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Elektrisches Meßgerät Bei elektrischen Meßgeräten mit Zeigerausschlag
spielt die Unterdrückung des Anfangsmeßbereiches oft eine wesentliche Rolle, wenn
die Anzeige der Meßergebnisse nur in der Nähe des Sollwertes von Bedeutung ist.
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In den meisten Fällen, insbesondere beiDrehspulmeßgeräten, wird die
Anfangsunterdrükkung durch eine Gegenkraft meist mit Hilfe einer entsprechend gespannten
Feder lerreicht.
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Dieser Maßnahme ist jedoch durch die Elastizität der Feder und die
dadurch auftretenden Schwingungen eine Grenze gesetzt. Bei statischen Instrumenten
wendet man beispielsweise auch magnetische Hilfskräfte an, womit - jedoch die Anfangsunterdrückung
ebenfalls nur bis zu einem gewissen Grade möglich ist und im übrigen eine stark
verzerrte Skala erreicht wird. Man hat auch als Gegenkraft eine konstante Spannung
verwendet, z. B. bei den sog. Differentialgalvanomqetern.
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Eine ausreichende konstante Spannungsquelle ist aber selten vorhanden;
sie müßte zudem mit Hilfe von Präzisionsinstrumenten überwacht werden.
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Es ist auch bekannt, bei Meßgeräten zwei auf den Drehteil wirkende,
räumlich voneinander getrennte elektnsche bzw. magnetische Felder, die in verschiedener
Weise von der Meßgröße abhängen, zum Schutz gegen obere lastung zu verwenden. Die
Einwirkung des zweiten den Schutz ergebenden Drehmomentes erfolgt dort aber erst
außerhalb des normalen Meßbereiches, derart, daß praktisch keinerlei Beeinflussung
der Anzeige innerhalb des Meßbereiches eintritt.
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Zur genauen Messung des Sollwertes einer elektrischen Größe wird
die Unterdrückung eines großen Skalenanfangsbereiches ohne besondere Gegenspannung
terfindungsgemäB erzielt durch die Verwendung,eines elektrischen Meßgerätes mit
zwei auf den Drehteil des Meßwerkes einwirkenden, räumlich voneinander getrennten
elektrischen bzw. magnetischen Feldern, die in verschiedener Stärke von der Meßgröße
abhängen und einander entgegenwirkende Drehmomente erzeugen5 d. h. also es werden
dem Drehteil eines Meßwerkes zwei in verschiedener Weise von der
Meßgröße
abhängige, entgegengesetzt wirkende Drehmomente zugeführt, die von räum lich getrennten
elektrischen oder magnetischen Feldern erzeugt werden. Das erilndungsgemäße Meßgerät
ist somit so ausgebildet, daß die auf den Drehteil einwirkenden Drehmomente unterhalb
des Sollwertbereiches eine Bewegung des Zeigers nicht bewirken könnten. Die Summe
der Drehmomente ist einmal Null, wenn der Meßstrom Null ist, dann aber auch, wenn
die beiden Momente einander gleich sind. Von diesem Punkte an aufwärts ergibt sich
ein Überwiegen des einen in der Anzeigerichtung wirkenden Drehmomentes gegenüber
dem Ge gendrehmoment, so daß das Meßgerät erst von hier an ausschlägt. Die Lage
des zweiten Nullpunktes kann dabei je nach der Ausbildung der die Momente erzeugenden
Mittel beliebig gewählt werden. Während das Gegendrehmoment vorzugsweise linear
vom Meßstrom abhängt, kann das den Ausschlag bewirkende Drehmoment mit quadratischer
oder auch in einer höheren Potenz vom Meßstrom abhängig sein, so daß die Summe der
beiden Momente, auf die Anzeigerichtung bezogen, zunächst negativ verläuft.
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Dadurch ist eine stabile Nullpunktlage gewährleistet, weil erst von
einem bestimmten Meßwert ab das den Ausschlag bewirkende Drehmoment überwiegt und
so seine Anzeige hervorruft.
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Bei einem Drehspulmeßgerät z. B. bewegt sich der das Gegendrehmoment
erzeugende Teil des Meßwerkes in dem Felde eines Dauermagneten, so daß dieses Moment
linear ist, während das den Ausschlag bewirkende Drehmoment in einem nach Art eines
wattmetrischen Systems gebaute Teil erzeugt wird, bei der die feste und die bewegliche
Spule von gleichen oder von verhältnisgleichen Meßströmen durchflossen sind.
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Das Wesen der Erfindung wird an zwei Ausführungsbeispielen für ein
Drehspulmeßwerk näher erläutert.
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In Abb. 1 ist das Meßwerk eines Drehspulmeßgerätes in schaubildlicher
Darstellung gezeigt.
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Abb. 2 zeigt den Verlauf der Felder, der Drehmomente und des Ausschlagwinkels
in Abhängigkeit vom Meßstrom oder der zu messenden Spannung.
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Abb. 3 zeigt eine andere Ausführungsform des Meßwerkes.
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Abb. 4 zeigt die Schaltanordnung für ein wechselstromgespeistes Gleichstrommeßgerät,
und Abb. 5 stellt die Skala für einen Spannungsmesser dar.
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Gemäß Abb. 1 besteht das Meßwerk aus einem Magnetsystem 1 mit Dauermagneten
2 und 3, in deren Luftspalt 4 sich die eine Seite einer Drehspule 5 bewegt. Die
andere Seite der Spule befindet sich in einem Luftspalt 6 zwischen Weicheisenpolen7
und 8, deren lamelliertes, allseitig geschlossenes Joch 9 Erregerspulen 10 und 11
trägt. Auf die Spule 5 wirken demnach zwei Felder ein, und zwar das von den Spulen
10, 11 im Magnetsystem cy erzeugte Feld 0 und das konstante Feld 1l des Dauermagneten
1. Die erzeugten Drehmomente wirken in entgegengesetzter Richtung und heben sich
demnach bei gleicher Größe in ihrer Wirkung auf.
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Die Spule 5 befindet sich also so lange in der Nullstellung, als
das vom Feld abhängige Drehmoment gegenüber dem anderen überwiegt und dann die Auslenkung
in das eigentliche Skalengebiet erfolgt.
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Die beiden Spulen lo und 11 sind hinteren andergeschaltet und liegen
an der Spannung U, während die Spule 5 mit einem Vorwiderstand 12 parallel zu den
Spulen lo und ii angeord net ist.
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In Abb. 2 ist der Fluß- und Drehmoment verlauf der beiden Teilsysteme
abhängig vom Meßstrom dargestellt. Der Fluß 01 im Magnetsystem g verläuft, solange
die Sättigung noch nicht erreicht ist, nach einer geraden Linie, die je nach den
aufgebrachten Windungen flacher oder steiler ansteigt. Der Fluß 5p1l bildet in seinem
Verlauf eine zur Abszisse parallele Gerade, da er von einem Dauermagneten erzeugt
wird. Der Abstand der Geraden hängt von der Feldstärke des verwendeten Magneten
ab. Da der Einfluß des Magneten entgegengesetzt wirkt, ist der Fluß negativ aufgetragen.
Das mit dem Strom im Rähmchen 5 erzeugte Drehmoment steigt in dem einen System nach
Kurve 1% quadrastisch im anueren System nach der Kurve Di linear an. Das Differenzmoment
erzeugt den Ausschlagu, der einmal Null ist, wenn der Strom verschwindet, und dann,
wenn die Drehmomente gleich sind. Der verlangte Meßbereich kann oberhalb des zweiten
Nullpunk tes zwischen den Grenzen a und b beliebig gewählt werden.
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Durch eine Kompensationswicklung, die auf dem Joch I des Dauermagneten
angebracht wird, läßt sich die Steilheit des Kurvenverlaufes für den Winkelausschlag
a noch erhöhen, da dieser in Abhängigkeit von der Spannungsänderung die auf die
Spule wirkende Gegenkraft vergrößert oder verringert.
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Eine andere Ausführungsform für die Gestaltung des Meßwerkes zeigt
Abb. 3. Die beiden Magnetsysteme, sind übereinander angeordnet. Die Bezugszeichen
sind im wesent-]ichen die gleichen wie in Abb. I. Auf dem Erregersystem 9 befindet
sich nur eine Spule 20, während das Dauermagnetsystem 1 nur
einen
Magnetstab 30 aus einem Magnetstahl hoher Koerzitivkraft besitzt. Die Pole sind
einerseits mit dem ringförmigen Joch, andererseits mit einem Weicheisenpol verbunden,
demgegenüber ein Drehspulenkern I3 angeordnet ist, auf dem sich eine Drehspule I4
befindet, die durch eine feste Achse mit der Spule 15 des Erregermagneten verbunden
ist.
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Die beiden Drehspulèn sind in Reihe geschaltet, und ihnen vorgeschaltet
ist wiederum ein fester Widerstand 12 (vgl. auch Abb. 4).
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Die Arbeitsweise ist genau die gleiche wie bei dem Meßsystem gemäß
Abb. I.
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Die Einrichtung läßt sich vorzugsweise als Spannungsmesser oder Strommesser
mit stark unterdrücktem Anfangsmeßbereich, also mit einer Unterdrückung von 80 bis
go% und mehr des Sollwertes anwenden. Für den Anschluß an eine Wechselspannung kann
der Anordnung ein Gleichrichter, zweckmäßig in Grätzscher Schaltung I6, vorgeschaltet
sein, wie die Abb. 4 zeigt. Die Skala eines derartigen Meßgerätes zeigt Abb. 5,
die im wesentlichen einen linearen Verlauf hat und nur die Meßwerte in einem höheren
Bereich anzeigt.
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In ähnlicher Weise ist die Anordnung auch als Drehzahlanzeiger für
einen bestimmten Drehzahlbereich verwendbar. Die Meßgeräte haben auch den Vorteil
einer nachprüfbaren Nullstellung, da bei Stromlosigkeit keine Hilfskräfte auf den
Drehteil einwirken.