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Zungenmeßwerk für empfindliche Frequenzmesser und Frequenzrelais Bei
elektrischen Zungenfrequenzmessern und Frequenzrelais spielt im allgemeinen der
elektrische Energieverbrauch eine untergeordnete Rolle. Dieser liegt bei den bekannten
Frequenzmessern je nach der Anzahl der Zungen und je nach der Frequenz in der Größenordnung
O,OI . ., 1 Watt. Versuche, den Eigenverbrauch herabzusetzen, sind bisher stets
fehlgeschlagen. Insbesondere führt der Vorschlag, die Zungen zur besseren magnetischen.Ausnutzung
aus hochkoerzitivem Werkstoff herzustellen, nicht zum Erfolg, da sich hohe Schwingungsfestigkeit
und hohe Koerzitivkraft bei den bisher bekannten Werkstoffen ausschließen.
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Für wichtige Anwendungsgebiete sind aber Zungenfrequenzmeßwerke nur
verwendbar, wenn der Eigenverbrauch wesentlich unter den jetzt üblichen Werten liegt;
insbesondere für manche Zungenfrequenzrelais ist nur ein Eigenverbrauch zulässig,
der drei GröRenanordnungen unter den besten bisher erdreich ten Werten liegt.
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Es ist bereits ein Resonanzrelais bekannt, das eine elastisch schwingende,
einseitig eingespannte Zunge hat, die am schwingenden Ende einen sich in der Richtung
der Zunge erstreckenden Dauermagneten trägt, der mit seinem freien Pol in den Luftspalt
eines Wechselstrommagnetsystems mit hufeisenförmigem Kern hineinragt. Diese Anordnung
ist insofern ungünstig, als der Dauermagnet und der Luftspalt verhältnismäßig lang
sein müssen.
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Die Erfindung betrifft ein Zungenmeßwerk für empfindliche Frequenzmesser
und Frequenzrelais mit einseitig eingespannter Zunge aus Metall, die am freien Ende
einen Dauermagneten trägt, bei dem diese Nachteile vermieden sind und eine sehr
günstige Gestaltung
des magnetischen Feldes dadurch erreicht ist.
daß erfindungsgemäß die Pole des vorzug weise aus hochkoerzitivem Material be stehenden
kurzen und leichten Dauermagneteii je einem Pol des erregenden Wechselstrommagnetsystems
nahe gegenüberstehen. Durch diese erfindungsgemäße Bauform wird die erstrebte hohe
Empfindlichkeit bei kleinstem Energieverbrauch erzielt. In weiterer Fortführung
der Erfindung erhält die Zunge eine hammerkopfartige Form. und schließlich wird
für das Erregerjoch ein Werkstoff mit besonder hoher Anfangspermeabilität gewählt.
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Ein Ausführungsbeispiel zeigen die Abb. I im Aufriß und Abb. 2 im
Grundriß. Das Weicheisenjoch I wird durch die Spule 2 im Takt der zu messenden Frequenz
erregt.
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Nahe vor dem Joch ist die im Klotz 3 eingespannte schwingende Zunge
4 aus beliebigem metallischem, gegebenenfalls auch nichtmagnetischem Werkstoff angeordnet.
Die Zunge trägt oben quer zu ihrer Längsrichtung einen kleinen Permanentmagneten
5 aus hochkoerzitivem Werlcstoff. Der Magnet ist so klein und leicht, daß seine
Masse nur ein Bruchteil der schwingenden Masse der Zunge beträgt.
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Bei vielen alten Systemen wird im wesentlichen nur die anziehende
Kraft des oberen Poles des Weicheisenjoches verwendet, da der untere Pol unmittelbar
neben der Einspannstelle der Zunge sitzt und nicht zur Aus lenkung der Zunge beiträgt.
Bei der neuen Anordnung dagegen wirken beide Weicheisenpole gleich stark auf das
schwingende System.
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Der sehr starke Magnet an dem Ende der Zunge kann bei Verwendung
der neuen hochkoerzitiven Legierungen sehr kurz sein, ohne daß eine Entmagnetisierung
eintritt. Die Zunge wird also nicht erst durch das Weicheisenjoch magnetisiert,
wobei die Magnetisierung wegen der geringen Polstärke des Weicheisenjoches nur sehr
schwach sein kann, solidern der schwingende Körper selbst stellt einen sehr starken
Magneten dar. Dabei braucht die Zunge selbst nicht aus hochkoerzitivem Werkstoff
zu bestehen, sondern der Zungenwerkstoff kann ohne Rücksicht auf die magnetischen
Wirkungen lediglich nach der Schwingungsfestigkeit ausgewählt werden.
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Somit wird die Alöglichkeit geschaffen, beispielsweise Berylliumbronze
mit ihrer hervorragenden Schwingungsfestigkeit zu benutzen.
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Die mit Hilfe der angegebenen technischen Lösung erreichte hohe Empfindlichkeit
der Vorrichtung erklärt sich somit einerseits durch die Zuhilfenahme eines polarisierenden
magnetischen Gleichfeldes an technisch günstiger Stelle, andererseits dadurch, daß
auf diese Weise der für die magnetische Kraft im Luftspalt maßgebende magnetische
Kreis besonders günstig gestaltet ist; der Kraft linienweg ist bei der erfindungsgemäßen
Ausführung absolut und relativ sehr viel kürzer -- als bei den bisherigen Konstruktionen
elektromagnetisch erregter Zungenfrequenzinesser und Frequenzrelais, bei denen gewöhnlich
die aus magnetischem Material bestehende Zunge einen Teil des magnetischen Kreises
ausmacht. Von den elektrodynamisch erregten Zungenfrequenzmessern schließlich, bei
denen die elektrodynamische Kraft zwischen erregendem Magneten und Kurzscblnßströuien
in der Zunge oder in einer auf dieser angebrachten Kurzschluß spule ausgenutzt wird.
unterscheidet sich die erfindungsgemäße Lösung sogar grundlegend.
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Ein weiterer Vorteil der Anordnung besteht in folgendem: Bei den
alten Systemen wird die Staillzunge bei jeder Halbwelle des Stromes magnetisiert
und angezogen. Wenn im Augen -blick des Strommaximums N1 die Polstärke des Wechselstrommagneten,
S die Polstärke der dadurch magnetisierten Stahlzunge und a der mittlere Abstand
zwischen den beiden Polen ist, so ist die Kraft, mit der sich die Pole anziehen
P = N1. S1 Im weiteren Zeit a2 verlauf sinkt P auf 0 und steigt dann wieder auf
den gleichen Wert. Die gesamte Amplitude der auf die Zunge ausgeübten Kraft ist
also = P. Bei der neuen Anordnung dagegen wird die Zunge abwechselnd bei der einen
Halbwelle mit der Kraft P = N2 angezogen und dann mit der gleichen Kraft P = S1.N2
abgestoßen. Die Gesamtamplitude a² der Kraft beträgt 2 P und ist also doppelt so
groß wie bei der früheren Anordnung, wenn man gleiche Polstärken bei alter und neuer
Anordnung voraussetzt.
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Als Kerumaterial für den Elektroniagneten wird eine Eisennickellegierung
mit hoher Anfangspermeabilität verwendet. Auf diese Weise kann die Größe der erzeugenden
Amperewindungen der Stromspule und damit der Energieverbrauch noch kleiner gehalten
werden.
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Die Vereinigung der oben vorgeschlagene Maßnahmen ergibt ein Frequenzrelais,
welches bei einer Leistungsaufnahme von Io Mikrowatt noch einwandfrei einen I&ontakt
betätigen kann.