtung8 bzw. 9, die für den Durchlaß der zweiten Oberwelle der im Netz 5 vorgegebenen Spannung bemessen sind. An die Ausgangsklemmen und und CD ist gegebenenfalls über längere Übertragungsleitungen ein gemeinsames Empfängergerät 10 angeschlossen, in welchem durch Vergleich der beiden zugeführten Meßgrößen in weiter unten noch zu beschreibender Weise ein Zeiger oder ein sonstiges Anzeigemittel entsprechend der Richtung des untersuchten Magnetfeldes relativ zu der Erstreckungsrichtung der beiden Bleche I und 2 eingestellt wird, Die Wirkungsweise dieser Gehereinrichtung sei an Hand der Abb. 2 beschrieben. Diese zeigt den vorgegebenen Zusammenhang zwischen den magnetisierenden Amperewindungen eines Eisenbleches und dem erzeugten Fluß mit dem scharfen Knick der Magnetisierungskurve. Im gleichen Diagramm ist der Einfluß einer Vormagnetisierung Lv auf den Verlauf der Flußänderungen dargestellt, wenn außerdem die Wechselmagnetisierung I # berücksichtigt wird, die beispielsweise für das Blech 1 in der Spule 3 von außen her aufgedrückt wird.
Während für den angenommenen Idealfall einer rechteckig geknickten Magnetisierungskurve die Flußkurve ohne Vormagnetisierung in gleichen periodischen Abständen von negativen zu positiven Werten und umgekehrt springt (vgl. die gestrichelte Kurve # in Abb. 2b), verschieben sich die Sulldurchgänge der Kurve (p", jeweils gegensinnig wenn außerdem eine Vormagnetisierung vorhanden ist. Diese Vormagnetisierung wird erfindungsgemäß durch die in Richtung der Längserstreckung des Eleches fallende Komponente des untersuchten Magnetfeldes erzeugt und ändert sich demnach sinusförmig mit dem Winkel zwischen der Magnetfeld richtung und der Längsrichtung des betreffenden Bleches. Für den in Abb. 1 dargestellten Fall, wo die Richtung des Alagnetfeldes durch die Pfeile He dargestellt sein möge, ist also die Vormagnetisierung im Blech 1 gerade ein Größtwert, während sie. im Blech 2 wegen der sehr geringen Blechdicke praktisch völlig verschwindet.
Da die Flußkurve wegen des scharfen Knicks in der Magnetisierungskurvef praktisch immer rechteckförmig verläuft, werden in den Spulen 4 und 4' lediglich periodische Spannungsspitzen erzeugt, und zwar in den Augenblicken des Nulldurchganges der Flußkurve. Diese Spannungsspitzen wechseln einander für die in Abb. I dargestellte Lage des Magnetfeldes in der Spule 4' in regelmäßigen Abständen ab (vgl. Abb. 2 c), während sie bei Blech I, d. h. in der Spule 4, innerhalb der Periodendauer zeitlich gegensinnig verschoben sind (vgl. Abb. 2 d). Dies bedeutet, daß mit wachsender Vorsättigung eine wachsende zweite Oberwelle i.n den in Spule 4 bzw. 4' erzeugten Spannungen auftritt. Bei rechtwinkliger Anordnung der beiden Bleche I und 2 ist jeweils die zweite, Harmonische in Spule 4 ein Maximum, wenn die zweite Harmonische in der Spule 4' verschwindet, und umgekehrt. Für eine betrachtete Halbwelle der i etzwechselspannung nehmen die zweiten Harmonischen um 1800 versetzte Phasenlage an (bezogen auf die zweite Harmonische), je nachdem, ob das betreffende Blech, z.B. I, und damit derWicklungssinn der aufgebrachten Induktionsspule, z. B. 3, in bezug auf das Magnetfeld etwa die in Abb. I dargestellte Lage oder die um 1800 gedrehte Lage einnimmt. Infolge dieses Phasensprungs ist es, wie weiter unten gezeigt wird, möglich, eine völlig entsprechende Anzeige der Richtung für beliebige Verdrehungen des zu untersuchenden Feldes um 3600 und mehr zu erhalten.
Als Anzeige- bzw. Empfängergerät kann nach der Erfindung eine Anordnung zweier gekreuzter Spulen dienen, die mlteinander den gleichen Winkel einschließen wie die beiden Bleche des Gebergerätes und deren jede durch eine der beiden Meßspannungen doppelter Frequenz gespeist wird, die am Ausgang der Filter 8 und 9 abgreifbar sind. Als Einstellglied, das im Magnetfeld beider Spulen drehbar gelagert ist, kann z. B. ein Weicheisenkern oder eine Kurzschlußspule dienen. Die Anzeige ist hierbei allerdings doppeideutig, da das Einstellglied in dem resultierenden magnetischen Wechselfeld zwei um I800 verschiedene Stellungen einnehmen kann. Für kompaßartige Kurszeigerinstrumente u. dgl. spielt dies jedoch unter Umständen keine Rolle.
Muß dagegen eine eindeutige Anzeige der gesuchten Magnetfeldrichtung über volle 3600 erfolgen, so werden den beiden Meßspulen gleichrichtende Elemente, z. B. Trockengleichrichter, vorgeschaltet, und zwar vorzugsweise fremdgesteuerte Vollweggleichrichterbrücken in einer Schaltung, wie sie weiter unten an Hand der Abb. 10 beschrieben wird. Diese arbeiten zwar als Gleichrichter, d. h. es wird stets eine Halbwelle der zugeführten Wechselspannung gleichgerichtet. Die Durchlaßrichtung, d. h. die Frage, Welche der beiden Halbwellen der anderen gleichgerichtet wird, bleibt zunächst unentschieden und wird durch die Phasenlage der gesteuerten Meßspannung, db. durch die Winkellage des Gebers, von Fall zu Fall bestimmt. Zweckmäßig wird dann der Weicheisenkern durch einen magnetischen Stab, z. B. eine Magnetnadel, oder durch einen Drehspulrahmen mit Gleichstronierregung ersetzt, um volle Eindeutigkeit auch für den Fall zu gewährleisten, daß das Geber system rasche Drehungen relativ zu dem zu messenden Feld vollführt.
Nach einem weiteren Erfindungsgedanken kann aber die Anzeige ebenso wie die Erzeugung der Meßgrößen im Geber ohne Zuhilfenahme mechanisch drehbarer Einstellglieder dadurch bewirkt werden, daß ein Braunsches Elektronenstrahlrohr als Empfänger vorgesehen ist, dessen beide senkrecht zueinander stehenden Ablenkpl attenpaaren die beiden Meßspannungen zugeführt werden (vgl. Abb. 3).
Da die beiden Plattenspannungen stets gleichphasig oder gegenphasig sind und da ihre Scheitelwerte sich mit-åer L)rehung des Gebers gegenüber dem Magnetfeld mit einer gegenseitigen Phasenverschiebung von go° (bezogen auf die räumliche I)rehung) ändern, entsteht auf dem Schirm jeweils ein gerader Leuchtstrich von praktisch unveränderlicher Länge, der bei Drehungen des Gebers relativ zum Magnetfeld jeweils seine Richtung auf dem Schirm um gleiche Winkel verändert.
Ein derartiger Leuchtstrich liefert zunächst nur eine um I800 doppeldeutige Anzeige. Erfindungsgemäß läßt sich aber aus dem einfachen Leuchtstrich ein eindeutiger Lichtzeiger bilden, wenn mindestens einer der beiden Meßspannungen, besser aber beiden eine zusätzliche Spannung aufgeprägt wird, die nur aus einer oder zwei äußerst kurzzeitigen Spitzen besteht, die in demjenigen Phasenzeitpunkt auftreten, wo die Meßspannungen der zweiten Harmonischen ihren Scheitelwert besitzen; die Höhe dieser Spannungsspitzen ist zweckmäßig klein bemessen im Vergleich zu dem größten Scheitelwert der Meßspannungen, der die Länge des Leuchtstriches bestimmt.
Eine solche Hilfsspannung kann am einfachsten mit einer ähnlichen Einrichtung erzeugt werden, wie sie als Gebergerät oben beschrieben ist. In Abb. 4 ist ein solches Hilfsgerät dargestellt. Es besteht gus einem langen, dünnen Eisenblech II aus einem Material mit scharfem Knick der Magnetisierungskurve, auf dem zwei Wicklungen I3, 14 aufgebracht sind und in dem durch einen Permanentmagneten 12 eine konstante Vorsättigung erzeugt wird. Diese soll vergleichsweise sehr groß gegen die Magnetisierung durch das Erdfeld sein, nämlich so hoch, daß die beiden gegensinnigen Spannungsspitzen, die in der Sekundärspule 14 bei Speisung der Spule 13 aus dem Netz 5 (vgl. Abb. I) erzeugt werden, so nahe wie möglich zusammenrücken, d. h. daß der Fluß fast während der ganzen Periodendauer die gleiche Richtung hat und sich nur noch für eine äußerst kurze Zeitspanne umpolt (vgl. Abb. 2 b). Der Permanentmagnet ist also so bemessen, daß die durch ihn erzeugte Magnetisierung fast den Scheitelwert der durch die Spule 13 bewirkten Wechselmagnetisierung erreicht. Die der Spule I3 aus dem Netz 5 zugefiihrte Wechsel spannung ist erfindungsgemäß gegenüber den Speisespannungen der Geberspulen 3 und 3' um 450, d. h. um 90° der zweiten Harmonischen, in der Phase verschoben. Damit ergibt sich für die an die Platten gelangende LIeßspannung ein resultierender zeitlicher Verlauf etwa entsprechend Abb. 5, wobei die in jeder zweiten positiven oder negativen Halbwelle der LIeßspannung doppelter Frequenz überlagerte Spannungsspitze unabhängig von den 5 cheitel wertänderungen der NIeßspannungen gleiche Höhe behält. Wird z. B. nur der dem Plattenpaar 1 zugeführten Meßspannung die zusätzliche Spitze aufgedrückt (Abb. 6), so ergibt sich jeweils ein Leuchtstrich mit einer an einem Ende angeführten Schleife, deren Hauptachse senkrecht, d. h. itl der Ablenkrichtung des Plattenpaares 1 liegt. Steht der Leuchtstrich selbst senkrecht, d. h. ist die LIeßspannung am Plattenpaar II gerade Null, so verschwindet die Schleife im Leuchtstrich und ist höchstens dadurch erkennbar, daß der Leuchtstrich an dem betreffenden Ende auf die Strecke Äg (vgl. Abb. 6 a) heller oder dicker erscheint, da er hier vom Elektronenstrahl in jeder zweiten Periode nicht nur zweimal, sondern viermal durchlaufen wird. Für den senkrechten Leuchtstrich (vgl. Abb. 6) kann die Zeigerschleife sichtbar gemacht werden, wenn die Zusatzspannung der am Plattenpaar II liegenden LIeßspannung aufgeprägt wird. Sie verschwindet dann jedoch bei waagerecht liegendem Leuchtstrich; das gleiche gilt, wenn die Zusatzspannung beiden Meßspannungen aufgeprägt wird. Die Zeigerschleife liegt dann z. B. 450 geneigt und verschwindet, wenn die Richtung des Leuchtstriches mit ihrer Hauptachse zusammenfällt.
Für Ablesezwecke läßt sich nach einem weiteren Gedanken der Erfindung die Zeigerschleife für jede Anzeigerichtung verdeutlichen, wenn die Zusatzspannung beiden Plattenpaaren zugeführt wird, jedoch über zwei miteinander gekoppelte Spannungsteiler, deren Abgreifspannungeu sich bei Betätigung eines Drehknopfes 0. dgl. gegensinnig und zweckmäßig zwischen Null und dem vorgegebenen Größtwert ändern. Durch einfaches Drehen dieses Knopfes kann dann für jede Lage des Leuchtstriches die Zeigerschleife mit ihrer Hauptachse senkrecht zum Leuchtstrich gestellt und damit am deutlichsten sichtbar gemacht werden.
Vin andere Weiterbildung der Erfindung vermeidet die Zeigerschleifeneinstellung von Hand durch Anwendung zweier getrennter Hilfsgeräte für die Erzeugung zweier gleicher Zusatzspannungen, jedoch mit einer solchen zeitlichen Verschiebung, daß der größte Augenblickswert der einen Zusatzspannung jeweils mit dem Nulldurchgang der anderen Zusatzspannung zusammenfällt, d. h. daß die beiden Zusatzspannungen um 900 ihrer Periode verschoben erscheinen. Diese Verschiebung läßt sich am einfachsten durch eine geringfügige Phasenverschiebung der den beiden vormagnetisierten Hi lfstransformatoren zugeführten Netzspannungen durch eine genau arbeitende Phasenschieberbrücke o. dgl. bewerkstelligen.
In Abb. 7 ist dies näher dargestellt. Die Meßspannungen mögen während je einer vollen Periode T der Netzwechselspannung nach den Kurven Abb. 7 a (für das Plattenpaar I) bzw. 7b (für das Plattenpaar II) verlaufen.
Dann entsteht auf dem Schirm der in Abb. 7c dargestellte Leuchtstrich mit einer Zeigerschleife, die etwa einem Dreiviertelkreisbogen entspricht und bei jeder Drehung des Leuchtstriches ihre Gestalt, abgesehen von unwesentlichen Verzerrungen, beibehält. Die eindeutige Richtungsbestimmung ist hiermit jederzeit deutlich abzulesen.
Eine andersartige Lösung der Aufgabe, eindeutige Richtungsanzeige zu schaffen, wobei besondere magnetische Hilfsgeräte vermieden werden, besteht nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung darin, daß mit Hilfe zwischengeschalteter, fremdgesteuerter Gleichrichterbrücken eine bestimmte Halbwelle der Meßspannungen entweder gesperrt oder aber umgepolt wird, bevor die Meßspannungen an die Ablenkplatten des Braunschen Rohres gelangen.
Für die erstgenannte Lösung zeigt Abb. 8 ein Ausführungsbeispiel. Die an den Klemmen C, D auftretende zweite Oberwelle der Netzspannung wird den Platten über eine fremdgesteuerte Vollweggleichrichterbrücke 20 zugeführt, deren Steuerspannung (an den Klemmen G, H) in bekannter Weise höher als die Meßspannung bemessen ist und etwa mittels eines Frequenzwandlers aus der Netzspannung 5 so erzeugt wird, daß sie mit der Aleßspannung gleich- oder gegenphasig ist.
Die Brücke 20 läßt daher von der Meßspannung nur jede zweite Halbwelle durch, und zwar je nach der Polung der Steuerspannung entweder die erste oder die zweite Halbwelle in jeder Halbperiode der Grundspannung, gleichgültig, ob diese Halbwelle der Meßspannung positiv oder negativ ist. Auf dem Schirm der Braunschen Röhre entsteht daher ein Leuchtstrich, der nur die halbe Länge besitzt im Vergleich zu den bisher betrachteten Beispielen, und dessen eines Ende mit der Schirmmitte zusammenfällt.
Durch diese Schaltung wird also erreicht, daß der Leuchtstrich selbst in seiner ganzen Länge sich etwa wie ein Uhrzeiger darstellt und somit bei seiner Drehung eine völlig eindeutige Anzeige jeder Richtung liefert (Abb. 9 mit dem Leuchtstrich 21).
Die gleiche Anzeige läßt sich mit verbesserter Leuchtstärke erreichen, wenn die nach Abb. 8 unterdrückte Halbwelle jeweils gleichgerichtet wird. Dies kann erfindungsgemäß in einer Schaltung gemäß Abb. 10 erfolgen.
Für jede Halbwelle der Meßspannung sind über je zwei Steuerbrücken 20, 20' bzw. 20", 20"' zwei getrennte Stromweg vorgesehen, die jedoch beide in der gleichen Richtung, d. h. in Vollweggleichrichterschaltung, über das betreffende Ablenkplattenpaar führen.
Alle vier Steuerbrücken werden, durch Isoliertrausformatoren 25, 26, 27, 28 getrennt, von der gleichen, mit der Meßspannung gleichfrequenten Steuerspannung gesteuert, und zwar die Brücke 20, 20' mit I80°Phasenverschiebung gegenüber den Brücken 20", 20"'. Der Nulldurchgang der Steuerspannung soll voraussetzungsgemäß mit dem Null durchgang der Meßspannung jeweils zusammenfallen. An den Ablenkplatten tritt demnach eine Ablenkspannung auf, die nach einer gleichgerichteten Sinushalbwellenkurve verläuft, d. h. sich von Null nur in einer Richtung ändert. Die Auslenkung des Elektronenstrahles erfolgt allerdings entweder in der einen oder in der entgegengesetzten Richtung, je nachdem, ob die Meßspannung und die Steuerspannung gleich- oder gegenphasig sind, was nach dem oben Gesagten von der Lage des Gebers zum Magnetfeld abhängt.
Der Leuchtstrich hat dabei die gleiche Gestalt wie in Abb. 9, wird aber vom Elektronenstrahl doppelt sooft durchlaufen als bei der Anordnung nach Abb. 8 oder auch nach Abb. 6; er erscheint also schärfer bzw. heller.
Die Möglichkeiten zur Anzeige der gesuchten Feldrichtung im Anschluß an ein Gebergerät, das nach der Erfindung aufgebaut ist, sind mit den beschriebenen Ausführungsformen noch nicht erschöpft. Vielmehr kann die kennzeichnende Eigenschaft des Gebers, daß die Meßspannungen sich zunächst als zeitlich in ihrer Phasenlage verschiebbare spitze Spannungsstöße darstellen, nach einem weiteren Erfindungsgedanken zweckmäßig dadurch zur Anzeige ausgenutzt werden, daß diese Meßspannungen in ihrer ursprünglichen Form zur Steuerung von ohmisch belasteten Wechselrichtern dienen, die mit gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken arbeiten.
Eine Ausführungsform ist in Abb. ii dargestellt. Jede der beiden Sekundärspulen 4, 4' auf den zueinander senkrechten Blechkernen I, 2 steuert einen Wechselrichter 30 bzw. 40. Zu diesem Zweck kann die Spulenanordnung 3, 4 bzw. 3', 4' unmittelbar als Gittertransformator geschaltet sein, dessen Sekundärseite eine Mittenanzapfung besitzt, und der die beiden Eritladungsstrecken 31, 32 bzw. 41, 42 abwechselnd jeweils in dem Augenblick zündet, wo eine positive bzw. negative Gitterspannungsspitze auftritt. Die beiden Entladungsstrecken sind jeweils in der bekannten Wechselrichterschaltung über zwei gleiche Ohmsche Widerstände 34, 35 bzw. 44, 45 an ein Gleichstromnetz 50 angeschlossen, wobei zur Sicherstellung des Löschens einer Entladungsstrecke im Augenblick der Zündung der anderen Entladungsstrecke zwischen die beiden Anoden jeweils ein Löschkondensator 33 bzw. 43 eingeschaltet ist. Zur Anpassung an die kritische Gitterzündkennlinie der venvendeten Rohre kann im Gitterkreis ferner eine Gittervorspannungsquelle 37 bzw. 47 vorgesehen sein.
Wird nun parallel zu jedem Löschkondensator 33 bzw. 43 ein als Nullinstrument ausgebildeter Gleichstromspannungsmesser 36 bzw. 46 geschaltet, so mißt dieses Instrument für jeden Wechselrichter den Anodenspannungsmiftelwert. Dieser ist (vgl. Abb. 12 a) gleich Null, wenn die Gitterspannungsspitzen periodisch mit gleichen Abständen aufeinander folgen, d. h. also, wenn der Blechkern der betreffenden Geberspule durch das zu untersuchende Feld nicht vorgesättigt ist.
Dies trifft z. B. in der Abb. I für das Blech 2 zu. Das Instrument 46 wird für die dargestellte Geberlage relativ zum Felde keinen Ausschlag zeigen. Die am Blech I in der Spule 4 erzeugten Spannungsspitzen zeigen dagegen eine größte gegenseitige Verschiebung nach Abb. 12b, so daß die am Instrument 36 gemessene mittlere Spannung, die nach Größe und Vorzeichen der Zeitdifferenz (t2-t1) verhältig ist, einen Größtwert besitzt.
Nach einer Drehung des Gebers um 90C gegenüber He wird der Ausschlag an 46 verschwinden, während der Zeigerausschlag am Instrument 36 jetzt seinen - je nachdem, ob die Drehung links oder rechts herum erfolgte - positiven oder negativen Größtwert besitzt. Es ist also ein leichtes, durch Eichung der beiden Instrumente nach einer sie bzw. cos-Skala aus den beiden jeweils sich einstellenden Zeigerangaben die gesuchte Richtung zu ermitteln.
Ist die vorgenannte Schaltung mit den zwei abzulesenden Instrumenten vorzüglich vor allem für Messungen, z. B. zur Untersuchung größerer magnetischer Feldräume, geeignet, so kann doch die Wechselrichter-.anzeige auch für Gebrauchszwecke so ausgebildet werden, daß eine unmittelbare Ablesung der gesuchten Richtung möglich ist.
Zu diesem Zweck wird nach der Erfindung am einfachsten an Stlle der Meßinstrumente 36, 46 der Abb. 11 jeweils eine Glättungseinrichtung parallel zu den Löschlkondensatoren geschaltet, an deren Ausgang dann eine Gleichspannung bzw. ein Gleichstrom entnommen werden kann, der dem jeweiligen Wert (t2-71 (vgl. Abb. 12) entspricht. Diese den beiden Wechselrichtern entnommenen Gleichströme werden einem Kreuzspulsystem zugeführt, dessen resultierendes Feld sich damit jeweils in eine Richtung einstellt, die der Winkellage des Gebers zu dem Feld He entspricht, und welches z. B. die Nachstellung einer mit dem Zeiger verbundenen Magnetnadel oder eines gleichstromerregten Drehspulrahmens bewirkt.
Die mit Wechselrichtern arbeitende Empfängeranordnung kann ferner auch auf ein Anzeigesystem wirken, welches die Ablenkung von Elektronenstrahlen benutzt, d. h. ebenfalls ohne mechanisch drehbare Einstellglieder auskommt. Zu diesem Zweck werden ebenso wie bei der zuletzt beschriebenen Anordnung Glättungseinrichtungen parallel zu den Löjchkondcnsatoren jedes Wechselrichters geschaltet, und die am Ausgang dieser Glättungseinrichtungen auftretenden, gegebenenfails noch mehr oder weniger welligen Gleichspannungen den beiden Ablenkplattenpaaren eines Braunschen Rohres zugeführt, dessen Schirm mit einer Kreisskala versehen ist. Der durch diese Spannungen abgelenkte Elektronenstrahl erzeugt auf dem Schirm einen etwa längs der Kreisskala im Kreise wandernden Leuchtpunkt oder einen durch die Welligkeit bedingten kurzen Leuchtstrich, dessen Lage vor der Isreisskala ebenso wie die Richtung des Leuchtstriches bei einer Anordnung nach Abb. 6 unmittelbar die Richtung des gestichten magnetichen Feldes darstellt.
Die Erfindung läßt sich mit besonderem Vorteil für die Anzeige der Richtung schxvacher magnetischer Felder verwenden, vor allem tier die Kompaßanzeige mit Hilfe des erdmagnetischen Feldes in Fahrzeugen, z. B.
Luftfahrzeugen, wobei gerade die eindeutige Angeige um volle 360° und mehr von Wichtigkeit ist. Daneben hietet die Erfindung auch in ihren einfacheren Ausgestaltungen, etwa hinsichtlich der Zeigerdarstellung auf dem Schirn des Braunschen Rohres nach Abb. 6 a 0. dgl. vorteilhafte Anwendungsmöglichkeiten etwa bei der Kursanzeige für Luftfahrzeuge oder für ähnliche Zwecke; denn da hierbei Zeigerdrehungen auf der Sliala normalerweise nur innerhalb eines begrenzten Sektors aufzutreten pflegen, kann durch einmalige Einstellung z. B. die Zeigerschleife nach Abb. 6 in ihre optimale Lage gebracht werden, oder es kann die Eindeutigkeit der Anzeige auch ohne Zeigerschleife oder mit mechanischen, zweifach einstellbaren Zeigergliedern, wie sie oben beschrieben wurden, durch einmaligen Vergleich mit einer bekannten Richtung, etwa bei der Einstellung des Kurses festgelegt werden. Gerade bei der Verwendung als Fernkompaß u. dgl. in Flugzeugen oder Schiffen hat die Erfindung den großen Vorteil, daß der Geber nur aus ruhenden, wenig Raum beanspruchenden Teilen besteht und somit an beliebigen, unzugänglichen Stellen lediglich nach Maßgabe der erforderlichen Störungsfreiheit des erdmagnetischen Feldes angebracht werden kann, z. B. im Schwanzende des Flugzeuges. Die Anzeige etwa mit Hilfe eines als Batteriekleingerät ausgebildeten Braunschen Rohres ist gerade für Flugzeuge wegen des völligen Fehlens von drehbaren Teilen, Lagerstellen u. dgl. besonders zweckmäßig und zuverlässig.
Die beschriebenen Einrichtungen sind selbstverständlich nicht nur in der dargestellten Verbindung anwendbar, sondern können gegebenenfalls auch jeweils für sich allein Verwendung finden. Insbesondere können im Rahmen der Erfindung die beschriebenen Hilfsmittel zur Erzielung einer eindeutigen Zeigeranzeige durch den drehbaren Leuchtstrich eines Braunschen rohres auch für dandere, ähnliche Meßswecke selbständig von Wichtigkeit sein.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Anordnung zur Anzeige der Richtung von konstanten magnetischen Feldern, insbesondere zur Fernanzeige, dadurch gekennzeichnet, daß als Geber der Anzeige- und gegebenenfalls Ubertragungseinrichtung zwei aus dem gleichen Wechsel stromnetz gespeiste Transformatoranordnungen auf zwei aus je einem dünnen Blech mit scharf geknickter Magnetisierungskurve bestehenden, unter einem festen, vorzugsweise rechten Winkel zueinander geneigten Eisenkernen mit im Verhältnis zur Blechdicke sehr großer Länge vorgesehen und zusammen gegenüber dem zu untersuchenden Magnetfeld drehbar angeordnet sind und daß zur Anzeige die mit dem Grad der Vorsättigung veränderliche Phasenverschiebung der in den Sekundärspulen erzeugten Spannungsspitzen bzw. der Vergleich dieser Phasenverschiebung für die beiden zueinander räumlich geneigten Transformatoranordnungen in einer Empfangseinrichtung dienst, welche die Richtung des untersuchten konstanten Magnetfeldes anzeigt.
2. Anordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der die Richtung anzeigenden Empfangseinrichtung als Vergleichsgrößen die beiden in ihrem Amplitudenverhältnis veränderlichen Spannungen doppelter Frequenz zugeführt werden, die mit wachsender Phasenverschiebung der in den Gebertransformatoren erzeugten Spannungsspitzen einen zunehmenden Anteil dieser Meßspannungen bilden.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jedem Gebertransformator und der Empfangseinrichtung eine für den Durchlaß der zweiten Harmonischen bemessene Siebkette, gegebenenfalls zusammen mit einem Verstärker, vorgesehen ist.
4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Empfängervergleichseinrichtung ein Kreuzspulsystem vorgesehen ist, über dessen Kreuzungsachse ein Weicheisenkern oder eine Kurzschluß spule als Anzeigeglied drehbar gelagert ist.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß den gekreuzten Spulen der Empfangseinrichtung gleich richtende Elemente vorgeschaltet sind, deren resultierende Durchlaßrichtung von der Phasenlage der zugeführten Meßspannungen doppelter Frequenz abhängt, beispielsweise Gleichrichtersteuerbrücken, welche paarweise vor jeder Meßspule für gegensinnige Durchlaßrichtung durch eine phasenfeste Spannung doppelter Frequenz fremdgesteuert sind.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Anzeigeglied ein Permanentmagnet, vorzugsweise eine Magnetuadel, oder ein gleichstromerregter Drehspulrahmen vorgesehen ist.
7. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Empfangseinrichtung ein Braunsches Rohr mit zwei zueinander geneigten Ablenksystemen, vorzugsweise mit zwei zueinander senkrechten Ablenkplattenpaaren, vorgesehen ist, denen die beiden Meßspannungen der zweiten Harmonischen zugeführt werden.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe zu -mindestens einem der Ablenksysteme eine Hilfseinrichtung geschaltet ist, mittels deren der betreffenden doppelfrequenten Meßspannung in jeder (I + 2p) -ten Halbwelle (mit p als beliebiger ganzer Zahl, vorzugsweise p = 2) jeweils etwa imPhasenzeitpunkt des Scheitelw-ertes eine zusätzliche Spannung aufgeprägt wird, die lediglich aus einem oder - vorzugsweise - zwei einander entgegengesetzten, äußerst kurzzeitigen Spannungsstößen besteht, deren Scheitelwert zweckmäßig kleiner ist als der größtmögliche Scheitelwert der eigentlichen Meßspannung.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Hilfsgerät ein aus dem gleichen Netz wie der Geber mit einer Phasenvor- oder -nacheilung von angenähert 450 gespeister Transformator dient, der auf ein dünnes, langes Eisenblech mit scharf geknickter Magnetisierungskennlinie als Kern aufgebracht ist, und daß dieses Blech zur Erzeugung einer konstanten Vorsättigung als magnetischer Schluß vor den Polen eines vorzugsweise U-förmigen Dauermagneten oder eines konstant erregten Elektromagneten angeordnet ist.
10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch -gekennzeichnet, daß die Vorsättigung des - Eisenblechs z. B. durch Einstellung des Luftspaltes oder durch Einstellung der Magneterregung angenähert gleich, vorzugsweise ein wenig kleiner als der Scheitelwert des durch die Primärwicklung erzeugten Wechseiflusses bemessen ist.
II. Anordnung nach Anspruch 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die gleiche Zusatzspannung den beiden Mel3spannungen, z. B. mittels eines Hilfstransformators nach Anspruch 9 mit zwei voneinander - getrennten, gleichen Sekundärspulen, über zwei einstellbare Spannungsteiler aufgeprägt wird, die miteinander derart gekuppelt sind, daß bei Betätigung des Verstellknopfes 0. dgl. die abgegriffenen und den Meßspannungen doppelter Frequenz aufgeprägten Zusatzspannungen sich gegensinnig zwischen Null und dem für beide etwa gleichen vorgegebenen Größtwert ändern.
12. Anordnung nach Anspruch 8 bis 10, gekennzeichnet durch die Verwendung je eines getrennten Hilfsgerätes nach Anspruch 8 für jede Mel3spannung, wobei die dem Netz entnommenen Primärspannungen durch eine Phasenschieberbrucke o. dgl. um einen solchen geringen Betrag gegeneinander in der Phase verschoben sind, daß der größte Augenblickswert der Zusatzspannung für das eine Melksystem jeweils mit dem Nulldurchgang der Zusatzspannung für das andere Meßsystem zusammenfällt, und daß demnach der Elektronenstrahl auf dem Schirm unter dem Einfluß der Zusatzspannungen an dem einen, eindeutig festgelegten Ende des erzeugten Leuchtstrichs unabhängig von dessen jeweiliger Richtung, eine praktisch unveränderliche Zeigerschleife etwa in der Form eines Kreisausschnitts beschreibt.
13. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß den beiden Ablenksystemen im jeweiligen Meßspannungskreis je eine Vollweggleichrichterbrücke vorgeschaltet ist, die durch eine phawenfeste, zu der betreffenden Meßspannung jeweils gleich- oder gegenphasige, aus der Netzspannung mittels Frequenzxvandlers o. dgl. gewonnene Steuerwechsel spannung doppelter Netzfrequenz in ihrer Durchlaßfähigkeit derart gesteuert wird, daß von beiden Meßspannungen jede zweite Halbwelle unterdrückt wird.
14. Abänderung der Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Ablenksystem im Meßspannungskreis - zwischen je zwei Paare von paarweise gleichphasig durch eine mit der Meßspannung gleich- oder gegenphasige Steuerspannung doppelter Netzfrequenz in ihrer Durchlaßfähigkeit gesteuerten Vollweggleichrichtersteuerbrücken eingeschaltet ist, wobei die beiden Steuerbrückenpaare jedes Ablenksystems derart mit IgO° gegenseitiger Phasenverschiebung gesteuert und zusammen in bezug auf das Ablenksystem in Vollweggleichrichterschaltung wirksam sind, daß der Elektronenstrahl nach Maßgabe einer gleichgerichteten Halbwel lenkurve stets nur von der Nullage nach einer Richtung ausgelenkt wird, wobei die Ablenkrichtung jedes Ablenksystems von der Gleich-oder Gegenphasigkeit einer durch die Schaltung der Steuerbrücke vorgegebenen Halbwelle der zweiten Harmonischen -entweder der ersten oder der zweiten innerhalb der Halbwelle der Grundspannung - mit der Steuerspannung, d. b. aber von der Lage des Gebersystems gegenüber dem zu messenden Feld, eindeutig abhängig ist.
15. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Transformatoranordnungen des Gebersystems als sekundärseitig mitangezapfte Gittertransformatoren zweier getrennter, gleichartig aufgebauter, ohmisch arbeitender Wechselrichter mit gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken geschaltet sind, deren rechteckförmige Ano denhalbwellenströme in ihrem Zeitdauerverhältnis eindeutig durch die in Abhängigkeit von der Lage des Gebersysteins gegensinnig phasenveränderlichen Steuerspannungsspitzen in beiden Wechselrichtern derart gesteuert werden, daß der Gleichstrommittelwert des erzeugten Wechselstromes bzw. der entsprechende Mittelwert der erzeugten Wechselspannung sich bei Drehung des Gebers gegenüber dem Magnetfeld in beiden Wechselrichtern jeweils (absolut genommen) gegensinnig zwischen dem Wert Null und einem vorgegebenen positiven bzw. negativen Größtwert ändert.
IG. Anordnung nach Anspruch I5, insbesondere für meßtechnischeUntersuchung magnetischer Feidräume, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Löschkondensator jedes Wechselrichters ie ein als Nullinstrument ausgebildetes G eichstrommeßgerät geschaltet ist und daß beide MelJgeräte zwischen ihren vorgegebenen bzw. jeweils einregelbaren größten Zeigerausschlagswerten nach einer zweiseitigen sin- bzw. cos-Skala derart geeicht sind, daß aus den beiden jeweils zusammengehörigen, dem sin- bzw. dem cos- der gesuchten Winkellage entsprechenden Zeigerangaben der zugehörige Anzeigewinkel bestimmbar ist.
17. Anordnung nach Anspruch 15, insbesondere für unmittelbare Anzeige, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Löschkondensator jedes Wechselrichters je eine Glättungseinrichtung geschaltet ist und daß die am Ausgang der Glättungseinrichtung verfügbaren mittleren Gleichströme bzw. Gleichspannungen einem gemeinsamen Anzeigesystem, beispielsweise einem Kreuzspulsystem mit Zeigermagnetnadel oder mit gleichstromerregtem Drehspulrahmen, oder den beiden Ablenksystemen eines mit Kreisskala versehenen Braunschen Rohres zugeführt werden.

I8. Anordnung nach Anspruch I bis I7, gekennzeichnet durch die Verwendung als Fernkompaß, insbesondere zur Richtungsbestimmung oder zur Kursanzeige in Schiffen oder Luftfahrzeugen, wobei der Geber an einer Stelle des Fahrzeuges angeordnet wird, die möglichst wenig den Störungen des magnetischen Erdfeldes ausgesetzt ist.