Elektrisches Hitzdrahtinstrument Die Erfindung bezieht sich auf ein
elektrisches Hitzdrahtinstrument, bei dem die Längenänderung des unter Spannung
stehenden Hitzdrahtes zur Anzeige benutzt wird. Unter den thermischen Meßgeräten
zur Messung elektrischer Ströme nehmen die Hitzdrahtinstrumente eine Sonderstellung
ein. Gegenüber anderen thermischen Instrumenten, wie z. B. Bimetallstromrnessern,
zeigen sie eine Reihe von Vorzügen, wie z. B. kleinerer Eigenverbrauch, sind jedoch
dafür mechanisch wesentlich empfindlicher. Ihre Wirkungsweise beruht darauf, daß
die mechanische Längenänderung, die ein Stück Draht von der Erwärmung durch den
hindurchfließenden Strom erfährt, unter Einschaltung entsprechend geeigneter und
großer Übersetzungen auf die Zeigerachse übertragen wird. Dabei wird die Verstellkraft
einer vorgespannten Feder entnommen:, die auf die Zeigerachse wirkt und gleichzeitig
die kraftschlüssige Verbindung von Zeigerachse über übersetzungselemente bis zum
Hitzdraht gewährleistet. In dieser Bauweise ist einer der wesentlichsten Gründe
für die mechanische Empfindlichkeit derartiger Instrumente zu suchen. Die Feder
wirkt nämlich, um das mechanische Übersetzungsverhältnis der übertragungselemente
vervielfacht als Spannkraft auf den Hitzdraht. Da dieÜbersetzungsverhältnisse in
der Praxis um i zu So herum liegen, wirken demnach schon bei wenigen Gramm Federkraft
nicht unerhebliche Zugkräfte auf den Hitzdraht. Vergegenwärtigt man sich, daß der
Durchmesser der Hitzdrähte bei einigen hundertstel bis höchstens zehntel Millimetern
liegt und darüber hinaus ihre Festigkeit bei den erforderliehen
Temperaturen
von einigen hundert Grad noch erheblich absinkt, so wird hierdurch verständlich,
daß Hitzdrahitinstrumente sowohl gegen elektrische Überlastung als auch gegen mechanische
Beanspruchung sehr empfindlich sind. Man strebt deshalb an, die auf den Hitzdraht
wirkende Spannkraft möglichst weitgehend zu vermindern. Bei der ältesten bekanntgewordenen
Anordnung traten diese Schwierigkeiten nicht auf, weil die Längenänderung des Hitzdrahtes
unmittelbar, also ohne Übersetzungsglieder, auf die Zeigerachse übertragen wurde.
Da hierbei jedoch eine unverhältnismäßig große Hitzdrahtlänge erforderlich ist,
um brauchbare Zeigerausschläge zu erzielen, wurden diese Geräte so unhandlich, daßsieh
diese Bauart nicht durchsetzen konnte.Electric hot wire instrument The invention relates to a
electric hot wire instrument, in which the change in length of the under voltage
standing hot wire is used for display. Among the thermal gauges
The hot wire instruments have a special position for measuring electrical currents
a. Compared to other thermal instruments, such as. B. bimetal current meters,
they show a number of advantages, such as B. smaller own consumption, however
but mechanically much more sensitive. Their mode of action is based on the fact that
the mechanical change in length caused by the heating of a piece of wire
The current flowing through it experiences, with the involvement of appropriately suitable and
large translations is transferred to the pointer axis. The adjusting force is
taken from a pretensioned spring: which acts on the pointer axis and at the same time
the non-positive connection of the pointer axis via translation elements to the
Hot wire guaranteed. In this construction is one of the most important reasons
to look for the mechanical sensitivity of such instruments. The feather
namely acts to the mechanical transmission ratio of the transmission elements
multiplied as tension on the hot wire. Since the transmission ratios in
lying around i to So in practice, therefore, act with just a few grams of spring force
not inconsiderable tensile forces on the hot wire. If one realizes that the
The diameter of the hot wires is a few hundredths to a maximum of tenths of a millimeter
and, moreover, their strength at the required levels
Temperatures
drops considerably from a few hundred degrees, this makes it understandable
that hot wire instruments against electrical overload as well as against mechanical
Are very sensitive to stress. One therefore strives to get on the hot wire
to reduce the acting clamping force as much as possible. The oldest known
Arrangement did not encounter these difficulties because of the change in length of the hot wire
was transferred directly to the pointer axis, i.e. without translation elements.
However, since this requires a disproportionately large length of hot wire,
In order to achieve useful pointer deflections, these devices became so unwieldy that you see
this design could not prevail.
Erfindungsgemäß werden diese Schwierigkeiten dadurch beseitigt:, daß
zwei oder mehr in ihrer Wirkung gegeneinander gerichtete Kräfte, wie z. B. Federkräfte,
wirksam sind, deren eine lediglich die kraftschlüssige Verbindung der Übertragungselemente
für die Bewegung infolge Längenänderung bei Stromfluß im Hitzdraht aufrechterhält,
während die Differenz der Kräfte den Hitzdraht spannt. Die Anordnung der die Kräfte
erzeugenden: Federn kann beispielsweise so getroffen werden, daß die eine, nämlich
die zur kraftschlüssigen Verbindung der Übertragungselemente vorgesehene, als Spiralfeder
auf der Zeigerachse angeordnet ist. Die zweiteFeder, die beispielsweise die Form
einer einseitig eingespannten Blattfeder haben kann, bildet mit ihrem freien Ende
den Befestigungspunkt für den Hitzdraht. Dieses freie Federende folgt also den durch
den Meß,strom bewirkten Längenänderungen des Hitzdrahtes. Diese Bewegung wird über
Fühlhebel oder ähnliche bekannte Bauelemente und Segment,-oder Fadentriebe, wie
sie z. B. in Manometern oder Meßuhren Anwendung finden, entsprechend übersetzt auf
die Zeigerachse übertragen. Dabei ist der Fühlhebel so gegenüber der Blattfeder
angeordnet, daß die Kraft der an der Zeigerachse befestigten Spiralfeder der Blattfederkraft
entgegenwirkt. Auf diese Weise wird nur die Differenz der Blattfederkraft und der
Kraft der Spiralfeder, vervielfacht um das Übersetzungsverhältnis der Übertragungselemente,
als Spannkraft auf den. Hitzdraht wirksam. So isst es möglich, die den Hitzdraht
spannende Kraft derart klein zu bemessen, daß, sie auch bei hohen Betniebstemperatuxen
weit unter der zulässigen Belastung. des -Hitzdrahtes. bleibt: Die Kompensation
der durch Raumtemperaturschwankungenbedingten Längenänderung des. Hitzdrahtes kann
in an sich bekannter Weise entweder als Grundplattenkompensation oder als Paralleldrähtkompensation
erfolgen. Bei. der letzteren werden Kompensationsdraht und Meß-draht gemeinsam an
einem Ende federnd aufgehängt, während das andere Ende des Kompensationsdrahtes
fest mit der Grundplatte verbunden und das des Meßdrahtes an der Feder befestigt
ist, deren durch den Meßetrom bedingte Bewegung, wie- oben beschrieben, auf den
Zeiger übertragen wird. Bei der konstruktiven Durchbildung der Drahtkompensation
werden in weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens die Enden des. Meß@: bzw.
Kompensationsdrahtes, die gemeinsam federnd aufgehängt werden sollen, über eine
leicht drehbar gelagerte Walze geführt und an ihr befestigt, wobei die Walze derart
unter Federkraft steht, daß. sie die beiden Drähte spannt. Hierbei mußi man beachten,
daß, Meß- und Kompensationsdraht genügend weit voneinander liegen, damit keine Wärmeübertragung
durch Strahlung zwischen ihnen eintreten kann. Die erfindungsgemäße Lösung, die
Drähte an einer unter Federspannung stehenden Walze zu lagern, ermöglicht es, den
Abstand zwischen den beiden Drähten groß zu halten, ohne daß, die durch die Raumtemperaturschwankungen
bedingte Längenänderung beider Drähte sich auf das Zeigerwerk auswirkt. Außerdem
hat man so die Möglichkeit, einen aus geeignetem Material, wie z. B. Aluminium,
hergestellten, Strahlungsschutz zwischen beiden Drähten vorzusehen.According to the invention, these difficulties are eliminated: that
two or more mutually opposing forces, such as B. spring forces,
are effective, one of which is only the positive connection of the transmission elements
for movement due to change in length when current flows in the hot wire,
while the difference in forces tensions the hot wire. The arrangement of the forces
generating: springs can for example be made so that the one, namely
the one provided for the frictional connection of the transmission elements, as a spiral spring
is arranged on the pointer axis. The second spring, for example, the shape
a leaf spring clamped on one side, forms with its free end
the attachment point for the hot wire. This free end of the spring follows the through
the measuring current caused changes in length of the hot wire. This movement is over
Feeler levers or similar known components and segment, or thread drives, such as
she z. B. in pressure gauges or dial gauges application, translated accordingly
transfer the pointer axis. The feeler lever is opposite the leaf spring
arranged that the force of the spiral spring attached to the pointer axis of the leaf spring force
counteracts. In this way, only the difference between the leaf spring force and the
Force of the spiral spring, multiplied by the transmission ratio of the transmission elements,
as tension on the. Hot wire effective. So it is possible to eat the hot wire
The exciting force is so small that it can be used even at high operating temperatures
far below the permissible load. of the hot wire. remains: The compensation
the change in length of the hot wire caused by room temperature fluctuations
in a manner known per se either as a base plate compensation or as a parallel wire compensation
take place. At. the latter are connected to the compensation wire and measuring wire together
one end resiliently suspended, while the other end of the compensation wire
firmly connected to the base plate and that of the measuring wire attached to the spring
is, whose movement caused by the Messetrom, as described above, to the
Pointer is transferred. When constructing the wire compensation
the ends of the. Mess @: or
Compensation wire, which are to be suspended together resiliently, via a
easily rotatably mounted roller guided and attached to her, the roller in such a way
is under spring force that. she tensions the two wires. Here one must pay attention to
that the measuring and compensation wire are far enough apart so that no heat transfer is possible
radiation can enter between them. The solution according to the invention, the
Storing wires on a spring-loaded roller enables the
Keep the distance between the two wires large without being affected by room temperature fluctuations
Conditional change in length of both wires affects the pointer mechanism. aside from that
you have the option of a suitable material, such as. B. aluminum,
to provide radiation protection between the two wires.
Die Bauweise nach der vorliegenden, Erfindung ergibt eine ganze Reihe
von Vorzügen gegenüber den üblichen Instrumenten, die aus dem mechanischen Aufbau
nicht ohne weiteres. ersichtlich sind. Als besonderer Vorzug sei erwähnt, daß man
im Gegensatz zur. üblichen bei der erfindungsgemäßen Konstruktion in der Größe des
Übersetzungsverhältnisses zwischen Hitzdraht und Zeiger in weitesten, Grenzen uneingeschränkt
.ist, da die Kraft, die den Meßdraht spannt, von dem Übersetzungsverhältnis vollkommen
unabhängig ist. Daraus ergibt sich, daß man mit außergewöhnlich kleinen Längenänderungen,
d. h. also mit niedrigen Drahttemperaturen, bereits zudem gewünschten Drehwinkel
der Zeigerachse gelangen kann. Dies wiederum bedeutet, daß nach dem Erfindungsgedanken
gebaute Hitzdrahtinstrumente wesentlich höher überlastbar sind, als die bisher bekanntgewordenen.
Darüberhinaus wird die allgemein bekannte Stoßempfindlichkeit von Hitzdrahtinstrumentern,
die vor allem bei hohen Fadentemperaturen besonders groß wird, durch den Erfindungsgedanken
weitgehend beseitigt. Der Grund hierfür ist, daß; wie bereits ausgeführt, die Belastung
des Meßdrahtes durch die auf ihn wirkende Spannkraft weit unter der Warmfestigkeit
des Materials, gehalten werden kann: Auf diese Weise kann, man also Hitzdrahtinstrumente
bauen, die auch den Anforderungen eines rauhen Betriebes gewachsen sind. Die Anwendung
großer Übersetzungen gestattet aber auch die Verwendung kleiner Meßdrahtlün@gen
und damit die Einhaltung handlicher Abmessungen der Instrumente. Die niedrige Betriebstemperatur
bietet des weiteren noch den Vorteil, daß alsi Hitzdrahtmaterial auch unedle Metalle
verwendet werden können, da mit abnehmender Betriebstemperatur auch die Gefahr -der
thermischen Korrosion kleiner wird.The construction according to the present invention results in a whole series
of advantages over the usual instruments, which result from the mechanical structure
not without further ado. can be seen. As a special advantage it should be mentioned that one
in contrast to. usual in the construction according to the invention in the size of the
Transmission ratio between hot wire and pointer in the broadest, unlimited limits
.is, because the force that tensions the measuring wire, is perfect from the transmission ratio
is independent. It follows that with exceptionally small changes in length,
d. H. so with low wire temperatures, also the desired angle of rotation
the pointer axis can get. This in turn means that according to the idea of the invention
built hot wire instruments can be overloaded much higher than those previously known.
In addition, the well-known shock sensitivity of hot wire instruments,
which is particularly large at high thread temperatures, due to the idea of the invention
largely eliminated. The reason for this is that; as already stated, the burden
of the measuring wire due to the tension acting on it far below the heat resistance
of the material, can be held: In this way, one can, therefore, use hot-wire instruments
build that can also cope with the demands of a rough operation. The application
However, large gear ratios also permit the use of small measuring wire lengths
and thus compliance with the handy dimensions of the instruments. The low operating temperature
furthermore offers the advantage that base metals are also used as hot wire material
can be used, since with decreasing operating temperature also the risk of
thermal corrosion becomes smaller.
Der auf den Strom bezogene Skalencharakter solcher Instrumente ist
deren Natur nach ein. quadratischer. Es ist natürlich möglich, mit den bekannten
Mitteln, auch bei dem erfindungsgemäßen Hitzdrahtinstrument den Skalencharakter
in gewünschtem Sinne zu verändern.The scale character of such instruments in relation to the current is
according to their nature. more square. It is of course possible with the known
Means, also with the hot wire instrument according to the invention, the scale character
to change in the desired sense.
Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, daß man an Stelle der Federkräfte
selbstverständlich auch
Gravitationskräfte in. Form von Gewichten
oder, was sogar gegenüber den Federkräften in Sonderfällen von Vorteil sein kann,
magnetische Kräfte verwenden kann.For the sake of completeness, it should be mentioned that instead of the spring forces
of course also
Gravitational forces in the form of weights
or, which can even be advantageous compared to the spring forces in special cases,
can use magnetic forces.
In der Zeichnung ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel in:
schematischer Darstellung veranschaulicht.In the drawing, the invention is shown in one embodiment in:
schematic representation illustrated.
Der Hitzdraht i und der Kompensationsdraht 2 sind beide über eine
in ihren Lagern 3 leicht drehbare Achse 4 gewickelt, die über einen daran befestigten
Hebel 5 durch eine Schraubenfeder 6 gedreht wird und dadurch die Drähte unter Spannung
hält. Das andere Ende des Kompensationsdrahtes ist in Punkt 7 mit dem Gehäuse fest
verbunden. Das andere Ende des Hitzdrahtes steht mit der, einseitig eingespannten
Blattfeder 8 über das an dieser Feder befestigte Teil 8a in Verbindung, an der der
Fühler 9 anliegt. An diesem Fühler ist der Hebel io mit dem Zahnsegment i i befestigt,
welcher den Zeiger 12 über das Ritzel 13 gegen die Kraft der Spiralfeder 14 drehen
kann. Diese Spiralfeder ist so gespannt, daß sie das Bestreben hat, das Ritzel 13
entgegen dem Uhrzeigers:inn zu drehen. Ändert der Hitzdraht i unter der Einwirkung
des Meßstromes, der von den Klemmen 15 über die Zuleitungsdrähte 16 und die Federn
6 bzw. 8 zugeführt wird, seine Länge, so ändert das freie Ende der Feder 8 seine
Lage und bewegt, dadurch über den. Fühler 9 und den Hebel io mit dem Segment ii,
die um die Achse 17 drehbar sind, das Ritzel 13 und damit den Zeiger 12. Dadurch
entsteht auf der Skala 18 ein Anzeigewert, der der Größe des Meßstromes entspricht.
Hierbei wirkt die Feder 14 über das Übersetzungsgetriebe 9, 10, Il, 13 ständig so
auf die Feder 8, daß in jedem Falle nur die Differenz zwischen der Kraft der Feder
8 und der der Feder 1q., vervielfacht um das Übersetzungsverhältnis des obengenannten
Getriebes, als Spannkraft auf den H.itzdraht wirksam wird.The hot wire i and the compensation wire 2 are both over one
wound in their bearings 3 easily rotatable axle 4, which is attached to it via a
Lever 5 is rotated by a coil spring 6 and thereby the wires under tension
holds. The other end of the compensation wire is fixed to the housing at point 7
tied together. The other end of the hot wire stands with the one clamped on one side
Leaf spring 8 via the part 8a attached to this spring in connection to which the
Sensor 9 is applied. The lever io with the toothed segment i i is attached to this sensor,
which rotate the pointer 12 via the pinion 13 against the force of the spiral spring 14
can. This spiral spring is so tensioned that it tends to move the pinion 13
counterclockwise: to turn inn. The hot wire i changes under the action
of the measuring current from the terminals 15 via the lead wires 16 and the springs
6 or 8 is supplied, its length, so the free end of the spring 8 changes its
Positioned and moved, thereby over the. Feeler 9 and lever io with segment ii,
which are rotatable about the axis 17, the pinion 13 and thus the pointer 12. As a result
a display value is produced on the scale 18 which corresponds to the magnitude of the measuring current.
Here, the spring 14 acts continuously via the transmission gear 9, 10, II, 13
on the spring 8 that in each case only the difference between the force of the spring
8 and that of the spring 1q., Multiplied by the transmission ratio of the above
Gear, as a tension force on the H.itzdraht is effective.