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Anordnung zur Messung der Intensität magnetischer Gleichfelder, insbesondere
des Erdfeldes Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Messung der Intensität ausgedehnter
magnetischer Gleichfelder, insbesondere des Erdfeldes, mittels mit gleichförmiger
Gesehwindigkeit umlaufender Spulen.
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Bei den bekannten Anordnungen dieser Art wird eine Spule oder es
werden zwei Spulen mit gleichgerichteten Umlaufachsen in dem zu messenden magnetischen
Gleichfeld mit gleichförmiger Geschwindigkeit gedreht und die in den Spulen durch
Schnitt der Feldlinien erzeugten Wrechselströme einem bzw. je einem Anzeigeinstrument
zugeführt. Der Anschlag jedes Instrumentes ist abhängig von der Lage der zugehörigen
Spule zu den Feldlinien. Um vergleichbare Meßergebnisse zu erhalten, wird entweder
die Lage der Spule so lange verändert, bis der Ausschlag am größten ist, was besonders
nachteilig ist, wenn die Richtung der Feldlinien unbekannt ist bzw. erst bestimmt
werden muß, oder es ist die Anordnung zweier Paare von Kompensationsspulen erforderlich,
welche die gleichzeitige getrennte Messung der Horizontat- oder Vertikalkomponente
des Erdfeldes ermöglichen.
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Es ist an sich bei der Messung von magnetischen Wechselfeldern bekannt,
drei aufeinander senkrecht stehende und miteinander fest verbundene Maß spulen zu
verwenden, die jede mit je einem beweglichen System eines Anzeigeinstrumentes (Additionsd-namometer)
mit quadratischer Charakteristik verbunden werden. Infolge gleichzeitiger Quarz
drierung und Summierung zeigt das Instrument den Vektor der magnetischen Feldstärke
im Meßpunkt an. Die Anordnung hat den nachteil, daß ein besonderes Wechselstrominstrument
mit
drei Systemen und geringer Empfindlichkeit gegenüber Gleich stromsystemen verwendet
wird.
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Es ist auch bereits bei der Messung von Wechselfeldern vorgeschlagen
worden, die in den drei Meßspulen erzeugten Wechselspan nungen in Joulesche Wärme
umzusetzen, die bekanntlich mit dem quadrat der Stromstärke wächst, und die RVärmewirkung
zu addieren. Die Anzeige kann unmittelbar in einem dreikreisigen Hitzdrahtinstrument
oder über Thermoelemente in drei Gleichstrominstinmenten erfolgen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Messung der Intensität
von magnetischen Gleichfeldern mit Hilfe von mit gleichförmiger Geschwindigkeit
umlaufenden Spulen auf einfachste Weise dadurch erreicht, daß die in drei Dreh spulen
mit gegeneinander um 90° versetzten Achsen induzierten Wechselspannungen einzeln
quadratisch gleidlgerichtet werden, daß die gleichgerichteten Spannungen je einem
Widerstand zugeführt und diese Widerstände in Hintereinanderschaltung an dasselbe
Anzeigeinstrument gelegt sind. Die angezeigte Spannung gibt dann die Stärke des
magnetischen Gleichfeldes unabhängig von der Richtung des Feldes an.
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Die Anordnung hat den Vorteil, daß nur ein Anzeigesystem notwendig
ist. Die Anzeige kann unmittelbar durch ein Gleichstrominstrument erfolgen, das
gegenüber Wechselstrominstrumenten den Vorteil größerer Empfindlichkeit hat. Dies
ist besonders wichtig, weil die zu messenden Feldstärken meist sehr klein sind.
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Die quadratische Gleichrichtung wird zweckmäßig durch Trockengleichrichter,
insbesondere IR:upferoxardulgleichrichter, bewirlit, die in einem gewissen Bereich
ihrer Charakteristik nicht eine lineare, sondern eine quadrastische Abhängigkeit
besitzen.
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Die Erfindung soll an Hand der Abbildungen erläutert werden, die
schematisch den Aufbau und die Schaltung des Meßgerätes zeigen.
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In der Abb. I stellen A, B und C die drei Drehspulen dar, deren Achsen
1 senkrecht aufeinanderstehen. Die Drehspulen bestehen aus einem kugelförmigen Isolationskörper
2, auf dem die eigentliche Wicklung 3 parallel zur Drehachse I aufgebracht ist.
Die Enden der Wicklungen sind zu den Schleifringen 4 geführt, von denen der induzierte
Wechselstrom über die Bürsten 5 abgenommen wird.
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Die Achsen 1 der Drehspulen sind in den Lagerböcken 6 gelagert, die
auf das Gehäuse 7 aufgeschraubt sind. Die Drehspulen A, B und C werden durch den
MotorS über die Achsen I gleichförmig mit großer Geschwindigkeit angetrieben.
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Gemäß3 Abb. I ist die Anordnung so getroffen, daß der Motor 8 die
Drehspule C unmittelbar antreibt, während die Dreh spulen 24 und B über ein in dem
Gehäuse 7 untergebrachtes Getriebe angetrieben werden. Die Entfernung des Motors
8 von den Drehspulen nuß so groß bzw. der Motor so abgeschirmt sein, daß keine Beeinflussung
der Spulen durch den Motor möglich ist. Die Abmessungen des Gerätes müssen natürlich
klein im Verhältnis zu den zu messenden Feldern sein, damit das Feld im Bereich
der Drehspulen Ä. B und C homogen ist. Lagerböcke, Gehäuse, Getriebe, Drehkörper,
Achsen usw. bestehen zwedmäßig aus Leichtmetall bzw.
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Preßstoff.
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In der Abb. 2 werden die in den einzelnen Drehspulen A B und C induzierten
Wechsdströme in den Rupferoxydulgleichrichtern G quadratisch gleichgerichtet, deren
Anwendung bei Erdinduktorkompassen an sich be kannt ist. Die gleichgerichteten Spannungen
werden den Widerständen R zugeführt. Außer den Widerständen R sind Widerstände W
vorgesehen, die zum gegenseitigen Abgleich der drei Stromkreise dienen.
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Die Widerstände R sind hintereinandergeschaltet, so daß sich die
von den einzelnen Drehspulen herrührenden gleichgerichteten Spannungen addieren.
In Reihe mit den Widerständen R liegt das Anzeigeinstrument Z das dann die Summe
der Quadrate der einzelnen in den Drehspulen erzeugten Spannungen anzeige.
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Infolge der gegeneinander um go0 versetzten Anordnung der drei Drehspulen
zueinander und der quadratischen Gleichrichtung der induzierten Wechselströme ist
die angezeigte Spannung unabhängig von der Lage des Meßgerätes und somit der Lage
der einzelnen Spulen zu der Richtung des Feldes und allein abhängig von der Stärke
des Feldes.
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Dies soll an Hand einiger Grenzfälle dargelegt werden. Verlaufen beispielsweise
die Feldlinien in Richtung einer Spulenachse, so ist die induzierte Spannung in
dieser Spule am kleinsten und in den beiden übrigen Spulen am größten. Die Spannung
in der einen Spule sei o, die in den übrigen beiden 1, so daß sich die Gesamtspannung
2 ergibt.
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Treffern die Feldlinien von der Stärke I auf zwei Spulen unter einem
Winkel von 450, so ist das Quadrat jeder Spannung in beiden Spulen 0,5 und die Spannung
in der dritten Spule I so daß sich als Summe der Quadrate aller Spannungen wiederum
2 ergibt. Das gleiche Ergebnis läßt sich auch ohne weiteres für andere Winkel errechnen,
wenn die Feldlinien parallel zu der Ebene gerichtet sind, die durch zwei Spulenachsen
gebildet wird.
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Bildet die Richtung des Feldes mit den drei
Spulenachsen
gleiche Winkel, so sind die drei induzierten Spannungen einander gleich und, wie
sich leicht errechnen läßt, die Summe der Quadrate dieser Spannungen wieder 2.