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Einrichtung zur Erzeugung einer im wesentlichen oberwellenfreien Wechselspannung
oder eines ebensolchen Stromes hoher Frequenzkonstanz mit genau definiertem, vorzugsweise
wählbarem konstantem Spannungs- oder Stromwert, insbesondere für Meßzwecke Die Erfindung
betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung einer im wesentlichen oberwellenfreien Wechselspannung
oder eines ebensolchen Stromes hoher Frequenzkonstanz mit genau definiertem, vorzugsweise
wählbarem konstantem Spannungs- oder Stromwert, insbesondere für bleßzwecke. Bei
zahlreichen !Messungen kommt es darauf an, niederfrequente Wechselspannungen zu
verwenden, die eine holte F requenzkonstanz besitzen und deren 1?ffektivNN-erte
gleichfalls konstant sind. Weiterhin wird vielfach noch die Forderung erhoben, daß
die w'ecliselsl>ariiitrrig im w esentlichen oberwellenfrei ist und genau definierte,
cn<iglichst wählbare Werte besitzt. Ähnlich wie man für Gleichstrommessungen
und -eichungen Normalelemente verwendet, besteht in der `Vechselstrommeßtec'hnik
auch der Bedarf, ein Wechselstromnormal zu schaffen, mit dessen Hilfe genaue Messungen
und Eichungen vorgenommen werden können. Für Eichzwecke fehlte bisher ein einfaches
und genaues Normal. Ebenso ist es in Kompensationsschaltungen vielfach erwünscht,
eine genau definierte Wechselspannung verwenden zu können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche eichfälrige
und zur Eichung von Meßgeräten geeignete Normalstromquelle mit möglichst einfachen
Mitteln zu schaffen.
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Die Erfindung löst die Aufgabe mit verhältnismäßig geringem Aufwand
durch einen von einem Uhrwerk hoher Genauigkeit angetriebenen Ma-
('netiliduktor
in Verbindung mit einem gegengekoppelten @@"echselstromleistungsverstärker.
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Die 1?inrichtung nach der Erfindung kann im wesentlichen auf folgende
Weise aufgebaut werden: l:in sehr genau gehendes Uhrwerk, das z. 13. mit einer Sirenenfeder
ausgerüstet ist und nach Möglichkeit einen elektrischen Aufzug besitzt, trägt auf
einer Achse einen mit ihr umlaufenden Magneten, beispielsweise einen Oerstit-Magneten
von hoher zeitlicher Konstanz. Der umlaufende Magnet induziert in einer Spule eine
Wechsel-ENIK. Durch entsprechende Formgebung des Magneten und des äußeren magnetischen
Pfades, vor allem durch entsprechende Gestaltung der Polschuhe, kann erreicht werden,
daß die induzierte EMK im wesentlichen einen zeitlich sinusförmigen Verlauf aufweist.
Durch den genauen Gang des Uhrwerkes läßt sich die Frequenzgenauigkeit sehr hoch
treiben.
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13e] genügend großer Konstanz des :Magnetfeldes ist die induzierte
EDIK von genau definierter Größe, so daß an sich schon die Bedingungen, die an eine
\ormalwechselstromquelle gestellt werden, im wesentlichen erfüllt sind. Um aber
eine Rückwirkulig eines an den Induktor angeschlossenen @7erbrauchers zu vermeiden
und um gegebenenfalls hohe Spannungen, vor allem aber um größere Leistungen erzielen
zu können, wird an den Induktorausgang ein Wecliselstromleistungsverstärker angeschlossen.
Der Verstärker hat dabei weniger die Aufgabe, die erzeugte Spannung an sich zu verstärken,
als viellnehr die Leistung aufzubringen, die zur Messung jeweils erforderlich ist,
ohne daß sich dabei Frequenz und Amplitude verändern oder der Klirrfaktor schlechter
wird. Der Verstärker soll vor allem eine Kompensationsschaltung darstellen, die
dem Auftreten dieser Fehler entgegenwirkt. Dies wird dadurch erreicht, daß bei hohem
Verstärkungsfaktor eine starke Gegenkopplung angewendet wird. Die Gegenkopplung,
die hier besonders hoch getrieben wird, verhindert das Auftreten von Fehlern, die
durch die Verstärkerelemente selbst bedingt sind, wie Änderung der Betriebsspannungen,
Alterung der Röhren u. dgl. Diese Fehler gehen bei starker Gegenkopplung nicht in
voller Größe, sondern nur in Bruchteilen der Eingangsspannung ein. Diese selbst
beträgt aber auch nureinen Bruchteil der induzierten Spulen-ENIK. Ein am Ausgang
des Verstärkers liegender Spannungsteiler gestattet gegebenenfalls diesen all sich
schon geringen Fehler noch vollends abzugleichen.
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An Hand der Zeichnung, in der Ausführungsbeispiele für den Erfindungsgegenstand
schematisch dargestellt sind, sollen weitere kennzeichnende Merkmale näher erläutert
werden. In Fig. i sind die für den Gegenstand der Erfindung wesentlichen Teile eines
Magnetinduktors schematisch dargestellt. Der Kernmagnet besteht aus einem im wesentlichen
zvlindriscben Körper, der in einer Durchmesserrichtung magnetisiert ist. Es kommt
dabei darauf an. daß die \lagnetisierrlng homogen in der DurchlneSserriclltung vorgenommen
ist. Die Pole des l@erninagrleten, der in der Zeichnung mit i bezeichnet ist, sind
durch S und :V gekennzeichnet. Dabei ist die Richtung der Kraftlinien durch die
Schraffur angedeutet. Der Kernmagnet i dreht sich in einem im wesentlichen ringförmig
ausgebildeten Eisenpaket 2, wobei der Abstand z-,vische.n Kernmagnet i und Eisenpaketring
2 nicht besonders gering zu sein braucht, da es bei dem Magnetinduktor nicht auf
einen besonders guten `'Wirkungsgrad ankommt. Die Induktorwicklung bestellt aus
einem Spulenpaar 3 und ,4 von flacher Forln, das im Innern des Eisenpaketringes
2 in geeigneter Weise, beispielsweise durch Aufkleben, befestigt ist. Es ist auch
möglich, gegebenenfalls ein weiteres Spurenpaar oder mehrere Spulenpaare vorzusehen.
Durch eine solche Formgebung läßt sich ein zeitlich weitgehend sintisförmiger Verlauf
der induzierten EMK erreichen. Es sei im übrigen darauf hingewiesen, daß es auch
möglich ist, mittels eines Eisenpaketringes mit Polschuhen gleichfalls sinusförmige
EIN IK zu erhalten; hierbei kommt es aber sehr genau auf die Ausbildung der
Polschuhe an, und es lyedarf eines hohen Aufwandes an Nacharbeit, bis die gestellte
Forderung erfüllt ist.
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In Fig. 2 ist eine Anordnung dargestellt, bei der eine konstante Wechselspannung
abgenommen werden kann. Die Induktorwicklungen 3 und 4 arbeiten hierbei mittelbar
auf die Eingangsklemmen 5 und 6 eines Verstärkers 7. An dessen Ausgangsklemmen 8
und 9 tritt die verstärkte Spannung auf. Zwischen diesen Klemmen befindet sich der
einstellbare Präzisionsspannungsteiler io, von dem eine Teilspannung abgegriffen
werden kann, die zusammen mit der in den Wicklungen 3 und 4 induzierten EMK den
Eingangsklernrnen 5 und 6 des Verstärkers 7 zugeführt wird. Am Ausgang des Verstärkers
kann eine weitestgehend konstante Wechselspannung abgenommen werden, da, abgesehen
schon von der durch das Uhrwerk erzielten Frequenzkornstanz sowie der durch den
Dauermagneten erzielten genauen Spannung und guten Sinusform auch Fehler, die im
Verstärker selbst auftreten,, durch die Gegenkopplung nur mit einem Bruchteil der
induzierten Spulen-EMK eingehen. Mit Hilfe des Präzisionsspannungsteilers io läßt
sich die Größe der Ausgangsspannung weitgehend niedrig einstellen. Zur weiteren
Herabsetzung der Spannung kann am Ausgang noch eine weitere Spannungsteileranordnung
vorgesehen werden, die die Höhe der Ausgangsspannung stufenweise oder stetig zu
ändern gestattet. In der Anordnung gemäß Fig. 2 ist dies durch einen aus den drei
Widerständen 11, 12 und 13 gebildeten Spannungsteiler in Verbindung mit dem Umschalter
14 veranschaulicht. Die starke Gegenkopplung des Verstärkers 7 bewirkt dabei eine
solche Stabilisierung, daß all den Klemmen 15 und 16 stets die gewünschte Spannung
auftritt, einerlei ob der angeschlossene Verbraucher eine Leerlaufbelastung darstellt
oder sich dem Kurzschlußzustand nähert. Auf diese Weise ist es möglich, die Einrichtung
nach der Erfindung als Wechselspannungsnormal zu verwenden und hiermit Me&geräte
zu eichen. Die Eichspannungen besitzen infolge der ]lohen Kompensationswirkung stets
die jeweils vorgeschriebene wählbare
1INie, und der I?igenwiderstand
des angeschlossenen Meßgerätes kann zu keinerlei Fälschungen des angezeigten Spannungswertes
führen.
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ltt Fig.3 ist ein Ausführungsbeispiel für eine I?inrichtung zur Erzeugung
eines konstanten Wechselstromes veranschaulicht. Die Bezugszeichen entsprechen hierbei
vorwiegend den in Fig. 2 verwendeten. Im Gegensatz zu der Anordnung nach Fig. 2,
bei der ini Ausgang ein Präzisionsspannungsteiler io vorgesehen ist, liegt hier
ein einstellbarer Präzisionsstromteiler bzw. ein stromdurchflossener einstellbarer
Präzisionswiderstand 17 im Ausgangskreis. Ein Teil des den Widerstand 17
durchfließenden #,trotiies wird auf diese Weise dem Eingang 5-6 des \"erstärkers
7 zugeführt und überlagert sich als Gegenkopplungsstrom dem von dem Magnetinduktor
erzeugten Wechselstrom. Bei der Anordnung nach Fig. 3 lassen sich verschiedene Stromwerte
wählbar erzielen, indem der Widerstand 17 verändert wird. l,.itie weitere
Herabsetzung des an den Klemmen 18 und icg durch den in der Zeichnung nicht dargestellten
angeschlossenen Verbraucher fließenden Stromes wird durch Parallelschaltung geeigneter
Nebenwiderstände erreicht. In Fig.3 sind drei Widerstände 20, 21 und 22 dargestellt,
die mit Hilfe des Umschalters 23 wahlweise an die Klemmen i8 und i9 angeschlossen
werden können. Die starke Gegenkopplung stabilisiert hierbei den Wert des abgegebenen
Stromes so, daß, gleichgültig welcher Spannungsabfall an dem jeweils angeschlossenen
Verbraucher auftritt, der ihn durchfließende Strom jeweils konstant ist und vorgeschriebene
Größe besitzt. Auf diese Weise ergibt sich ein Wechselstromnormal, (las sich zur
Eichung von Meßgeräten eignet. Die Eichströme sind jeweils von der vorgeschriel)eiien
wählbaren Höhe, und der Spannungsabfall atti angeschlossenen Meßgerät führt nicht
zur Fälschung des angezeigten Stromwertes.
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Die gesamte Anordnung kann in geeigneter Weise zu eitlem einzigen
Gerät vereinigt sein. Hierin hat der Magnetinduktor mit seinem Antrieb Platz, weiterhin
ist der Verstärker eingebaut mitsamt den L'inschalt- und Regeleinrichtungen. Durch
die Umschalteinrichtung ist erreicht, daß an den Klemmen je nach Uni- und Wählschalterstellung
der Spannunigs- bzw. Stromwert abgenommen werden kann.
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1=s sei noch darauf hingewiesen, daß der Magnetinduktor gegebenenfalls
noch so ausgebildet werden kann, daß die Temperaturabhängigkeit der induzierten
F,XIK weitgehend unterdrückt ist. Hierzu können temperaturabhängige ferromagnetische
Materialien, wie z. ß. die unter dem Namen Thermallog bekannten Legierungen, verwendet
werden. Je nach der Art der verwendeten temperaturabhängigen ferromagnetischen Materialien
und je nach dem, ob deren Temperaturkoeffizient positiv oder negativ ist, sind die
entsprechenden temperaturabhängigen ferromagtietischen Werkstoffe mehr oder weniger
in den Haupt- oller \ebenschlußweg des magnetischen Flusses einzubringen. In einfacher
Weise kann ein magnetischer Nebenschluß durch eine seitliche scheibenförmige Anlagerung
des ferromagnetischen temperaturabhängigen Materials an den Dauermagneten angebracht
werden, wodurch der temperaturabhängigen Flußänderung des Dauermagneten entgegengewirkt
wird.